CN110260026B - 气压协助虹吸阀结构及离心微流控装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及气压协助虹吸阀结构及离心微流控装置，气压协助虹吸阀结构包括加压腔及虹吸管道；虹吸管道包括顺序连接的上升管道、过渡管道与下降管道，加压腔于其远离目标旋转中心的位置处连通上升管道的输入端，上升管道的输入端还用于连通加样腔；下降管道的输出端用于连通收集腔。创新地采用了气压力来替代毛细力以实现液体在一定条件下与离心力方向相反的方向流动，一方面能够实现高速离心的封闭效果，另一方面能够实现低速转动的时候，气压力驱动实现开阀效果；利用了气压力和离心力的平衡，在离心微流控中实现了虹吸阀的效果，且不再需要对虹吸管道内表面做亲水处理，也不需要采用亲水材料，大大简化了微流控芯片的加工工艺及加工质控成本。

Description

气压协助虹吸阀结构及离心微流控装置

技术领域

本申请涉及离心微流控领域，特别是涉及气压协助虹吸阀结构及离心微流控装置。

背景技术

微流控(Microfluidics)是指在亚毫米尺度上操控液体。它将生物和化学领域所涉及的基本操作单位，甚至于把整个化验室的功能，包括采样、稀释、反应、分离、检测等集成在一个小型芯片上，故又称芯片实验室(Lab-on-a-Chip)。这种芯片一般是由各种储液池和相互连接的微通道网络组成，能很大程度缩短样本处理时间，并通过精密控制液体流动，实现试剂耗材的最大利用效率。微流控为生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。特别地，微流控能很好地满足即时诊断(Point-of-care testing，POCT)小型化仪器的需求，所以被广泛的应用在POCT中。在产业化中，微流控一般分为以下几大类型：压力(气压或者液压)驱动式微流控，离心微流控，液滴微流控，数字化微流控，纸质微流控等。

微流控***，是指在亚毫米尺度(一般几微米到几百微米)上操控液体的装置。离心微流控隶属于微流控的一个分支，通过离心力来驱动液体的流动，特指通过转动离心微流控装置来使用离心力在亚毫米尺度上操控液体的装置。它将生物和化学领域所涉及的基本操作单位集成在一个小型碟式的(disc-shaped)芯片上。除了微流控所特有的优点外，由于离心微流控只需要一个电机来提供液体操控所需要的力，所以整个设备更为简洁紧凑。而碟片式芯片上的无处不在的离心场既能使得液体驱动更为有效，确保管道内没有残留液体，又能有效的实现基于密度差异的样本分离，也能让并行处理更为简单。因此，离心微流控也被越来越多的应用在即时诊断中。

离心微流控中的虹吸阀在离心微流控中能实现高速转动不通过，低速转动而后中速转动才通过，其主要实现原理是依赖于毛细力和离心力的平衡关系，具体说来，首先在离心力很小(低速离心)或者没有离心力(微流控芯片停止转动)的时候，腔室内液体由毛细力牵引没过虹吸管道最靠近离心圆心处(siphon crest，虹吸嵴)至虹吸管道内充满液体；随后增大离心速度，在离心力的作用下，虹吸管道内部虹吸流动发生，液体全部流入后面的收集腔室(collection chamber)内。

但是，离心微流控中的虹吸阀是利用毛细力和离心力的平衡关系来实现的，而常见的热塑性材料均为疏水材料，即水在材料表面的接触角大于90度或者在90度附近，所以单纯的液体在虹吸管道的毛细力并不能引发液体的自发流动。为此，通常要对虹吸管道内表面做亲水处理，以增大液体在管道内部的毛细力。常见的亲水处理包括等离子体(plasma)处理，化学表面处理等。这些处理方式往往会大大增大微流控芯片的制作难度，增大微流控芯片的量产和质控成本。

发明内容

基于此，有必要提供一种气压协助虹吸阀结构及离心微流控装置。

一种气压协助虹吸阀结构，其包括加压腔及虹吸管道；

所述气压协助虹吸阀结构具有目标旋转中心；

所述虹吸管道包括顺序连接的上升管道、过渡管道与下降管道，所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的距离，且大于所述过渡管道与所述目标旋转中心的最小距离；所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的距离大于所述过渡管道与所述目标旋转中心的最大距离；所述过渡管道与所述目标旋转中心的最小距离小于所述加压腔与所述目标旋转中心的最小距离；

所述加压腔于其远离所述目标旋转中心的位置处连通所述上升管道的输入端，所述上升管道的输入端还用于连通加样腔；

所述下降管道的输出端用于连通收集腔。

上述气压协助虹吸阀结构，创新地采用了气压力来替代毛细力以实现液体在一定条件下与离心力方向相反的方向流动，一方面能够实现高速离心的封闭效果，另一方面能够实现低速转动的时候，气压力驱动液体通过虹吸管道最接近离心圆心即目标旋转中心处从而填满整个虹吸管道，进而实现开阀效果；这种设计方式利用了气压力和离心力的平衡，在离心微流控中实现了虹吸阀的效果，且不再需要对虹吸管道内表面做亲水处理，也不需要采用亲水材料，大大简化了微流控芯片的加工工艺以及加工质控成本。

