CN104549589B - 一种三基片微球筛选芯片及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三基片微球筛选芯片，其主要由包含三片基底硬质片，三层光刻胶的上下两片芯片组成，其特征在于：在上片芯片有两条Z字形、对称90°直角拐弯的筛选通道，每条筛选通道的每一个向通道内的直角处都加工有一个筛选微通口。在下片芯片上有呈矩形的A收集单元、B收集单元、C收集单元3个收集单元，分别对应着上片芯片的两条筛选通道的3段通道和3段内的筛选微通口。发明还提供了本发明芯片的使用方法。本发明有益效果是可以直接与自动加液器连用，在液态情况下筛选，操作简单，效率高，制作方便简单，节约使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型微球筛选芯片，从使用上讲，是一种材料筛选的一种三基片微球筛选芯片及使用方法。
背景技术
微流控技术是在近些年发展起来的微型实验室技术，主要用于生物医学和化学监测等领域，在材料学的制备和应用方面研究应用的不多。目前，随着材料学在纳微领域的技术发展，材料学对纳微微粒的研究和使用越来越多，特别是微纳米级别的微粒制备和筛选，越受人关注。在许多复合微粒的合成制备中，大多是利用液体作为载体。合成的微纳米级的复合微球，也是在溶液中形成。那么如何迅速筛选溶液中的符合要求尺寸的合格微球，不仅是目前材料制备工艺方面需要解决的一个问题。同时也是微流控技术运用到微球的制备的工程领域中去的一个方向。
因此，需要开发一种专业的微流控技术的微球筛选芯片，用于材料工程的制备方面。
发明内容
本发明的技术方案为：一种三基片微球筛选芯片，其主要由包含三片基底硬质片，三层光刻胶的上下两片芯片组成，其特征在于：在上片芯片的一端开有进样孔，长10mm的主通道一端与进样孔连通，另一端分为两侧两条支通道，每条支通道，各自联通一条筛选通道。两条筛选通道的各自向内侧连续Z字形、对称90°直角拐弯，最后在主通道的中间线汇入到一起，通过5mm长的通道与出样孔连接。设计便于通道的排列。
每条筛选通道的每一个向通道内的直角处都加工有一个筛选微通口，每个筛选微通口都连接一个小收集池；小收集池，通过池中心的垂直通孔与下片芯片的储存池相通。在下片芯片上有呈矩形的A收集单元、B收集单元、C收集单元3个收集单元，分别对应着上片芯片的两条筛选通道的3段通道和3段内的小收集池。采用重力流动，收集筛选的微球。每个收集单元在上下2层基底硬质片形成一个调压空腔，在调压空腔中心部位安装有一个贯通到上片芯片表面的通气管。调压空腔和通气管的设计目的在于能提供负压或正压。
A收集单元、B收集单元的调压空腔两侧，在对应两条筛选通道的小收集池的正下方加工有低于调压空腔、呈U形的储存池，每个U形的储存池接着2个小收集池的中心孔。U形的储存池的目的在于缩小储存池，相对扩大调压空腔与之的大小比，以利于调压，同时减少存储量，减轻储存池出样通道的压力。在A收集单元、B收集单元的矩形两侧各自分别有一条储存池出样通道和储存池出孔。便于快速排出筛选微球，提高效率，减少通道流通压力。C收集单元的矩形调压空腔中间是一个高于的储存池的圆台，圆台设计目的也是相对扩大调压空腔与之的大小比，以利于调压，同时减少存储量，减轻储存池出样通道的压力。只有在矩形一侧有一条储存池出样通道和一个储存池出孔。
