一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构，包括依次连通的：鞘流模块、尖角结构模块、扩张模块及捕获模块；鞘流模块的整体形状呈倒置的Y字形，在鞘流模块的入口端设有两个带有一定夹角的通道入口，尖角结构模块包括若干组尖角结构，一组尖角结构从入口侧到出口侧依次分为收缩段、扩展段及直通段；扩张模块的整体形状呈倒置的V字形，扩张模块的收缩入口端与尖角结构模块的最后一组尖角结构的直通段连通，扩张出口端与捕获模块的入口端连通；捕获模块为一直通道。本发明专利技术的被动式微流控芯片结构采用突然收缩及逐渐扩张的尖角结构，改变非牛顿流体在通道中的流场；解决微流体芯片集成度不高、结构复杂、效率低的问题。

A passive microfluidic chip structure for particle separation with different sizes

【技术实现步骤摘要】
一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构
本专利技术涉及微流体研究
，特别涉及一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构。
技术介绍
颗粒分离是微流体研究领域的一个分支，通过利用颗粒自身的性质和流体的作用，达到分离不同种类颗粒的目的。微流体中颗粒的分离方法主要可以分为静态法和动态法。在静态方法中，微米颗粒由于各种不同的作用机制被困在微通道的某个地方。这种方法的缺点在于通道间隙过小，经常会发生堵塞情况。动态方法则包括主动分离和被动分离两种方法。主动方法是指利用外力精确聚焦微粒子，这种方法的工作效率通常都比较低，并且需要制造外在的一些驱动结构来产生外力，增加了通道加工制造的难度。颗粒分离的被动方法主要是指利用微通道的几何结构产生或增强一些类似于离心力等的水动力。这种方法包括水动力过滤法、确定性侧向位移法、迪恩流分离法和鞘流分离法。其中以鞘流分离方法最为简便高效。颗粒在非牛顿流体的直通道中会受到不同的侧向作用力。而鞘流分离法正是利用这种性质，在入口处，借助鞘流的作用，将颗粒挤压到通道一侧，不同颗粒因受力的不同，不同程度的发生偏移，进而达到分离的目的。但这种方法的缺点是分离效率不高，通道距离较长。因此，目前用于颗粒分离的微流控芯片虽然能达到一定的分离目的，但是其分离效率、分离能力以及微通道的加工难度等均存在很多问题。一些利用鞘流的直通道分离方法，虽然通道结构简单，加工难度低，但是其分离效率较低；与之相对应的一些利用过滤，或者标记微粒的方法，虽然能很大程度的提高分离效率，但是通道的结构过于复杂，加工难度大，集成度低。本专利技术将解决前面提到的通道结构复杂、分离效率低，通道面积大等问题；通过利用突然收缩/逐渐扩张的尖角结构，减小通道长度，提高分离效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述
技术介绍
中不足，提供一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构，采用突然收缩及逐渐扩张的尖角结构，改变非牛顿流体在通道中的流场；解决微流体芯片集成度不高、结构复杂、效率低的问题。为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构，包括依次连通的：鞘流模块、尖角结构模块、扩张模块及捕获模块；所述鞘流模块的整体形状呈倒置的Y字形，在鞘流模块的入口端设有两个带有一定夹角的通道入口，且两个通道入口由上至下分别为第一入口及第二入口，鞘流模块的出口端与尖角结构模块的入口端连通，所述第一入口用于注入鞘流，第二入口用于注入混合颗粒；具体的，鞘流模块的主要作用是使混合颗粒集中在通道一侧，在两个通道入口中分别通入混合颗粒溶液和鞘流后，则在鞘流的挤压下，可将混合颗粒溶液集中压缩在通道一侧，即鞘流模块可起到颗粒分离的预处理作用；所述尖角结构模块包括若干组尖角结构，一组所述尖角结构从入口侧到出口侧依次分为收缩段、扩展段及直通段；尖角结构模块通过其结构设计可以使微通道中的流体产生高流线曲率，并产生较强的动量变化-诱导惯性力，在其直通道产生的惯性力和弹性力共同作用下，可增强不同粒径颗粒受力的差异性，进一步分离提升不同颗粒的分离效率；所述扩张模块的整体形状呈倒置的V字形，扩张模块的收缩入口端与尖角结构模块的最后一组尖角结构的直通段连通，扩张模块的扩张出口端与捕获模块的入口端连通，扩张模块的结构设计即收缩入口端到扩张出口端的通道宽度逐渐增加，可使从尖角结构模块流出的溶液充分减速，以便于单色光CCD相机将其捕获；所述捕获模块为一直通道，用于单色光CCD相机的捕集。进一步地，所述尖角结构模块包括至少30组尖角结构，可进一步加强分离效果。进一步地，所述扩张模块的扩张出口端的通道宽度至少为鞘流模块的出口端的通道宽度的2倍，从而保证从尖角结构模块流出的溶液可充分减速，以便于单色光CCD相机将其捕获。进一步地，所述混合颗粒为微米级别的混合颗粒。进一步地，所述尖角结构模块的收缩段的通道宽度为40μm，扩展段的入口通道宽度为40μm，扩展段的出口通道宽度为350μm，直通段的通道宽度为350μm，且扩展段在竖直方向的倾斜夹角为45°；一组尖角结构模块的长度为600μm。进一步地，所述鞘流模块的出口端通道宽度为350μm。进一步地，所述扩张模块的收缩入口端的通道宽度为40μm，扩张模块的扩张出口端的通道宽度为800μm。