CN102921481A - 一种微流体阵列装置 - Google Patents

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张文栋
桑胜波
杜少博
胡杰
李朋伟
李刚
奉辉
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本发明涉及微流体结构，具体是一种微流体阵列装置。本发明解决了现有用于生物检测的微流体结构不利于微小检测信号的提取、以及易损害被检测细胞的问题。一种微流体阵列装置包括微流体阵列层、键合于微流体阵列层的上表面的覆盖层、以及贴附固定于微流体阵列层的下表面的衬底层；其中，微流体阵列层的上表面分别开设有两列微流体结构单元、以及两条相互平行的纵向微流直沟道；两列微流体结构单元各包括相同个数的等距直线排列的微流体结构单元；每个微流体结构单元均包括一个微反应腔、以及一条与微反应腔连通的横向微流直沟道。本发明适用于细胞检测、细胞培养、药物筛选、药物运输等领域。

Description

一种微流体阵列装置
技术领域
本发明涉及微流体结构，具体是一种微流体阵列装置。
背景技术
微流体技术是当前微机电领域的研究热点，其主要包括细胞检测、细胞培养、药物筛选、药物运输等，通常广泛应用于生物工程、环境监测、食品工程、临床医学等领域。生物传感器是一类在分子水平上研究各种生命现象的重要工具，其具有特异性高、灵敏度高等优点，但其同时也存在输出信号微弱、抗干扰能力差等缺点。作为生物传感器集成化、微型化的一种必不可少的关键技术，微流体技术能够增强生物传感器的输出信号、提高生物传感器的抗干扰能力。因此，基于微流体技术开发的生物传感器（即用于生物检测的微流体结构）便得到了广泛应用。在现有技术条件下，用于生物检测的微流体结构主要是通过微流直沟道直接将含有被检测细胞的液体送入微反应腔中进行检测。此种用于生物检测的微流体结构的缺点在于：其一，含有被检测细胞的液体在通过微流直沟道进入微反应腔的过程中，会在微反应腔内形成对流及湍流，对流及湍流会带来震动噪声，而震动噪声往往会掩盖被检测的微小检测信号，不利于微小检测信号的提取。其二，含有被检测细胞的液体在通过微流直沟道进入微反应腔的过程中，会出现流速过大，而流速过大会对液体中的被检测细胞形成剪切力，一旦剪切力超出被检测细胞的可承受范围，就会损害被检测细胞，导致被检测细胞失去活性，进而导致被检测细胞失去检测意义。基于此，有必要发明一种全新的用于生物检测的微流体结构，以解决现有用于生物检测的微流体结构不利于微小检测信号的提取、以及易损害被检测细胞的问题。
发明内容
本发明为了解决现有用于生物检测的微流体结构不利于微小检测信号的提取、以及易损害被检测细胞的问题，提供了一种微流体阵列装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种微流体阵列装置，包括微流体阵列层、键合于微流体阵列层的上表面的覆盖层、以及贴附固定于微流体阵列层的下表面的衬底层；其中，微流体阵列层的上表面分别开设有两列微流体结构单元、以及两条相互平行的纵向微流直沟道；两列微流体结构单元各包括相同个数的等距直线排列的微流体结构单元，且每列微流体结构单元的排列方向均与纵向微流直沟道平行；每个微流体结构单元均包括一个微反应腔、以及一条与微反应腔连通的横向微流直沟道；其中一列微流体结构单元中的各条横向微流直沟道均与其中一条纵向微流直沟道垂直连通；另一列微流体结构单元中的各条横向微流直沟道均与另一条纵向微流直沟道垂直连通；每条纵向微流直沟道的两端均各连通有一个输入输出微孔，且四个输入输出微孔均开设于微流体阵列层的上表面；覆盖层的上表面分别开设有四个疏通孔，且四个疏通孔分别与四个输入输出微孔位置正对。所述纵向微流直沟道、微反应腔、横向微流直沟道、输入输出微孔、疏通孔的尺寸均根据实际需要而定。