上述技术方案中，所述上片芯片是一个均匀2mm厚的光刻胶经过掩模板印刷出通道后，通道面朝上反贴在一片基底硬质片上，在光刻胶上面密闭粘贴有一片基底硬质片，密封住上片芯片的通道。这样设计，是便于倒模批量生产上片芯片。基底硬质片开有通孔，再在上面贴附一层光刻胶，固定孔上的通气管和储存池出孔和出样孔上的连接管。目的是利用光刻胶弹性，安装密封毛细管。这样上片芯片，就有底层一片基底硬质片，上一层是光刻胶层，再是一片基底硬质片，再是一层光刻胶层。所述下片芯片是一片基底硬质片，上一层是光刻胶层。由此，本发明三片基底硬质片，三层光刻胶的上下两片芯片组成。基底硬质片包括硅片、玻璃片、金属片、塑料复合片。
上述技术方案中，所述筛选通道每个单条通道都有14个以上的、两两成对的90°直角拐弯，拐角长6mm，宽2mm。数量和长度，保证了筛选的效率。在筛选通道的每一个筛选微通口前面，都近似45°扇形分布5条长度粗细不相等的阻拦墙；阻拦墙的扇面开口朝向筛选微通口，另一端集中在筛选微通口对面的筛选通道的向通道外的直角处；阻拦墙的a、b、c、d、e5条，a、d是长度短的阻拦墙，靠近的筛选微通口分布；b、c、e是长度长的阻拦墙，这三条阻拦墙朝筛选微通口的一端除e与筛选通道侧壁相连，b、c、均与筛选通道侧壁保持一个筛选微通口尺寸的宽度，另一端，长的b、c、e阻拦墙全部连着筛选通道侧壁；a、b、c、d、e阻拦墙之间的开口保持一个筛选微通口尺寸的宽度。阻拦墙的试剂和布置，主要起到引起扰动层流的目的，有利于流体中微球的筛选。
上述技术方案中，所述下片芯片A收集单元、B收集单元、C收集单元分别对应的上片芯片的两条筛选通道的3段通道的筛选微通口的尺寸，在每段内是一致统一的，在3段之间的筛选微通口尺寸不同，由小到大排列；筛选微通口的宽度在每个三基片芯片有3个规格，尺寸是5μm~300μm之间。例如：三基片芯片的两条筛选通道的3段之间的筛选微通口尺寸规格:300μm、200μm、100μm；或80μm、50μm、30μm；或20μm、10μm、5μm。每个三基片芯片的通道深度保持一致，以便于本发明三基片芯片的批量生产。
上述技术方案中，所述一种三基片微球筛选芯片的使用方法，操作步骤如下：根据筛选微球粒径区间，选择筛选微通口的尺寸规格的芯片，搭配成不同的2-3个芯片组合，首先使用筛选微通口尺寸大的芯片，依据筛选微通口尺寸大小，芯片记为芯片一，依次为芯片二、芯片三。
使用时，先关闭全部储存池出孔，打开通气管吹气加压，出样孔开启，将去离子水从进样孔打入，调整通气管吹气压力，直至出样孔有去离子水流出，关闭通气管停止吹气，将进样孔的去离子水更换为待筛选的样品溶液，然后打开全部储存池出孔，根据储存池出孔的流速，再调整通气管吹气压力，保持流速，进行不间断筛选。
储存池出孔第一次筛选过的样品，再次在该芯片上重复筛选2次。最后在两条筛选通道的3段之间的储存池出孔收集得到的微球，将芯片一从3段之间的储存池出孔收集得到的不同区间粒径的微球，在根据筛选区间要求，按照上述方法，分别再在芯片二上筛选3次，依次再在芯片三上筛选3次；最后在芯片三的出样孔11得到目标粒径区间的微球。
本发明技术特点是芯片制作方便，操作简单，专业性更强。
与现有的筛分相比，本发明有下列有益效果：（1）可以直接与自动加液器连用，在液态情况下筛选；（2）操作简单，效率高；（2）制作方便简单，节约使用成本。
附图说明
图1为本发明的上片芯片的俯视示意图。
图2为本发明的下片芯片的俯视示意图。
图3为本发明的上下片芯片A-A处剖视的局部放大示意图。
图4为本发明的上片芯片的筛选通道俯视的局部放大示意图。
图5为本发明的上片芯片的筛选通道剖视的底部阻拦墙示意图。
图6为本发明的上片芯片的5条阻拦墙排列位置示意图。
图中：1.上片芯片；2.进样孔；3.主通道；4.支通道；5.筛选通道；6.小收集池；7.筛选微通口；8.A收集单元；9.储存池出样通道；10.储存池出孔；11.出样孔；12.C收集单元；13.B收集单元；14.下片芯片；15.调压空腔；16.储存池；17.通气管；18.阻拦墙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步对本发明加以说明。