在其中一个实施例中，所述上升管道为线形、弧形或其组合；所述过渡管道为线形、弧形或其组合；所述下降管道为线形、弧形或其组合。

在其中一个实施例中，所述过渡管道为直线形、上折线形或上弧形。

在其中一个实施例中，所述虹吸管道具有∩或П字形结构。

在其中一个实施例中，所述气压协助虹吸阀结构还包括连通管道，所述加压腔于其远离所述目标旋转中心的位置处通过所述连通管道连通所述上升管道的输入端。

在其中一个实施例中，所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于等于所述加压腔与所述目标旋转中心的最大距离。

在其中一个实施例中，所述加压腔的中心位置、所述虹吸管道的中心位置与所述目标旋转中心，共同形成一个锐角三角形；

所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的最大距离大于所述加压腔与所述目标旋转中心的最大距离；

所述加压腔于其最临近所述加样管道与所述上升管道的输入端的连通位置处设有连通口且于所述连通口连通所述连通管道；

所述气压协助虹吸阀结构于所述加压腔设有连通孔及其密封部；及/或，所述加压腔内部设有产气结构或产气材料。

一种离心微流控装置，其包括任一项所述气压协助虹吸阀结构。

在其中一个实施例中，所述离心微流控装置还包括基体，所述加压腔及所述虹吸管道均开设于所述基体中；

所述基体中还开设有加样腔及收集腔；

所述离心微流控装置具有离心旋转中心，且所述离心旋转中心与所述目标旋转中心重合设置；

按与所述目标旋转中心的距离按从小到大顺序排列为：所述加样腔、所述加压腔与所述收集腔；

所述离心微流控装置于所述加样腔临近所述目标旋转中心的位置处设有注液孔；

所述离心微流控装置于所述收集腔临近所述目标旋转中心的位置处设有通气孔。

在其中一个实施例中，所述收集腔设有进液口，所述进液口连通所述下降管道的输出端，且所述进液口与所述通气孔间隔设置；进一步地，所述进液口朝向所述收集腔的一侧扩大设置；

相对于目标旋转中心，所述加压腔与所述收集腔分别位于所述加样腔的两侧下方；进一步地，所述虹吸管道与所述收集腔位于所述加样腔的同一侧；

所述离心微流控装置设有定位区；进一步地，所述定位区为定位凸部、定位孔或定位槽，所述定位区的数量为一个、二个或多个；所述定位槽为直线形或所述定位槽为弧线形且其弧线的圆心与所述目标旋转中心相重合；所述定位孔的数量为多个且相对于所述目标旋转中心均匀分布；或者，所述定位区与所述目标旋转中心一体设置；

所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离；

所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的最小距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离；

所述离心微流控装置于所述基体中还开设有加样管道，所述加样腔于其远离所述目标旋转中心的位置处通过所述加样管道连通所述上升管道的输入端；

所述加样腔于其远离所述目标旋转中心的位置处设有收敛形状且于所述收敛形状末端的出液口连通所述加样管道；

所述离心微流控装置于所述收集腔还设有输出管道；

所述气压协助虹吸阀结构的数量为一个、二个或多个，所述加样腔及所述收集腔的数量为至少一个。

附图说明

图1为本申请离心微流控装置一实施例的结构示意图。

图2为图1所示实施例的B处放大示意图。

图3为图1所示实施例的A-A方向剖视示意图。

图4为图3所示实施例的C处放大示意图。

图5为图1所示实施例的另一方向示意图。

图6为图1所示实施例的另一方向示意图。

图7为图6所示实施例的D处放大示意图。

图8为本申请离心微流控装置另一实施例的结构示意图。

图9为图8所示实施例的E处放大示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本申请一个实施例中，一种气压协助虹吸阀结构，其包括加压腔及虹吸管道；所述气压协助虹吸阀结构具有目标旋转中心；所述虹吸管道包括顺序连接的上升管道、过渡管道与下降管道，所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的距离，且大于所述过渡管道与所述目标旋转中心的最小距离；所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的距离大于所述过渡管道与所述目标旋转中心的最大距离；所述过渡管道与所述目标旋转中心的最小距离小于所述加压腔与所述目标旋转中心的最小距离；所述加压腔于其远离所述目标旋转中心的位置处连通所述上升管道的输入端，所述上升管道的输入端还用于连通加样腔；所述下降管道的输出端用于连通收集腔。上述气压协助虹吸阀结构，创新地采用了气压力来替代毛细力以实现液体在一定条件下与离心力方向相反的方向流动，一方面能够实现高速离心的封闭效果，另一方面能够实现低速转动的时候，气压力驱动液体通过虹吸管道最接近离心圆心即目标旋转中心处从而填满整个虹吸管道，进而实现开阀效果；这种设计方式利用了气压力和离心力的平衡，在离心微流控中实现了虹吸阀的效果，且不再需要对虹吸管道内表面做亲水处理，也不需要采用亲水材料，大大简化了微流控芯片的加工工艺以及加工质控成本。

在其中一个实施例中，一种气压协助虹吸阀结构，其包括以下实施例的部分结构或全部结构；即，气压协助虹吸阀结构包括以下的部分技术特征或全部技术特征。在其中一个实施例中，一种气压协助虹吸阀结构，其包括加压腔及虹吸管道。加压腔中的气压力可以通过加热加压腔产生，也可以通过加压腔中的产气物质即产气材料反应产生，还可以通过加压腔中的产气结构产生。进一步地，各实施例中，所述加压腔内部设有产气结构或产气材料，产气结构用于受控释放气体，产气材料用于发生化学反应释放气体，在其中一个实施例中，所述产气结构包括压缩包及其缓释阀，可以重复充气放气使用。

