一種可實現回泵的離心式微流控芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微流控技術領域，特別是涉及一種可實現回泵的離心式微流控芯片。
【背景技術】
[0002]傳統離心式微流控系統中，液體在離心力的驅動下由靠近圓心的位置往外流動，因而，對于預存反應液的芯片而言，儲液池必須存儲在靠近圓心的位置。但圓心處的空間有限，不利于芯片的緊湊設計。如果能在芯片上實現流體的回泵，儲液池就可以設置在空間比較開闊的外側，以提高芯片的集成度。2010年McGill大學的Matthew C.R.等利用壓縮氣體將反應液在芯片旋轉過程中壓回圓心處，但實際產品中很難集成高壓氣罐。2011年加州大學歐文分校的Kameel Ab1-Samra等在芯片上集成了一個氣室，通過對氣室加熱使氣體膨脹將反應液泵回靠近圓心處的儲液池。該法受加熱速度局限，所以響應速度較慢，同時引入熱源會對生化反應造成一些潛在的影響，特別是對溫度敏感的生化反應。2012年弗萊堡大學的Steffen Zehnle等在芯片上設計了一個封閉腔，反應液由靠.近圓心位置甩入封閉腔，使腔內壓強增大，當芯片減速轉動時，液體便可在該壓力的驅動下回到靠近圓心處的儲液池內。該法結構簡單，不需要增加任何額外的控制設備。但是反應液進入密閉腔，一旦減速，回泵操作即開始，很難在中間加入其它操作，這給控制的靈活性帶來了困難。2012年McGill大學的Eric Salin等提出了一種用液體替換法實現的回泵結構，該法可以快速泵回液體，并且可以實現無殘留。但該法并且體積龐大，尤其占用了芯片接近圓心處的空間，并且需要預存儲液體，使用不方便。

【發明內容】

[0003]本發明為了克服現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種成本低、生化兼容性好、控制方便的可實現回泵的離心式微流控芯片。
[0004]本發明所采用的技術解決方案是一種可實現回泵的離心式微流控芯片，包括原儲液池、外部儲液池、加壓流道及搜集池，所有結構都設計在一張圓形盤片上，盤片固定在電機軸上。所述外部儲液池到圓心的距離大于所述原儲液池和搜集池位到離圓心的距離，原儲液池與外部儲液池之間通過導出流道連通。
[0005]所述加壓流道沿圓周方向設置，加壓流道連接外部儲液池和導入流道。
[0006]還包括防回流流道，所述防回流流道離圓心最近處比搜集池離圓心最近處的距離要小。這樣便可以防止液體回流入導入流道。
[0007]所述原儲液池和搜集池上設有通氣孔，保證液體的注入和流通。
[0008]本發明的工作原理是:初始狀態下，液體被注入到原儲液池，然后盤片減速，在該過程中液體在離心力的驅動下進入外部儲液池中。然后盤片以一定的角速度旋轉一段時間，使液體進入加壓流道與導入流道，并使液體在外部儲液池與導入流道的液面到圓心的距離相等。接著盤片加速旋轉，加速度在加壓流道內產生壓強驅動液體在導入流道內上升，直至通過防回流流道進入搜集池。當盤片加速到一定角速度時，加速度在加壓流道內產生的壓強與離心力在導入流道內產生的壓強平衡，液體將停止進入搜集池。最后盤片減速，為下一次回泵操作做好準備。重復上述過程便可以將外部儲液池中的液體泵回搜集池中。
[0009]與現有技術相比，本發明所具有的有益效果為:利用盤片上的溝道設計與電機轉速控制相結合實現的，沒有增加任何外部設備，因此不會增加芯片成本。在運行過程中只是控制盤片的加減速，控制簡單，與傳統離心式微流控系統完全兼容。在控制過程中可以選擇任何時刻開始回泵過程，同時還可以控制回泵液體的量，控制自由。另外避免了熱源，因此生化兼容性好。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的結構簡圖
[0011]圖2是盤片旋轉角速度ω隨時間t的變化曲線
[0012]圖3是回泵工作流程圖，其中，(a)為初始狀態，(b)液體穩定狀態，(C)為加速狀態，(d)為減速狀態，(e)為最終狀態。
