一種用于多種濃度梯度穩(wěn)定生成的微流控芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及微流控芯片技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于多種濃度梯度穩(wěn)定生成 的微流控芯片。
【背景技術(shù)】
[0002] 在微流控芯片中生成濃度梯度，是微流控芯片用于藥物篩選及生物化學(xué)反應(yīng)的最 大優(yōu)勢(shì)之一，目前廣泛使用的微流控芯片中的濃度梯度生成結(jié)構(gòu)是"圣誕樹(shù)"結(jié)構(gòu)及其變形 結(jié)構(gòu)，其基本原理是：當(dāng)存在濃度差的兩種流體通過(guò)設(shè)計(jì)好的微通道網(wǎng)絡(luò)，溶液經(jīng)過(guò)多次重 復(fù)地分離、混合后，每個(gè)支路包含不同比例的原溶液，最終溶液在圣誕樹(shù)形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)底部 形成濃度梯度。而這樣結(jié)構(gòu)的微流控芯片也存在一定的問(wèn)題，例如，在液體通道中容易產(chǎn)生 氣泡，導(dǎo)致不同通道中的液體量不同，從而造成濃度的不準(zhǔn)確；由于通道中曲折結(jié)構(gòu)較多， 通道總長(zhǎng)度較大，一旦其中一個(gè)流體通道任意位置發(fā)生了堵塞，則整個(gè)芯片中產(chǎn)生的濃度 梯度將不再準(zhǔn)確；當(dāng)需要較多的濃度梯度時(shí)，芯片體積將隨著"圣誕樹(shù)"層數(shù)的增加而大幅 加大，而若只需要使用其中一個(gè)出口流出的一種濃度時(shí)，其他出口產(chǎn)生的液體也只能隨之 全部流出，成為廢液，導(dǎo)致成本加大、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性和可重復(fù)性下降。這些問(wèn)題都是在微流控 芯片藥物篩選及生化反應(yīng)領(lǐng)域中必須面對(duì)和亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種用于多種濃度梯度穩(wěn)定生成的微流控芯片， 用以在微流控系統(tǒng)中提供濃度準(zhǔn)確穩(wěn)定、靈活可控、易于集成的濃度梯度。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型提供一種用于多種濃度梯度穩(wěn)定生成 的微流控芯片，從上至下依次由第一PDMS薄膜層、第二PDMS薄膜層及玻璃底層構(gòu)成；所述 第一PDMS薄膜層、第二PDMS薄膜層及玻璃底層依次經(jīng)不可逆鍵合形成一整體結(jié)構(gòu)。第一 PDMS薄膜層與第二PDMS薄膜層的預(yù)聚物與固化劑的比例不同，經(jīng)加熱固化形成一整體，與 玻璃底層通過(guò)不可逆鍵合形成完整的芯片。
[0005] 所述第一PDMS薄膜層由若干組微閥及微閥的控制通道組成，每組微閥中包含兩 個(gè)微閥，所述兩個(gè)微閥共線，且以芯片中心點(diǎn)成中心對(duì)稱；所述微閥及各閥的控制通道，其 上各處的截面為矩形，結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度、高度和對(duì)應(yīng)位置的截面積均相同；所述微閥及閥的控制 通道高度均為50~200um，微閥寬200~1500um，閥的控制通道寬50~200um〇
[0006] 所述第二PDMS薄膜層上包括：第一液體入口、第二液體入口、第一液體出口、第二 液體出口、第一主流體通道、第二主流體通道、第一分支流體通道單元、第二分支流體通道 單元、第一液體通道、以及第二液體通道；所述第一主流體通道、第二主流體通道、第一分支 流體通道單元、以及第二分支流體通道單元位于第一液體入口、第二液體入口的連線上，且 位于第一液體出口、第二液體出口的中垂線上；所述第一液體通道與第二液體通道位于第 一液體出口、第二液體出口的連線上。
[0007] 所述第一主流體通道的一端與第一液體入口相連通，另一端與第一分支流體通道 單元相連通；所述第二主流體通道的一端與第二液體入口相連通，另一端與第二分支流體 通道單元相連通。
[0008] 所述第一分支流體通道單元與第二分支流體通道單元均包括若干路平行等長(zhǎng)的 分支流體通道，且其中一半分支流體通道均與第一液體通道的一端相連通，另外一半分支 流體通道均與第二液體通道的一端相連通；所述第一液體通道的另一端與第一液體出口相 連通，所述第二液體通道的另一端與第二液體出口相連通。
[0009] 所述微閥與分支流體通道之間通過(guò)第二PDMS薄膜層隔開(kāi)；所述每一微閥通過(guò)閥 的控制通道單獨(dú)控制一個(gè)分支流體通道的開(kāi)啟與關(guān)閉；所述微閥、閥的控制通道、及分支流 體通道的數(shù)量相同。
[0010] 所述第一液體通道與第二液體通道均為曲折形狀，通道高度均為50~200um，寬 度均為200~800um;所述第二PDMS薄膜上的第一主流體通道、第二主流體通道、第一分支 流體通道單元中每個(gè)分支流體通道、第二分支流體通道單元中每個(gè)分支流體通道、第一液 體通道、第二液體通道的通道高度相同，均為50~200um;所述第一主流體通道與第一液體 入口的相連處、及第二主流體通道與第二液體入口的相連處，寬度為200~400um，隨后漸 變加寬至1000~2000um;所述每個(gè)分支流體通道的長(zhǎng)度、寬度、高度、結(jié)構(gòu)均相同，寬度均 為50~200um，每?jī)蓚€(gè)相鄰的分支流體通道的間隔為10~100um。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果。