在其中一个实施例中，所述气压协助虹吸阀结构具有目标旋转中心；所述目标旋转中心可以是实体，也可以是虚位；所述目标旋转中心可以在所述气压协助虹吸阀结构内部，也可以在所述气压协助虹吸阀结构外部，但通常虚设于所述气压协助虹吸阀结构外部，亦即所述目标旋转中心是一个外部的相对参照物。在其中一个实施例中，所述气压协助虹吸阀结构设有定位区；进一步地，所述定位区为定位凸部、定位孔或定位槽，所述定位区的数量为一个、二个或多个；所述定位槽为直线形或所述定位槽为弧线形且其弧线的圆心与所述目标旋转中心相重合；所述定位孔的数量为多个且相对于所述目标旋转中心均匀分布；或者，所述定位区与所述目标旋转中心一体设置；在其中一个实施例中，所述气压协助虹吸阀结构设有定位区且所述定位区与所述目标旋转中心一体设置。

在其中一个实施例中，所述加压腔的中心位置、所述虹吸管道的中心位置与所述目标旋转中心，共同形成一个锐角三角形；亦即，相对于所述加压腔的中心位置与所述目标旋转中心的连线，所述虹吸管道的中心位置与所述目标旋转中心分别位于该连线的两侧，且所述虹吸管道的中心位置与所述目标旋转中心的距离，与所述加压腔的中心位置到该连线的距离不会相差较大。这样的设计，有利于采用所述气压协助虹吸阀结构的离心微流控装置的结构布局，必要时可以设计多个气压协助虹吸阀结构。

在其中一个实施例中，所述虹吸管道包括顺序连接的上升管道、过渡管道与下降管道，亦即上升管道、过渡管道与下降管道顺序连通设置。所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的距离，且大于所述过渡管道与所述目标旋转中心的最小距离；所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的距离大于所述过渡管道与所述目标旋转中心的最大距离；所述过渡管道与所述目标旋转中心的最小距离小于所述加压腔与所述目标旋转中心的最小距离。这样的设计是为了实现虹吸作用，使得在一定条件下液体能够突破虹吸管道的上升管道而从下降管道输出。

在其中一个实施例中，所述上升管道为线形、弧形或其组合；在其中一个实施例中，所述过渡管道为线形、弧形或其组合；在其中一个实施例中，所述下降管道为线形、弧形或其组合。在其中一个实施例中，所述上升管道为线形、弧形或其组合；所述过渡管道为线形、弧形或其组合；所述下降管道为线形、弧形或其组合。可以理解的是，虹吸管道中的上升管道、过渡管道与下降管道的形状可以相同或者相异，长度可以相同或者相异，但是整体需要呈现一个山脊形状，在其中一个实施例中，所述过渡管道为直线形、上折线形或上弧形。在其中一个实施例中，所述虹吸管道具有∩字形结构，此时所述过渡管道为上弧形。或所述虹吸管道具有П字形结构，此时所述过渡管道为直线形。这样的设计，实现了液体在一定条件下与离心力方向相反的方向流动，一方面能够实现高速离心的封闭效果，另一方面能够实现微流控芯片低速转动的时候，达到打开阀门的效果。

在其中一个实施例中，所述加压腔于其远离所述目标旋转中心的位置处连通所述上升管道的输入端，所述上升管道的输入端还用于连通加样腔；在其中一个实施例中，所述上升管道的输入端用于连通加样管道且通过所述加样管道连通所述加样腔。即，所述上升管道通过其输入端可以直接连通加样腔也可以间接连通加样腔。在其中一个实施例中，所述气压协助虹吸阀结构还包括连通管道，所述加压腔于其远离所述目标旋转中心的位置处通过所述连通管道连通所述上升管道的输入端。在其中一个实施例中，所述远离所述目标旋转中心的位置处包括距离所述目标旋转中心的位置最远处与远离最接近所述目标旋转中心的位置处，例如所述远离所述目标旋转中心的位置处为与所述目标旋转中心的最大距离的80％至100％的位置。在其中一个实施例中，所述加压腔于其最临近所述加样管道与所述上升管道的输入端的连通位置处设有连通口且于所述连通口连通所述连通管道；在其中一个实施例中，所述加压腔于其距离所述目标旋转中心的位置最远处通过所述连通管道连通所述上升管道的输入端。在其中一个实施例中，所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于等于所述加压腔与所述目标旋转中心的最大距离。这样的设计，有利于采用了气压力来替代毛细力实现液体以虹吸方式的阀门控制，通过匹配一定的离心转速控制，在低于该离心转速时相当于阀门开启，在高于该离心转速时相当于阀门关闭，从而不再需要对虹吸管道内表面做亲水处理，也不需要采用亲水材料，大大简化了微流控芯片的加工工艺以及加工质控成本。

