CN212142403U - 用于引入多个鞘液流的微流道结构及其微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微流控技术领域，更具体地，涉及一种用于引入多个鞘液流的微流道结构及其微流控芯片，包括聚焦流道、鞘液流道，所述聚焦流道与鞘液流道通过若干分支流道相连通，所述聚焦流道包括若干顺次交替设置的收缩段和扩张段。本实用新型能够减少样品溶液的颗粒到达聚焦位置所需要的时间，减少对颗粒生理活性的影响，同时实现快速颗粒聚焦的目的。

Description

用于引入多个鞘液流的微流道结构及其微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，更具体地，涉及一种用于引入多个鞘液流的微流道结构及其微流控芯片。

背景技术

微流控技术是在微尺度流道内通过对流体施加压力等手段对微量流体进行传热传质、检测等操作的技术，涉及到微电子、生物、化学等众多学科领域。在微尺度流道中流动的流体，普遍存在惯性聚焦效应、涡旋、层流等现象。上述流体现象在微流控技术中的应用已引起广泛研究，特别是与粒子操纵相关的惯性聚焦技术，是微流控技术中不可忽略的重要部分。

几年来出现了多种用于细胞和颗粒单流聚焦的微流体装置。惯性微流体技术可实现细胞和粒子的高效被动聚焦。然而，在矩形微通道中，多个平衡位置的存在需要复杂的解决方案，其中涉及操纵微流道结构以实现单一流流动，但往往实现颗粒聚焦所需要的流道结构过长。现有的聚焦流道由收缩直流道和扩张三角形流道交替连接构成，但由于其使用的流道结构过长，使得流动时间过长而容易引起颗粒的损伤。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有的聚焦流道的流动时间过长的不足，提供一种用于引入多个鞘液流的微流道结构及其微流控芯片，能够减少样品溶液的颗粒到达聚焦位置所需要的时间，减少对颗粒生理活性的影响，同时实现快速颗粒聚焦的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种用于引入多个鞘液流的微流道结构，包括聚焦流道、鞘液流道，所述聚焦流道与鞘液流道通过若干分支流道相连通，所述聚焦流道包括若干顺次交替设置的收缩段和扩张段。

本实用新型包括一种用于引入多个鞘液流的微流道结构，聚焦流道用于供具有颗粒的样品溶液流动，鞘液流道用于供鞘液流动，分支流道的设置使鞘液流道中的鞘液能够引入聚焦流道的扩张段中，推动样品溶液颗粒聚集在扩张段一侧来达到聚焦作用，使得扩张段内的液体以迪恩涡流形式进行扰动，加速实现聚焦。

优选地，所述聚焦流道的两端均与外界相连通；所述鞘液流道的一端与外界相连通，另一端不与外界相连通。聚焦流道的两端均与外界相连通的设置使得液体能够从聚焦流道的一端流入、另一端流出；鞘液流道的其中一端不与外界相通的设置，使得微流道结构只具有一个用于出液的端口。

优选地，所述聚焦流道与鞘液流道相互平行设置。相互平行的设置使得聚焦流道和鞘液流道内的液体能够平行引入，通过多个迪恩流扰动加速实现颗粒聚焦。

优选地，所述聚焦流道与分支流道之间呈30°～90°夹角。聚焦流道与分支流道之间的夹角设置能够使聚焦流道与鞘液流道内的液体能够顺利混合并输出。

优选地，所述聚焦流道与鞘液流道均为带缺口的环状流道，且所述聚焦流道与鞘液流道呈同心环状设置。环状流道的设置能够便于向微流道结构引入离心力，缩短颗粒到达聚焦位置所需要的时间。

优选地，所述分支流道的液体流动方向与所述分支流道和聚焦流道相交点的切线方向之间呈30°～90°夹角。聚焦流道与分支流道之间的夹角设置使聚焦流道与鞘液流道内的液体能够顺利混合并输出。

优选地，所述扩张段的长度为350～700μm，宽度为350～700μm；所述收缩段的长度为350～1200μm，宽度为50～200μm。

本实用新型还提供一种用于引入多个鞘液流的微流控芯片，包括上述的微流道结构，还包括芯片本体，所述微流道结构设于所述芯片本体内。芯片本体能够用于保护微流道结构。

优选地，所述芯片本体包括基板和覆盖于基板上的盖板，所述基板上设有与微流道结构相匹配的凹槽。凹槽的设置使微流道结构能够放置于微流控芯片内，且与微流控芯片相契合，保护微流道结构。

优选地，所述盖板上设有用于与输送泵相连通的进液端、用于与提取装置相连通的出液端，所述进液端与聚焦流道、鞘液流道相连通，所述出液端与聚焦流道相连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)聚焦流道用于供具有颗粒的样品溶液流动，鞘液流道用于供鞘液流动，分支流道的设置使鞘液流道中的鞘液能够引入聚焦流道的扩张段中，推动样品溶液颗粒聚集在扩张段一侧来达到聚焦作用，使得扩张段内以迪恩涡流形式进行扰动，加速实现聚焦。