进一步地，所述捕获模块的通道宽度为800μm。进一步地，所述鞘流模块、尖角结构模块、扩张模块的通道高度为30μm。进一步地，所述用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构由一层聚二甲基硅氧烷和一层玻璃组成。本专利技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：本专利技术的用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构，通过设计突然收缩及逐渐扩张的尖角结构，改变非牛顿流体在通道中的流场；在鞘流(水)的作用下，利用不同粒径颗粒侧向偏移的差异性，将颗粒富集在不同的平衡位置，进一步在芯片出口处分离不同粒径的颗粒，显著提高了颗粒的分离速率和分离效果，减小了达到颗粒分离目的所需的流程，缩小了芯片的尺寸，可以使相关检测设备具有更高的集成度和更快速的检测效率。附图说明图1是本专利技术的用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构示意图。图2是本专利技术的尖角结构模块的具体示意图。图3a为一个实施例中颗粒经过鞘流模块后颗粒的分布情况示意图。图3b为一个实施例中混合颗粒溶液在尖角结构模块中的分布情况示意图。图3c～3l一个实施例中为颗粒在不同流量条件下在捕获模块分离情况示意图。图4为一个实施例中颗粒出口带宽变化情况示意图。图5为流量Q为1μL/min时颗粒在出口处的侧向浓度变化情况示意图。附图标记：1-鞘流模块，2-尖角结构模块，3-扩张模块，4-捕获模块，11-第一入口，12-第二入口，21-收缩段，22-扩展段，23-直通段，24-尖角侧壁面，25-直壁面。具体实施方式下面结合本专利技术的实施例对本专利技术作进一步的阐述和说明。实施例：实施例一：如图1所示，一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构，包括依次连通的：鞘流模块1、尖角结构模块2、扩张模块3及捕获模块4。其中，鞘流模块1的主要作用是使混合颗粒集中在通道一侧，在两个通道入口中分别通入混合颗粒溶液和鞘流后，则在鞘流的挤压下，可将混合颗粒溶液集中压缩在通道一侧，即鞘流模块1可起到颗粒分离的预处理作用。具体的，本实施例的鞘流模块1的整体形状呈倒置的Y字形，在鞘流模块1的入口端设有两个带有一定夹角的通道入口，且两个通道入口由上至下分别为第一入口11及第二入口12，鞘流模块1的出口端与尖角结构模块2的入口端连通，第一入口11用于注入鞘流，第二入口12用于注入混合颗粒，则借助鞘流的作用，即可将混合颗粒挤压到尖角结构模块2的通道的尖角侧壁面24，使颗粒具有相同的初始位置，增加颗粒分离的可能性。具体的，尖角结构模块2包括若干组尖角结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构，其特征在于，包括依次连通的：鞘流模块、尖角结构模块、扩张模块及捕获模块；/n所述鞘流模块的整体形状呈倒置的Y字形，在鞘流模块的入口端设有两个带有一定夹角的通道入口，且两个通道入口由上至下分别为第一入口及第二入口，鞘流模块的出口端与尖角结构模块的入口端连通，所述第一入口用于注入鞘流，第二入口用于注入混合颗粒；/n所述尖角结构模块包括若干组尖角结构，一组所述尖角结构从入口侧到出口侧依次分为收缩段、扩展段及直通段；/n所述扩张模块的整体形状呈倒置的V字形，扩张模块的收缩入口端与尖角结构模块的最后一组尖角结构的直通段连通，扩张模块的扩张出口端与捕获模块的入口端连通；/n所述捕获模块为一直通道。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构，其特征在于，包括依次连通的：鞘流模块、尖角结构模块、扩张模块及捕获模块；
所述鞘流模块的整体形状呈倒置的Y字形，在鞘流模块的入口端设有两个带有一定夹角的通道入口，且两个通道入口由上至下分别为第一入口及第二入口，鞘流模块的出口端与尖角结构模块的入口端连通，所述第一入口用于注入鞘流，第二入口用于注入混合颗粒；
所述尖角结构模块包括若干组尖角结构，一组所述尖角结构从入口侧到出口侧依次分为收缩段、扩展段及直通段；
所述扩张模块的整体形状呈倒置的V字形，扩张模块的收缩入口端与尖角结构模块的最后一组尖角结构的直通段连通，扩张模块的扩张出口端与捕获模块的入口端连通；
所述捕获模块为一直通道。


2.根据权利要求1所述的一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构，其特征在于，所述尖角结构模块包括至少30组尖角结构。


3.根据权利要求1所述的一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构，其特征在于，所述扩张模块的扩张出口端的通道宽度至少为鞘流模块的出口端的通道宽度的2倍。


4.根据权利要求1至3中任一所述的一种用于不同粒径颗粒分离的被动式微流控芯片结构，其特征在于，所述混合颗粒为微米级别的混合颗粒。

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【专利技术属性】
技术研发人员：赵建华，廖雷，常清雪，
申请(专利权)人：四川长虹电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51