在其中一个实施例中，所述下降管道的输出端用于连通收集腔。在其中一个实施例中，所述下降管道的输出端用于连通收集管道且通过所述收集管道连通所述收集腔。即，所述下降管道通过其输出端可以直接连通收集腔也可以间接连通收集腔。在其中一个实施例中，所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的最大距离大于所述加压腔与所述目标旋转中心的最大距离；即，相对于所述目标旋转中心而言，所述下降管道的输出端相对所述加压腔较远，这样的设计，利用了气压力和离心力的平衡，在离心微流控中实现了虹吸阀的效果，有利于配合气压力驱动液体通过虹吸管道最终通过下降管道的输出端输出。

进一步地，在其中一个实施例中，所述气压协助虹吸阀结构于所述加压腔设有连通孔及其密封部。这样的设计，有利于在需要时通过所述连通孔进行充气或吸气从而控制所述加压腔中的气体数量，即控制相应的气体压力，以调整所述气压协助虹吸阀结构对应的开阀转速，具有调控方便的优点。在其中一个实施例中，所述加压腔的中心位置、所述虹吸管道的中心位置与所述目标旋转中心，共同形成一个锐角三角形；所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的最大距离大于所述加压腔与所述目标旋转中心的最大距离；所述加压腔于其最临近所述加样管道与所述上升管道的输入端的连通位置处设有连通口且于所述连通口连通所述连通管道；所述气压协助虹吸阀结构于所述加压腔设有连通孔及其密封部；及/或，所述加压腔内部设有产气结构或产气材料。

在其中一个实施例中，一种离心微流控装置，其包括任一实施例所述气压协助虹吸阀结构。在其中一个实施例中，所述气压协助虹吸阀结构的所述上升管道的输入端还用于连通加样腔，所述下降管道的输出端用于连通收集腔。在其中一个实施例中，除了所述气压协助虹吸阀结构之外，所述离心微流控装置还包括基体，所述加压腔及所述虹吸管道均开设于所述基体中；所述基体中还开设有加样腔及收集腔；即，所述气压协助虹吸阀结构的所述上升管道的输入端还连通所述加样腔，所述下降管道的输出端连通所述收集腔。所述离心微流控装置具有离心旋转中心，且所述离心旋转中心与所述目标旋转中心重合设置；即所述离心旋转中心与所述目标旋转中心为一体，所述离心旋转中心与所述目标旋转中心可统一称为旋转中心。按与所述目标旋转中心的距离按从小到大顺序排列为：所述加样腔、所述加压腔与所述收集腔；即所述加样腔与所述目标旋转中心的距离小于所述加压腔与所述目标旋转中心的距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的距离；在其中一个实施例中，所述加样腔与所述目标旋转中心的最小距离小于所述加压腔与所述目标旋转中心的最小距离，且所述加压腔与所述目标旋转中心的最小距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离；或者，在其中一个实施例中，所述加样腔的中心与所述目标旋转中心的距离小于所述加压腔的中心与所述目标旋转中心的距离，且所述加压腔的中心与所述目标旋转中心的距离小于所述收集腔的中心与所述目标旋转中心的距离。所述离心微流控装置于所述加样腔临近所述目标旋转中心的位置处设有注液孔；这样可以通过注液孔向所述加样腔添加试液。进一步地，在其中一个实施例中，所述离心微流控装置于所述加样腔最接近所述目标旋转中心的位置处设有注液孔。所述离心微流控装置于所述收集腔临近所述目标旋转中心的位置处设有通气孔；这样可以方便地使得液体流入所述收集腔中。进一步地，在其中一个实施例中，所述离心微流控装置于所述收集腔最接近所述目标旋转中心的位置处设有通气孔。在其中一个实施例中，所述离心微流控装置还包括基体，所述加压腔及所述虹吸管道均开设于所述基体中；所述基体中还开设有加样腔及收集腔；所述离心微流控装置具有离心旋转中心，且所述离心旋转中心与所述目标旋转中心重合设置；按与所述目标旋转中心的距离按从小到大顺序排列为：所述加样腔、所述加压腔与所述收集腔；所述离心微流控装置于所述加样腔临近所述目标旋转中心的位置处设有注液孔；所述离心微流控装置于所述收集腔临近所述目标旋转中心的位置处设有通气孔。这样的设计，创新地采用了气压力来替代毛细力以实现液体在一定条件下与离心力方向相反的方向流动，一方面能够实现高速离心的封闭效果，另一方面能够实现低速转动的时候，气压力驱动液体通过虹吸管道最接近离心圆心即目标旋转中心处从而填满整个虹吸管道，进而实现开阀效果；这种设计方式利用了气压力和离心力的平衡，在离心微流控中实现了虹吸阀的效果，且不再需要对虹吸管道内表面做亲水处理，也不需要采用亲水材料，大大简化了微流控芯片的加工工艺以及加工质控成本。

在其中一个实施例中，基体为PMMA、PDMS、PC、ABS、COC或COP制件。在其中一个实施例中，基体具有圆形结构。在其中一个实施例中，所述收集腔设有进液口，所述进液口连通所述下降管道的输出端，且所述进液口与所述通气孔间隔设置；进一步地，在其中一个实施例中，所述进液口朝向所述收集腔的一侧扩大设置；在其中一个实施例中，相对于目标旋转中心，所述加压腔与所述收集腔分别位于所述加样腔的两侧下方；进一步地，在其中一个实施例中，所述虹吸管道与所述收集腔位于所述加样腔的同一侧。