(2)聚焦流道与分支流道之间的夹角设置使聚焦流道与鞘液流道内的液体能够顺利混合并输出。

(3)微流控芯片上凹槽的设置使微流道结构能够放置于微流控芯片内，且与微流控芯片相契合，保护微流道结构。

附图说明

图1为本实用新型用于引入多个鞘液流的微流道结构实施例1的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本实用新型用于引入多个鞘液流的微流控芯片实施例1的结构示意图。

图4为本实用新型基板实施例1的俯视图。

图5为图4的A-A方向的剖视图。

图6为本实用新型用于引入多个鞘液流的微流道结构实施例2的结构示意图。

图7为图6的俯视图。

图8为本实用新型用于引入多个鞘液流的微流控芯片实施例2的结构示意图。

图9为本实用新型盖板实施例2的结构示意图。

图示标记说明如下：

1-聚焦流道，11-扩张段，12-收缩段，13-第一进液口，14-第一出液口，2-鞘液流道，21-第二进液口，22-封闭口，3-分支流道，4-基板，41-凹槽，5-盖板，51-第三进液口，52-第四进液口，53-第二出液口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1至图5所示为本实用新型一种用于引入多个鞘液流的微流道结构的第一实施例，包括聚焦流道1、鞘液流道2，所述聚焦流道1与鞘液流道2通过若干分支流道3相连通，聚焦流道1包括若干顺次交替设置的收缩段12和扩张段11。

聚焦流道1用于供具有颗粒的样品溶液流动，鞘液流道2用于供鞘液流动，分支流道3的设置使鞘液流道2中的鞘液能够引入聚焦流道1的扩张段11中，推动样品溶液颗粒聚集在扩张段11一侧来达到聚焦作用，使得扩张段11内的液体以迪恩涡流形式进行扰动，加速实现聚焦。

另外，聚焦流道1的两端均与外界相连通；鞘液流道2的一端与外界相连通，另一端不与外界相连通。聚焦流道1的两端均与外界相连通的设置使得液体能够从聚焦流道1的一端流入、另一端流出；鞘液流道2的其中一端不与外界相通的设置，使得微流道结构只具有一个用于出液的端口。如图1所示，本实施例中聚焦流道1的两端均为收缩段，其中一端设有第一进液口13，另一端设有第一出液口14；鞘液流道2上靠近第一进液口13的一端设有第二进液口21，另一端设置为封闭口22，即该端不与外界相连通。扩张段11可设置1～10个，分支流道3可设置1～10个，扩张段11与分支流道3的个数设置可以是一致的，也可以是不一致的；本实施例中扩张段11设置5个，分支流道3设置5个，个数设置一致使得各个扩张段11内能够以相同的迪恩涡流形式进行扰动。

其中，聚焦流道1与鞘液流道2相互平行设置。相互平行的设置使得聚焦流道1和鞘液流道2内的液体能够平行引入，通过多个迪恩流扰动加速实现颗粒聚焦。聚焦流道1与分支流道3之间呈30°～90°夹角。聚焦流道1与分支流道3之间的夹角设置能够使聚焦流道1与鞘液流道2内的液体能够顺利混合并输出。如图1所示，本实施例中聚焦流道1的液体流动方向与分支流道3的液体流动方向之间的夹角呈30°～90°夹角。

其中，扩张段11的长度为350～700μm，宽度为350～700μm；收缩段12的长度为350～1200μm，宽度为50～200μm。如图2所示，本实施例中长度方向指的是聚焦流道1上从第一进液口13至第一出液口14所在的方向，宽度方向指的是与长度方向相垂直的方向；即扩张段11的长度a为350～700μm，宽度d为350～700μm；收缩段12的长度b为350～1200μm，宽度c为50～200μm，以及鞘液流道的宽度c也为50～200μm。还有，本实施例中聚焦流道1、鞘液流道2、分支流道3的高度均为50～100μm，各流道的高度可根据溶液的颗粒粒径大小进行选择。需要说明的是，聚焦流道1、鞘液流道2、以及分支流道3的径向面的形状可以为矩形、椭圆形、圆形。

本实用新型还包括一种用于引入多个鞘液流的微流控芯片，包括上述的微流道结构，还包括芯片本体，微流道结构设于所述芯片本体内。芯片本体能够用于保护微流道结构。

其中，芯片本体包括基板4和覆盖于基板4上的盖板5，基板4上设有与微流道结构相匹配的凹槽41。凹槽41的设置使微流道结构能够放置于微流控芯片内，且与微流控芯片相契合，保护微流道结构。如图4所示，凹槽41的凹陷部分能够容纳聚焦流道1、鞘液流道2以及分支流道3，即能够与微流道结构相契合。