[0012] 本實(shí)用新型提供的用于多種濃度梯度穩(wěn)定生成的微流控芯片，通過(guò)對(duì)各個(gè)微閥的 開(kāi)閉進(jìn)行控制，在芯片上產(chǎn)生不同的濃度，且可以同時(shí)作用于兩塊下游芯片以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由 于在該芯片中，流體沒(méi)有經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離曲折的流動(dòng)，因而可以有效地避免氣泡的產(chǎn)生，同時(shí)避 免了生成的濃度不穩(wěn)定等問(wèn)題。此外，利用該芯片可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇單一確定的濃度， 避免了液體浪費(fèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本實(shí)用新型微流控芯片整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為微閥全部開(kāi)啟，食用色素溶液充滿流體通道示意圖。
[0015]圖3為測(cè)試實(shí)驗(yàn)1，開(kāi)啟微閥la、5a、6a、7a、8a、lb、5b、6b、7b、8b。
[0016] 圖4為測(cè)試實(shí)驗(yàn)2,開(kāi)啟微閥la、2a、5a、lb、2b、5b。
[0017]圖5為測(cè)試實(shí)驗(yàn)3,開(kāi)啟微閥la、2a、3a、5a、6a、7a、8a、lb、2b、3b、5b、6b、7b、8b。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0019] 請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施例提供一種用于多種濃度梯度穩(wěn)定生成的微流控芯片，從上至 下依次由第一PDMS薄膜層、第二PDMS薄膜層及玻璃底層構(gòu)成；所述第一PDMS薄膜層、第二 PDMS薄膜層及玻璃底層依次經(jīng)不可逆鍵合形成一整體結(jié)構(gòu)。第一PDMS薄膜層與第二PDMS 薄膜層的PDMS預(yù)聚物與PDMS專用固化劑(美國(guó)道康寧公司sylgardl84)的質(zhì)量比不同(第 一PDMS薄膜層為8:1，第二PDMD薄膜層為15:1 )，經(jīng)加熱固化形成一整體，再與玻璃底層通 過(guò)不可逆鍵合形成完整的芯片。
[0020] 所述第一PDMS薄膜層上設(shè)有16個(gè)可獨(dú)立控制的氣動(dòng)微閥1及每一氣動(dòng)微閥的控 制通道2,其中每?jī)蓚€(gè)以芯片中心點(diǎn)成中心對(duì)稱的氣動(dòng)微閥為一組，共分為8組，每組氣動(dòng) 微閥中包含的兩個(gè)氣動(dòng)微閥共線，可進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。
[0021] 所述16個(gè)氣動(dòng)微閥1及各閥的控制通道2,各處的縱向截面為矩形，各個(gè)微閥與閥 的控制通道的結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度、高度和對(duì)應(yīng)位置的截面積均相同，以保證其中的流體受到的流阻 大小相同；所述氣動(dòng)微閥1及閥的控制通道2高度為80um，氣動(dòng)微閥1寬300um，閥的控制 通道2寬200um。
[0022] 所述第二PDMS薄膜層上設(shè)有第一液體入口 3、第二液體入口 4、第一液體出口 5、第 二液體出口 6、第一主流體通道7、第二主流體通道8、第一分支流體通道單元9、第二分支流 體通道單元10、第一液體通道11、以及第二液體通道12 ;所述第一主流體通道7的一端與 第一液體入口 3相連通，另一端與第一分支流體通道單元9相連通；所述第二主流體通道8 的一端與第二液體入口 4相連通，另一端與第二分支流體通道單元10相連通；所述第一分 支流體通道單元9與第二分支流體通道單元10均包括8路平行等長(zhǎng)的分支流體通道13,且 其中4路分支流體通道13均與第一液體通道11的一端相連通，另外4路分支流體通道13 均與第二液體通道12的一端相連通；所述第一液體通道11的另一端與第一液體出口 5相 連通，所述第二液體通道12的另一端與第二液體出口 6相連通。
[0023] 所述第一主流體通道7、第二主流體通道8、第一分支流體通道單元9、以及第二分 支流體通道單元10位于第一液體入口 3、第二液體入口 4的連線上，且位于第一液體出口 5、第二液體出口 6的中垂線(垂直平分線）上。
[0024] 第二PDMS薄膜上的第一主流體通道7、第二主流體通道8、第一分支流體通道單元 9中每個(gè)分支流體通道13、第二分支流體通道單元10中每個(gè)分支流體通道13、第一液體通 道11、第二液體通道12的高度相同，均為80um。
[0025] 第一主流體通道7與第一液體入口 3的相連處、及第二主流體通道8與第二液體 入口 4的相連處，寬度為20