为了便于在离心时更快捷、准确地安装离心微流控装置，在其中一个实施例中，所述离心微流控装置设有定位区；在其中一个实施例中，基体开设有定位区；定位区用于定位安装离心微流控装置。进一步地，在其中一个实施例中，所述定位区为定位凸部、定位孔或定位槽，为了更好地实现定位功能，可以设计一个或多个定位结构，在其中一个实施例中，所述定位区的数量为一个、二个或多个；在其中一个实施例中，所述定位槽为直线形或所述定位槽为弧线形且其弧线的圆心与所述目标旋转中心相重合；在其中一个实施例中，所述定位孔的数量为多个且相对于所述微流控芯片的目标旋转中心均匀分布；或者，在其中一个实施例中，所述定位区与所述目标旋转中心一体设置。在其中一个实施例中，定位区为定位凸部且定位凸部的数量为至少一个。在其中一个实施例中，定位孔的数量为多个且相对于离心微流控装置的目标旋转中心均匀分布。在其中一个实施例中，定位区为定位槽。在其中一个实施例中，定位槽为直线形。在其中一个实施例中，定位槽为弧线形。在其中一个实施例中，弧线形的弧线的圆心与离心微流控装置的目标旋转中心相重合。

在其中一个实施例中，所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离；在其中一个实施例中，所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的最小距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离。在其中一个实施例中，所述离心微流控装置于所述基体中还开设有加样管道，所述加样腔于其远离所述目标旋转中心的位置处通过所述加样管道连通所述上升管道的输入端；在其中一个实施例中，所述加样腔于其远离所述目标旋转中心的位置处设有收敛形状且于所述收敛形状末端的出液口连通所述加样管道。在其中一个实施例中，所述离心微流控装置于所述收集腔还设有输出管道或者，在其中一个实施例中，所述离心微流控装置于所述收集腔还设有输出孔及其孔盖。在其中一个实施例中，所述气压协助虹吸阀结构的数量为一个、二个或多个，所述加样腔及所述收集腔的数量为至少一个；进一步地，在其中一个实施例中，所述加样腔、所述气压协助虹吸阀结构及所述收集腔的数量相同且一一对应设置。在具体应用中，一所述加样腔分别直接或间接连接一个、二个或多个所述上升管道的输入端；及/或，一所述收集腔分别直接或间接连接一个、二个或多个所述下降管道的输出端；及/或，一所述加样腔直接或间接连接一个对应的气压协助虹吸阀结构的所述上升管道的输入端；及/或，一所述收集腔直接或间接连接一个对应的气压协助虹吸阀结构的所述下降管道的输出端，其余实施例以此类推。在其中一个实施例中，所述收集腔设有进液口，所述进液口连通所述下降管道的输出端，且所述进液口与所述通气孔间隔设置；所述进液口朝向所述收集腔的一侧扩大设置；相对于目标旋转中心，所述加压腔与所述收集腔分别位于所述加样腔的两侧下方；所述虹吸管道与所述收集腔位于所述加样腔的同一侧；所述离心微流控装置设有定位区；进一步地，所述定位区为定位凸部、定位孔或定位槽，所述定位区的数量为一个、二个或多个；所述定位槽为直线形或所述定位槽为弧线形且其弧线的圆心与所述目标旋转中心相重合；所述定位孔的数量为多个且相对于所述目标旋转中心均匀分布；或者，所述定位区与所述目标旋转中心一体设置；所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离；所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的最小距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离；所述离心微流控装置于所述基体中还开设有加样管道，所述加样腔于其远离所述目标旋转中心的位置处通过所述加样管道连通所述上升管道的输入端；所述加样腔于其远离所述目标旋转中心的位置处设有收敛形状且于所述收敛形状末端的出液口连通所述加样管道；所述离心微流控装置于所述收集腔还设有输出管道；所述气压协助虹吸阀结构的数量为一个、二个或多个，所述加样腔及所述收集腔的数量为至少一个。

在其中一个实施例中，一种离心微流控装置，其包括基体，以及开设于所述基体的加样腔、加压腔、加样管道、连通管道、虹吸管道与收集腔；所述离心微流控装置具有目标旋转中心，按与所述目标旋转中心的距离按从小到大顺序排列为：所述加样腔、所述加压腔与所述收集腔；所述离心微流控装置于所述加样腔临近所述目标旋转中心的位置处设有注液孔，所述离心微流控装置于所述收集腔临近所述目标旋转中心的位置处设有通气孔；所述虹吸管道包括顺序连接的上升管道、过渡管道与下降管道，所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的距离，且大于所述过渡管道与所述目标旋转中心的距离；所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的距离大于所述过渡管道与所述目标旋转中心的距离；所述过渡管道与所述目标旋转中心的最小距离大于所述加样腔与所述目标旋转中心的最小距离且小于所述加压腔与所述目标旋转中心的最小距离；所述加样腔于其远离所述目标旋转中心的位置处通过所述加样管道连通所述上升管道的输入端，所述加压腔于其远离所述目标旋转中心的位置处通过所述连通管道连通所述上升管道的输入端。在其中一个实施例中，所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离；在其中一个实施例中，所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的最小距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离；所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的最大距离大于所述加压腔与所述目标旋转中心的最大距离；在其中一个实施例中，所述加样腔于其远离所述目标旋转中心的位置处设有收敛形状且于所述收敛形状末端的出液口连通所述加样管道；在其中一个实施例中，所述加压腔于其最临近所述加样管道与所述上升管道的输入端的连通位置处设有连通口且于所述连通口连通所述连通管道；在其中一个实施例中，所述离心微流控装置于所述加压腔设有连通孔及其密封部；在其中一个实施例中，所述离心微流控装置于所述收集腔还设有输出管道。在其中一个实施例中，所述离心微流控装置于所述基体100中还开设有测量腔、PCR扩增腔、废液腔及相应管道等。