工作时，将两条纵向微流直沟道各自一端的两个疏通孔通过毛细管与外部蠕动泵连接，并将两条纵向微流直沟道各自另一端的两个疏通孔与外部废液池连通。具体工作过程如下：首先，外部蠕动泵将含有被检测细胞的液体同时注入两条纵向微流直沟道各自一端的两个疏通孔。然后，含有被检测细胞的液体同时流经两条纵向微流直沟道，并通过两列横向微流直沟道同时扩散至两列微反应腔中。最后，含有被检测细胞的液体同时通过两条纵向微流直沟道各自另一端的两个疏通孔回流至外部废液池，由此实现了含有被检测细胞的液体的动态循环。在此过程中，借助外部荧光显微镜，可透过覆盖层对两列微反应腔中的含有被检测细胞的液体进行检测，以实现检测细胞的目的。基于上述过程，与现有用于生物检测的微流体结构相比，本发明所述的一种微流体阵列装置具有以下优点：其一，本发明所述的一种微流体阵列装置采用两列微反应腔的结构设计，其中一列微反应腔可用于提供细胞的主要检测信号，另一列微反应腔可用于提供细胞的对比检测信号，通过将两列微反应腔提供的检测信号进行差分运算，可将各种非人为噪声（如对流及湍流带来的震动噪声、非特异性吸附对敏感单元信号输出的影响等）排除，由此实现微小检测信号的提取，进而保证检测结果的精确度。其二，本发明所述的一种微流体阵列装置采用由微反应腔和横向微流直沟道组成的微流体结构单元，实现了将含有被检测细胞的液体缓慢扩散至微反应腔中，由此有效避免了液体流速过大，有效降低了液体对被检测细胞的剪切力，从而避免了被检测细胞被损害，保证了被检测细胞的正常检测。综上所述，本发明所述的一种微流体阵列装置基于全新的结构，有效解决了现有用于生物检测的微流体结构不利于微小检测信号的提取、以及易损害被检测细胞的问题。通过下述实验，可进一步验证本发明所述的一种微流体阵列装置的上述优点：如图4所示，通过对一个微流体结构单元进行速度场仿真，可以得出：液体在微反应腔中的扩散速度比其在纵向微流直沟道中的速度减小了104数量级，且速度分布均匀，因而本发明所述的一种微流体阵列装置中的微流体结构单元事实上为被检测细胞营造了一个稳定又相对封闭的微环境，为对细胞进行培养、观察其***周期或病变状态提供了有力保证。
本发明有效解决了现有用于生物检测的微流体结构不利于微小检测信号的提取、以及易损害被检测细胞的问题，其具有制作简单、操作方便、集成化程度高、微型化等一系列优点，不仅可对不同细胞进行培养及检测，而且可集成于不同生物芯片集成***中，适用于细胞检测、细胞培养、药物筛选、药物运输等领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的侧视图。
图3是本发明的微流体阵列层的结构示意图。
图4是本发明的一个微流体结构单元的速度场仿真图。
图中：1-微流体阵列层，2-覆盖层，3-衬底层，4-纵向微流直沟道，5-微反应腔，6-横向微流直沟道，7-输入输出微孔，8-疏通孔。
具体实施方式
一种微流体阵列装置，包括微流体阵列层1、键合于微流体阵列层1的上表面的覆盖层2、以及贴附固定于微流体阵列层1的下表面的衬底层3；其中，微流体阵列层1的上表面分别开设有两列微流体结构单元、以及两条相互平行的纵向微流直沟道4；两列微流体结构单元各包括相同个数的等距直线排列的微流体结构单元，且每列微流体结构单元的排列方向均与纵向微流直沟道4平行；每个微流体结构单元均包括一个微反应腔5、以及一条与微反应腔5连通的横向微流直沟道6；其中一列微流体结构单元中的各条横向微流直沟道6均与其中一条纵向微流直沟道4垂直连通；另一列微流体结构单元中的各条横向微流直沟道6均与另一条纵向微流直沟道4垂直连通；每条纵向微流直沟道4的两端均各连通有一个输入输出微孔7，且四个输入输出微孔7均开设于微流体阵列层1的上表面；覆盖层2的上表面分别开设有四个疏通孔8，且四个疏通孔8分别与四个输入输出微孔7位置正对；
两条纵向微流直沟道4的长度均相等；两条纵向微流直沟道4的宽度均相等；两条纵向微流直沟道4的深度均相等；
各个微反应腔5均为圆形微反应腔；各个微反应腔5的直径均相等；各个微反应腔5的深度均相等；
各条横向微流直沟道6的长度均相等；各条横向微流直沟道6的宽度均相等；各条横向微流直沟道6的深度均相等；
四个输入输出微孔7均为圆形输入输出微孔；四个输入输出微孔7的直径均相等；四个输入输出微孔7的深度均相等；
四个疏通孔8均为圆形疏通孔；四个疏通孔8的直径均相等；四个疏通孔8的深度均相等；
具体实施时，微流体阵列层和覆盖层均采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成。其中，覆盖层采用透明的聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成，便于借助显微镜透过覆盖层对细胞进行检测。衬底层采用玻璃制成。两条纵向微流直沟道的宽度均为125μm。两条纵向微流直沟道的深度均为60μm。各个微反应腔的直径均为600μm。各个微反应腔的深度均为60μm。各条横向微流直沟道的长度均为80μm。各条横向微流直沟道的宽度均为80μm。各条横向微流直沟道的深度均为60μm。四个输入输出微孔的直径均为150μm。