[0013]其中1-原儲液池、2-導出流道、3-外部儲液池、4-加壓流道、5-導入流道、6-防回流流道、7-搜集池、8-通氣孔、9-圓心。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，本實施例所述的一種可實現回泵的離心式微流控芯片，包括原儲液池1、外部儲液池3、加壓流道4及搜集池7。所述原儲液池I和搜集池7位于離圓心9較近處，所述外部儲液池3位于離圓心9較遠處。原儲液池I與外部儲液3之間通過導出流道2連通。加壓流道4設置在盤片的外邊緣，并通過導入流道5及防回流流道6連接到搜集池7。所述加壓流道4沿圓周方向設置，加壓流道4連接外部儲液池3和導入流道5，并且較長。所述防回流流道6離圓心9最近處比搜集池7離圓心9最近處的距離要小，這樣可以防止液體回流入導入流道5。所述原儲液池I和搜集池7上設有通氣孔8，保證液體的注入和流通。
[0015]如圖1至3所示，盤片順時針旋轉時，轉速為正。初始狀態下，液體被注入到原儲液池1，然后減速到ω2，在該過程中液體進入外部儲液池3中。tgljt2時間段為液體穩定狀態，盤片以ω2的角速度旋轉，液體進入加壓流道4與導入流道5，并使液體在外部儲液池3與導入流道5的液面到圓心9的距離相等。在12到13的時間段內，盤片從ω 2加速到W1，加速度在加壓流道4內產生壓強P a R2(o1-o2)/(t2-t1) (P為液體的密度)，驅動液體在導入流道5內上升，直至通過防回流流道6進入搜集池7。直到盤片加速到Q1,此時，加速度在加壓流道4內產生的壓強與離心力在導入流道5內產生的壓強P ωι2Η(Γ+Η)/2平衡時，液體將停止進入搜集池7。&到14階段為減速狀態，此時加速度會在加壓流道4內會產生反向壓強，迫使導入流道5中的液體流出，并且加壓流道4中的液體也部分回流，但是搜集池7內的液體不會流出。重復以上流程，最終大部分液體就被泵回到了搜集池7中。
[0016]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
【主權項】
1.一種可實現回泵的離心式微流控芯片，包括原儲液池(I)、外部儲液池(3)、加壓流道(4)及搜集池(7)，其特征是:所述的外部儲液池(3)與離圓心(9)的距離大于原儲液池(I)和搜集池(7)到圓心的距離，原儲液池⑴與外部儲液池(3)之間通過導出流道(2)連通。2.根據權利要求1所述的可實現回泵的離心式微流控芯片，其特征是:所述加壓流道(4)沿圓周方向設置，加壓流道(4)連接外部儲液池(3)和導入流道(5)。3.根據權利要求1所述的可實現回泵的離心式微流控芯片，其特征是:還包括防回流流道(6)，所述防回流流道(6)離圓心(9)最近處比搜集池(7)離圓心(9)最近處的距離要小。4.根據權利要求1所述的可實現回泵的離心式微流控芯片，其特征是:所述原儲液池(I)和搜集池(7)上設有通氣孔(8) ο
【專利摘要】本發明的目的是提供一種成本低、生化兼容性好、控制方便的可實現回泵的離心式微流控芯片。本發明所采用的技術解決方案是一種可實現回泵的離心式微流控芯片，包括原儲液池、外部儲液池、加壓流道及搜集池，所有結構都設計在一張圓形盤片上，盤片固定在電機軸上。所述原儲液池和搜集池位于離圓心較近處，所述外部儲液池則位于離圓心較遠處，原儲液池與外部儲液池之間通過導出流道連通。所述加壓流道沿圓周方向設置，加壓流道連接外部儲液池和導入流道。還包括防回流流道，所述防回流流道離圓心最近處比搜集池離圓心最近處的距離要小。這樣便可以防止液體回流入導入流道。所述原儲液池和搜集池上設有通氣孔，保證液體的注入和流通。
【IPC分類】B01L3/00
【公開號】CN104888873
【申請號】CN201510233306
【發明人】蔡晉, 李威, 劉輝, 宣旭, 曹小寶
【申請人】沈陽航空航天大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月8日