在其中一个实施例中，如图1及图6所示，离心微流控装置包括基体100，以及开设于所述基体100中的加样腔120、收集腔140与气压协助虹吸阀结构，气压协助虹吸阀结构包括加压腔130及虹吸管道150；离心微流控装置在所述基体100上还具有离心旋转中心即目标旋转中心110，按与所述目标旋转中心110的距离按从小到大顺序排列为：所述加样腔120、所述加压腔130与所述收集腔140；该实施例中，目标旋转中心110还设为一定位孔，即基体100中开设有定位孔，目标旋转中心110在所述气压协助虹吸阀结构外部且在离心微流控装置中。如图2、图3及图4所示，所述虹吸管道150包括顺序连接的上升管道152、过渡管道153与下降管道154，所述虹吸管道150于所述上升管道152的输入端处设有输入管道151，所述输入管道151的输出端连通所述上升管道152的输入端；所述上升管道152的输入端与所述目标旋转中心110的距离小于所述下降管道154的输出端与所述目标旋转中心110的距离，且大于所述过渡管道153与所述目标旋转中心110的最小距离；所述下降管道154的输出端与所述目标旋转中心110的距离大于所述过渡管道153与所述目标旋转中心110的最大距离；所述过渡管道153与所述目标旋转中心110的最小距离小于所述加压腔130与所述目标旋转中心110的最小距离；所述加压腔130于其远离所述目标旋转中心110的位置处连通所述上升管道152的输入端，所述上升管道152的输入端还连通加样腔120；具体地，所述离心微流控装置于所述基体100中还开设有加样管道123，所述加样腔120于其远离所述目标旋转中心110的位置处通过所述加样管道123连通所述输入管道151的输入端，且通过所述输入管道151的输入端连通所述上升管道152的输入端；具体地，所述加样腔120于其远离所述目标旋转中心110的位置处设有收敛形状且于所述收敛形状末端的出液口122连通所述加样管道123。所述气压协助虹吸阀结构还包括连通管道132，所述加压腔130于其最临近所述加样管道123与所述上升管道152的输入端的连通位置处设有连通口131且于所述连通口131连通所述连通管道132，所述加压腔130于其远离所述目标旋转中心110的位置处通过所述连通管道132连通所述输入管道151的输入端，且通过所述输入管道151的输入端连通所述上升管道152的输入端。所述下降管道154的输出端连通收集腔140的进液口142。所述虹吸管道150具有П字形结构，即，所述上升管道152为线形，所述过渡管道153为线形，所述下降管道154为线形；进一步地，如图2及图7所示，所述上升管道152与所述过渡管道153之间具有弧形过渡区，所述过渡管道153与所述下降管道154之间具有弧形过渡区；加压腔130及收集腔140均具有弧形边角；加样腔120呈椭圆形或圆形或矩形与至少一弓形的组合形状。所述上升管道152的输入端与所述目标旋转中心110的距离小于等于所述加压腔130与所述目标旋转中心110的最大距离。所述加压腔130的中心位置、所述虹吸管道150的中心位置与所述目标旋转中心110，共同形成一个锐角三角形。所述下降管道154的输出端与所述目标旋转中心110的最大距离大于所述加压腔130与所述目标旋转中心110的最大距离；所述离心微流控装置于所述加样腔120临近所述目标旋转中心110的位置处设有注液孔121；所述离心微流控装置于所述收集腔140临近所述目标旋转中心110的位置处设有通气孔141。所述收集腔140设有进液口142，所述进液口142连通所述下降管道154的输出端，且所述进液口142与所述通气孔141间隔设置；所述进液口142朝向所述收集腔140的一侧扩大设置；相对于目标旋转中心110，所述加压腔130与所述收集腔140分别位于所述加样腔120的两侧下方，且所述虹吸管道150与所述收集腔140位于所述加样腔120的同一侧。所述上升管道152的输入端与所述目标旋转中心110的距离小于所述收集腔140与所述目标旋转中心110的最小距离；所述下降管道154的输出端与所述目标旋转中心110的最小距离小于所述收集腔140与所述目标旋转中心110的最小距离。如图5所示，基体100中所开设的目标旋转中心110为一定位孔，注液孔121比通气孔141更靠近目标旋转中心110，即注液孔121与所述目标旋转中心110的距离小于通气孔141与所述目标旋转中心110的距离。这样的设计，利用气压力与离心力的平衡关系实现了离心微流控中的虹吸阀效果；离心微流控中虹吸阀的实现不再需要对虹吸管道进行亲水性处理，大大的简化了微流控芯片的生产工艺，降低了微流控芯片加工和质控成本；气压协助虹吸阀跟传统的虹吸阀一样，均可以实现高离心速度不通过，低离心速度才通过的效果。