Claims (6)

1.一种微流体阵列装置，其特征在于：包括微流体阵列层（1）、键合于微流体阵列层（1）的上表面的覆盖层（2）、以及贴附固定于微流体阵列层（1）的下表面的衬底层（3）；其中，微流体阵列层（1）的上表面分别开设有两列微流体结构单元、以及两条相互平行的纵向微流直沟道（4）；两列微流体结构单元各包括相同个数的等距直线排列的微流体结构单元，且每列微流体结构单元的排列方向均与纵向微流直沟道（4）平行；每个微流体结构单元均包括一个微反应腔（5）、以及一条与微反应腔（5）连通的横向微流直沟道（6）；其中一列微流体结构单元中的各条横向微流直沟道（6）均与其中一条纵向微流直沟道（4）垂直连通；另一列微流体结构单元中的各条横向微流直沟道（6）均与另一条纵向微流直沟道（4）垂直连通；每条纵向微流直沟道（4）的两端均各连通有一个输入输出微孔（7），且四个输入输出微孔（7）均开设于微流体阵列层（1）的上表面；覆盖层（2）的上表面分别开设有四个疏通孔（8），且四个疏通孔（8）分别与四个输入输出微孔（7）位置正对。
2.根据权利要求1所述的一种微流体阵列装置，其特征在于：两条纵向微流直沟道（4）的长度均相等；两条纵向微流直沟道（4）的宽度均相等；两条纵向微流直沟道（4）的深度均相等。
3.根据权利要求1所述的一种微流体阵列装置，其特征在于：各个微反应腔（5）均为圆形微反应腔；各个微反应腔（5）的直径均相等；各个微反应腔（5）的深度均相等。
4.根据权利要求1所述的一种微流体阵列装置，其特征在于：各条横向微流直沟道（6）的长度均相等；各条横向微流直沟道（6）的宽度均相等；各条横向微流直沟道（6）的深度均相等。
5.根据权利要求1所述的一种微流体阵列装置，其特征在于：四个输入输出微孔（7）均为圆形输入输出微孔；四个输入输出微孔（7）的直径均相等；四个输入输出微孔（7）的深度均相等。
6.根据权利要求1所述的一种微流体阵列装置，其特征在于：四个疏通孔（8）均为圆形疏通孔；四个疏通孔（8）的直径均相等；四个疏通孔（8）的深度均相等。
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