实施例一
参照图1至图6中的形状结构，组合的芯片一，单条筛选通道有7对个90°直角拐弯，拐角长6mm，宽2mm，深100μm。两条筛选通道的3段之间的筛选微通口尺寸规格:40μm、30μm、20μm。
芯片二，单条筛选通道有7对个90°直角拐弯，拐角长6mm，宽2mm，深60μm。两条筛选通道的3段之间的筛选微通口尺寸规格:20μm、10μm、5μm。
操作步骤如下：根据筛选微球粒径区间，选择搭配不同筛选微通口7的尺寸规格的芯片。先使用尺寸大的芯片一。
先关闭全部储存池出孔10，打开通气管17吹气加压，出样孔11，开启将去离子水从进样孔2打入，调整通气管17吹气压力，直至出样孔11有去离子水流出，关闭通气管17停止吹气，将进样孔2的去离子水更换为待筛选的样品溶液，然后打开全部储存池出孔10。根据储存池出孔10的流速，再调整通气管17吹气压力，保持流速，进行不间断筛选。
储存池出孔10第一次筛选过的样品，再次在该芯片上重复筛选2次。最后在两条筛选通道的3段之间的储存池出孔10收集得到目标粒径区间的微球。将芯片一从3段之间的储存池出孔10收集得到的不同区间粒径的微球，再根据筛选区间要求，按照上述方法，分别再在芯片二上筛选3次。
在芯片二的出样孔11得到：20μm~40μm，20μm~30μm粒径区间的微球；在3段储存池出孔10得到：20μm以下，10μm以下，5μm以下粒径区间的微球。
实施例二
参照图1至图6中的形状结构，组合的芯片一，单条筛选通道有8对个90°直角拐弯，拐角长6mm，宽2mm，深0.80mm。两条筛选通道的3段之间的筛选微通口尺寸规格:300μm、200μm、100μm。
芯片二，单条筛选通道有8对个90°直角拐弯，拐角长6mm，宽2mm，深0.50mm。两条筛选通道的3段之间的筛选微通口尺寸规格:100μm、90μm、80μm。
操作方法按实施例一，在芯片二的出样孔11得到：100μm~300μm，100μm~200μm粒径区间的微球。
实施例三
参照图1至图6中的形状结构，组合的芯片一，单条筛选通道有10对个90°直角拐弯，拐角长6mm，宽2mm，深150μm。两条筛选通道的3段之间的筛选微通口尺寸规格:50μm、40μm、30μm。
组合的芯片一，单条筛选通道有10对个90°直角拐弯，拐角长6mm，宽2mm，深60μm。两条筛选通道的3段之间的筛选微通口尺寸规格:15μm、10μm、5μm。
操作方法按实施例一，在芯片二的出样孔11得到：15μm~50μm，15μm~40μm，15μm~30μm粒径区间的微球。
Claims (5)
1.一种三基片微球筛选芯片，其主要由包含三片基底硬质片，三层光刻胶的上下两片芯片组成，其特征在于：在上片芯片（1）的一端开有进样孔（2），长10mm的主通道（3）一端与进样孔（2）连通，另一端分为两侧两条支通道（4），每条支通道（4）各自联通一条筛选通道（5）；两条筛选通道（5）的各自向内侧连续Z字形、对称90°直角拐弯，最后在主通道（3）的中间线汇入到一起，通过5mm长的通道与出样孔（11）连接；每条筛选通道（5）的每一个向通道内的直角处都加工有一个筛选微通口（7），每个筛选微通口（7）都连接一个小收集池（6）；小收集池（6），通过池中心的垂直通孔与下片芯片（14）的储存池（16）相通；在下片芯片（14）上有呈矩形的A收集单元（8）、B收集单元（13）、C收集单元（12）3个收集单元，分别对应着上片芯片（1）的两条筛选通道（5）的3段通道和3段内的小收集池（6）；每个收集单元在上下2层基底硬质片形成一