在一个具体应用的实施例中，加样管道123、连通管道132、虹吸管道150的尺寸约为0.2mm宽及0.2mm深，具体的数字可以略大或略小一点。

应用于如图1至图7所示实施例，目标旋转中心110设有定位孔用以固定离心微流控装置例如微流控芯片，也可以在其它位置固定离心微流控装置，首先在加样腔120中注入液体，由于虹吸管道150尺寸较小，且制作微流控芯片材料的热塑性材料一般较疏水，因此在不转动微流控芯片的时候，液体会静止在加样腔120中。

以目标旋转中心110为离心圆心，高速转动微流控芯片，此时液体会由加样管道123流下并部分填充加压腔130和虹吸管道150的左侧管道。由于高速离心，加压腔130内空气被液体压缩而存储势能。随后低速离心或者停止离心，加压腔130内空气被压缩而存储的势能被释放，从而驱动虹吸管道150左侧的液体没过虹吸管道最靠近目标旋转中心110处而填满整个虹吸管道150。

随后，中速离心微流控装置，由于虹吸管道150在收集腔140的入口处距离圆心距离大于虹吸管道150与加压腔130的接口处距离圆心的距离，所以此时虹吸效应发生，即加压腔130和加样腔120以及虹吸管道150，加样腔120及加样管道123内所有的液体均会经虹吸管道150流入收集腔140内。

需要指出的是，所述高速、中速与低速的离心速度是相对的，可以根据加压腔等具体的空气压力而设置，例如高速为3000rpm，中速为1000rpm，低速为0至100rpm等；加压腔130内空气获取势能的方法包括但不限于高速离心液体压缩空气。在一个实例中，可以是加压腔130内发生化学反应释放气体，比如催化过氧化氢产生氧气，从而使得密闭的加压腔130内产生气压推动液体朝与离心力相反的方向流动。在一个实例中，加热加压腔130内的气体，从而使得气体膨胀产生气压推动液体没过虹吸管道距离圆心最近处而填满整个虹吸管道。本申请的保护点在于利用气压力推动液体没过虹吸管道距离圆心最近处，具体产生气压方式包括但不限于上述陈述方式，进一步地，在其中一个实施例中，选取高速离心液体压缩空气的方式。

在其中一个实施例中，如图8及图9所示，离心微流控装置包括基体100，加压腔130及所述虹吸管道150均开设于所述基体100中；基体100中还开设有加样腔120及收集腔140；所述离心微流控装置具有离心旋转中心，且所述离心旋转中心与所述目标旋转中心110重合设置；按与所述目标旋转中心110的距离按从小到大顺序排列为：所述加样腔120、所述加压腔130与所述收集腔140；所述离心微流控装置于所述加样腔120临近所述目标旋转中心110的位置处设有注液孔121；所述离心微流控装置于所述收集腔140临近所述目标旋转中心110的位置处设有通气孔141。所述虹吸管道150包括顺序连接的输入管道151、上升管道152、过渡管道153与下降管道154；所述输入管道151的输入端及所述下降管道154的输出端与所述目标旋转中心110的距离均小于所述收集腔140与所述目标旋转中心110的距离，且均大于所述过渡管道153与所述目标旋转中心110的距离；所述过渡管道153与所述目标旋转中心110的最小距离大于所述加样腔120与所述目标旋转中心110的最小距离且小于所述加压腔130与所述目标旋转中心110的最小距离。所述上升管道152的输入端及所述下降管道154的输出端与所述目标旋转中心110的距离均小于所述收集腔140与所述目标旋转中心110的距离，且均大于所述过渡管道153与所述目标旋转中心110的距离。所述收集腔140设有进液口142，所述进液口142连通所述下降管道154的输出端，且所述进液口142与所述通气孔141间隔设置；所述进液口142朝向所述收集腔140的一侧扩大设置。这样的设计，虹吸阀借助气压力来替代毛细力从而实现液体的反向(与离心力方向相反)流动；在微流控芯片低速转动的时候，气压力驱动液体没过虹吸管道最接近离心圆心处从而填满整个虹吸管道。这种设计利用了气压力和离心力的平衡在离心微流控中实现了虹吸阀的效果，且不再需要对虹吸管道内表面做亲水处理，大大简化了微流控芯片的加工工艺、加工成本、质控成本。

在一个具体应用的实施例中，应用于如图8与图9所示实施例，首先通过注液孔121在加样腔120中注入液体，以目标旋转中心110的通孔为离心圆心，3000rpm转动微流控芯片。此时液体会由加样管道123流下并部分填充加压腔130和虹吸管道150的左侧管道，此时加样管道123和虹吸管道150内的液面均在一个以目标旋转中心110为离心圆心的圆周上。

停止转动微流控芯片，加压腔130内高速离心状态下压缩空气产生的气压推动液体流经虹吸管道150最高处而填充整个虹吸管道150。

1000rpm转速转动微流控芯片，由于虹吸管道150在收集腔140的入口处距离目标旋转中心110距离大于虹吸管道与加压腔130的接口处距离目标旋转中心110的距离，所以此时虹吸效应发生，即加压腔130、加样腔120、虹吸管道150以及加样管道123内所有的液体均会经虹吸管道150流入收集腔140内。这样就利用气压力和离心力的平衡在离心微流控中实现了虹吸阀的高速离心液体通不过，低速离心液体才通过的效果。