其中，盖板5上设有用于与输送泵相连通的进液端、用于与提取装置相连通的出液端，进液端与聚焦流道1、鞘液流道2相连通，出液端与聚焦流道1相连通。如图3至图5所示，本实施例中盖板5上设有第三进液口51、第四进液口52、第二出液口53，第三进液口51与第一进液口13相连通，第四进液口52与第二进液口21相连通，第二出液口53与第一出液口14相连通。

使用时，将微流道结构放置进凹槽41，然后将第三进液口51与用于输送具有颗粒的样品溶液的输送泵连通，将第四进液口52与用于输送鞘液的输送泵连通，将第二出液口53与提取装置连通；向聚焦流道1注入样品溶液，样品溶液经过多个收缩段12、扩张段11，由于在聚焦流道1中受到惯性举力以及迪恩拖曳力的作用，样品溶液中不同粒径的颗粒各自排列成一条直线；与此同时，向鞘液流道2注入鞘液，鞘液在鞘液流道2中流动，再通过多个分支流道3流向聚焦流道1，并汇入各扩张段11内。为了保证样品溶液的流动以及混合液的提取，样品溶液的流量与鞘液流量之比约为1:1。鞘液的流入能够加速各扩张段11内迪恩涡流的扰动，实现颗粒的快速聚焦，将不同粒径的颗粒全部聚焦于第一出液口14处，避免了颗粒所受剪切力的暴露时间过长，影响颗粒的生理活性。需要说明的是，剪切力指的是由于惯性举力与迪恩拖曳力使颗粒旋转而引起的作用力。

实施例2

本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中，如图6至图9所示，聚焦流道1与鞘液流道2均为带缺口的环状流道，且聚焦流道1与鞘液流道2呈同心环状设置。环状流道的设置能够便于向微流道结构引入离心力，缩短颗粒到达聚焦位置所需要的时间。

其中，分支流道3的液体流动方向与分支流道3和聚焦流道1相交点的切线方向之间呈30°～90°夹角。聚焦流道1与分支流道3之间的夹角设置使聚焦流道1与鞘液流道2内的液体能够顺利混合并输出。如图7所示，将直线y作为分支流道3的液体流动方向，将直线x作为分支流道3和聚焦流道1相交点的切线，即直线x与y之间呈30°～90°夹角。本实施例中直线x与y之间呈90°。

如图8和图9所示，本实施例中微流控芯片的凹槽41与分支流道3、呈环状的聚焦流道1、鞘液流道2相契合，足够容纳微流道结构。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于引入多个鞘液流的微流道结构，其特征在于，包括聚焦流道(1)、鞘液流道(2)，所述聚焦流道(1)与鞘液流道(2)通过若干分支流道(3)相连通，所述聚焦流道(1)包括若干顺次交替设置的收缩段(12)和扩张段(11)。

2.根据权利要求1所述的用于引入多个鞘液流的微流道结构，其特征在于，所述聚焦流道(1)的两端均与外界相连通；所述鞘液流道(2)的一端与外界相连通，另一端不与外界相连通。

3.根据权利要求2所述的用于引入多个鞘液流的微流道结构，其特征在于，所述聚焦流道(1)与鞘液流道(2)相互平行设置。

4.根据权利要求3所述的用于引入多个鞘液流的微流道结构，其特征在于，所述聚焦流道(1)与分支流道(3)之间呈30°～90°夹角。

5.根据权利要求2所述的用于引入多个鞘液流的微流道结构，其特征在于，所述聚焦流道(1)与鞘液流道(2)均为带缺口的环状流道，且所述聚焦流道(1)与鞘液流道(2)呈同心环状设置。

6.根据权利要求5所述的用于引入多个鞘液流的微流道结构，其特征在于，所述分支流道(3)的液体流动方向与所述分支流道(3)和聚焦流道(1)相交点的切线方向之间呈30°～90°夹角。

7.根据权利要求1所述的用于引入多个鞘液流的微流道结构，其特征在于，所述扩张段(11)的长度为350～700μm，宽度为350～700μm；所述收缩段(12)的长度为350～1200μm，宽度为50～200μm。

8.一种用于引入多个鞘液流的微流控芯片，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的微流道结构，还包括芯片本体，所述微流道结构设于所述芯片本体内。

9.根据权利要求8所述的用于引入多个鞘液流的微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体包括基板(4)和覆盖于基板(4)上的盖板(5)，所述基板(4)上设有与微流道结构相匹配的凹槽(41)。

10.根据权利要求9所述的用于引入多个鞘液流的微流控芯片，其特征在于，所述盖板(5)上设有用于与输送泵相连通的进液端、用于与提取装置相连通的出液端，所述进液端与聚焦流道(1)、鞘液流道(2)相连通，所述出液端与聚焦流道(1)相连通。

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