个调压空腔（15），在调压空腔（15）中心部位安装有一个贯通到上片芯片表面的通气管（17）；A收集单元（8）、B收集单元（13）的调压空腔（15）两侧，在对应两条筛选通道（5）的小收集池（6）的正下方加工有低于调压空腔（15）、呈U形的储存池（16），每个U形的储存池（16）接着2个小收集池（6）的中心孔；在A收集单元（8）、B收集单元（13）的矩形两侧各自分别有一条储存池出样通道（9）和储存池出孔（10）；C收集单元（12）的矩形调压空腔（15）中间是一个高于的储存池（16）的圆台，只有在矩形一侧有一条储存池出样通道（9）和一个储存池出孔（10）。
2.根据权利要求1所述的一种三基片微球筛选芯片，其特征在于：所述上片芯片（1）的一片基底硬质片上面的光刻胶上面密闭粘贴开有通孔的一片基底硬质片，密封的基底硬质片在上面贴附一层光刻胶，固定开孔上的通气管（17）；基底硬质片包括硅片、玻璃片、金属片、塑料复合片。
3.根据权利要求1所述的一种三基片微球筛选芯片，其特征在于：所述筛选通道（5）的每个单条通道都有7对以上90°直角拐弯，拐角长6mm，宽2mm；在筛选通道（5）的每一个筛选微通口（7）前面，都近似45°扇形分布5条长度粗细不相等的阻拦墙（18）；阻拦墙（18）的扇面开口朝向筛选微通口（7），另一端集中在筛选微通口（7）对面的筛选通道（5）的向通道外的直角处；阻拦墙（18）的a、b、c、d、e五条，a、d是长度短的阻拦墙（18），靠近的筛选微通口（7）分布；b、c、e是长度长的阻拦墙（18），这三条阻拦墙（18）朝筛选微通口（7）的一端除e与筛选通道（5）侧壁相连，b、c、均与筛选通道（5）侧壁保持一个筛选微通口（7）尺寸的宽度，另一端，长的b、c、e阻拦墙（18）全部连着筛选通道（5）侧壁；a、b、c、d、e阻拦墙（18）之间的开口保持一个筛选微通口（7）尺寸的宽度。
4.根据权利要求1所述的一种三基片微球筛选芯片，其特征在于：所述下片芯片（14）A收集单元（8）、B收集单元（13）、C收集单元（12）分别对应的上片芯片（1）的两条筛选通道（5）的3段通道的筛选微通口（7）的尺寸，在每段内是一致统一的，在3段之间的筛选微通口（7）尺寸不同，由小到大排列；筛选微通口（7）的宽度在每个三基片芯片有3个规格，尺寸是5μm~300μm之间；每个三基片芯片的通道深度保持一致。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种三基片微球筛选芯片的使用方法，其特征在于：操作步骤如下：根据筛选微球粒径区间，选择筛选微通口（7）的尺寸规格的芯片，搭配成不同的2-3个芯片组合，首先使用筛选微通口（7）尺寸大的芯片，记为芯片一，依次为芯片二、芯片三；
先关闭全部储存池出孔（10），打开通气管（17）吹气加压，出样孔（11）开启，将去离子水从进样孔（2）打入，调整通气管（17）吹气压力，直至出样孔（11）有去离子水流出，关闭通气管（17）停止吹气，将进样孔（2）的去离子水更换为待筛选的样品溶液，然后打开全部储存池出孔（10），根据储存池出孔（10）的流速，再调整通气管（17）吹气压力，保持流速，进行不间断筛选；
储存池出孔（10）第一次筛选过的样品，再次在该芯片上重复筛选2次；最后在两条筛选通道的3段之间的储存池出孔（10）收集得到的微球，将芯片一从3段之间的储存池出孔（10）收集得到的不同区间粒径的微球，再根据筛选区间要求，按照上述方法，分别再在芯片二上筛选3次，依次再在芯片三上筛选3次；最后在芯片三的出样孔（11）得到目标粒径区间的微球。
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