上述离心微流控装置可以做成微流控芯片，适用于离心微流控分析，可以通过气压协助虹吸阀结构配合实现样本的富集、裂解、裂解后稀释、等量分发以及多腔室的PCR扩增等，能够实现免核酸纯化分子诊断功能，气压协助虹吸阀结构形成了结构巧妙且成本低廉的调控阀以控制液体流入各管道或各腔室，利用PCR扩增技术应用于离心微流控技术实现基于PCR扩增的分子诊断，整个反应过程处于密闭的微流控芯片中，实现了随时随地快速检测的分子诊断效果。

需要说明的是，本申请的其它实施例还包括，上述各实施例中的技术特征相互组合所形成的、能够实施的气压协助虹吸阀结构及离心微流控装置。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种气压协助虹吸阀结构，其特征在于，包括加压腔及虹吸管道；

所述气压协助虹吸阀结构具有目标旋转中心；

所述虹吸管道包括顺序连接的上升管道、过渡管道与下降管道，所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的距离，且大于所述过渡管道与所述目标旋转中心的最小距离；所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的距离大于所述过渡管道与所述目标旋转中心的最大距离；所述过渡管道与所述目标旋转中心的最小距离小于所述加压腔与所述目标旋转中心的最小距离；

所述加压腔于其远离所述目标旋转中心的位置处连通所述上升管道的输入端，所述上升管道的输入端还用于连通加样腔；

所述下降管道的输出端用于连通收集腔。

2.根据权利要求1所述气压协助虹吸阀结构，其特征在于，所述上升管道为线形、弧形或其组合；所述过渡管道为线形、弧形或其组合；所述下降管道为线形、弧形或其组合。

3.根据权利要求2所述气压协助虹吸阀结构，其特征在于，所述过渡管道为直线形或上弧形。

4.根据权利要求2所述气压协助虹吸阀结构，其特征在于，所述虹吸管道具有∩或П字形结构。

5.根据权利要求1所述气压协助虹吸阀结构，其特征在于，还包括连通管道，所述加压腔于其远离所述目标旋转中心的位置处通过所述连通管道连通所述上升管道的输入端。

6.根据权利要求5所述气压协助虹吸阀结构，其特征在于，所述加压腔的中心位置、所述虹吸管道的中心位置与所述目标旋转中心，共同形成一个锐角三角形；

所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的最大距离大于所述加压腔与所述目标旋转中心的最大距离；

所述加压腔于其最临近加样管道与所述上升管道的输入端的连通位置处设有连通口且于所述连通口连通所述连通管道；

所述气压协助虹吸阀结构于所述加压腔设有连通孔及其密封部；及/或，所述加压腔内部设有产气结构或产气材料。

7.根据权利要求1所述气压协助虹吸阀结构，其特征在于，所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于等于所述加压腔与所述目标旋转中心的最大距离。

8.一种离心微流控装置，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述气压协助虹吸阀结构。

9.根据权利要求8所述离心微流控装置，其特征在于，还包括基体，所述加压腔及所述虹吸管道均开设于所述基体中；

所述基体中还开设有加样腔及收集腔；

所述离心微流控装置具有离心旋转中心，且所述离心旋转中心与所述目标旋转中心重合设置；

按与所述目标旋转中心的距离按从小到大顺序排列为：所述加样腔、所述加压腔与所述收集腔；

所述离心微流控装置于所述加样腔临近所述目标旋转中心的位置处设有注液孔；

所述离心微流控装置于所述收集腔临近所述目标旋转中心的位置处设有通气孔。

10.根据权利要求9所述离心微流控装置，其特征在于，所述收集腔设有进液口，所述进液口连通所述下降管道的输出端，且所述进液口与所述通气孔间隔设置；进一步地，所述进液口朝向所述收集腔的一侧扩大设置；

相对于目标旋转中心，所述加压腔与所述收集腔分别位于所述加样腔的两侧下方；进一步地，所述虹吸管道与所述收集腔位于所述加样腔的同一侧；

所述离心微流控装置设有定位区；进一步地，所述定位区为定位凸部、定位孔或定位槽，所述定位区的数量为一个、二个或多个；所述定位槽为直线形或所述定位槽为弧线形且其弧线的圆心与所述目标旋转中心相重合；所述定位孔的数量为多个且相对于所述目标旋转中心均匀分布；或者，所述定位区与所述目标旋转中心一体设置；

所述上升管道的输入端与所述目标旋转中心的距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离；

所述下降管道的输出端与所述目标旋转中心的最小距离小于所述收集腔与所述目标旋转中心的最小距离；

所述离心微流控装置于所述基体中还开设有加样管道，所述加样腔于其远离所述目标旋转中心的位置处通过所述加样管道连通所述上升管道的输入端；

所述加样腔于其远离所述目标旋转中心的位置处设有收敛形状且于所述收敛形状末端的出液口连通所述加样管道；

所述离心微流控装置于所述收集腔还设有输出管道；

所述气压协助虹吸阀结构的数量为一个、二个或多个，所述加样腔及所述收集腔的数量为至少一个。

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