[发明专利]一种微流控芯片溶液梯度稀释装置

说明书

技术领域

本发明属于化学分析领域，具体涉及一种微流控芯片溶液梯度稀释装置。

背景技术

在化学和生物化学实验中，梯度稀释是最常用的操作之一，特别是在细胞毒性分析中，梯度稀释操作显得更加重要，在药物剂量响应实验中，需要配制一系列线性稀释或对数稀释的药物，药物浓度一般需要跨越3-6个数量级，常规的梯度稀释方法需要精确的计量与混合溶液，操作费时费力，而且易于引起实验误差，影响实验结果的准确性。

微流控技术的出现，为梯度稀释操作提供了一种有力的手段。两种溶液在微流控芯片的通道中，可以通过重复汇流-混合-分流过程，在汇合后的主通道中形成浓度梯度（Jeon N L, Dertinger S K W, Chiu D T, Choi I S, Stroock A D, Whitesides G M. Langmuir, 2000, 16, 8311-8316.），若上述溶液在最后一步不是汇合进入一个主通道，而是分散进入多个分支通道中，则形成一系列梯度稀释的溶液（Ye N N, Qin J H, Shi W W, Liu X, Lin B C. Lab Chip, 2007, 7, 1696-1704），这种梯度稀释方法可以方便地将一种药物溶液稀释成一系列浓度，并且可以和细胞培养装置集成在一起，用于药物筛选研究，但该方法若要形成更宽的浓度范围，则要求芯片面积明显增大，而且难以实现多种药物的组合稀释溶液，操作过程也变得更加复杂。通过流阻比不同，也可以在微流控芯片上实现溶液的梯度稀释操作，并能产生浓度范围横跨6个数量级的梯度（Sugiura S, Hattori K, Kanamori T. Anal. Chem., 2010, 82, 8278-8282），但这种梯度稀释方法同样存在的问题是，增加浓度梯度分支通道将显著增大芯片面积，难以进行不同溶液的组合稀释，而且浓度梯度分布不够精细。目前已报道的现有的微流控梯度稀释方法，由于稀释溶液的浓度分布范围不够宽，难以进行不同物质组合稀释，无法满足对一种溶液大规模稀释和对多种溶液组合稀释的需求，在实际应用中受到诸多限制。

发明内容

针对现有梯度稀释技术存在的不足，本发明提供一种微流控芯片溶液梯度稀释装置，目的是通过装置的微流控芯片上特殊的微通道网络设计，满足对一种溶液大规模稀释或对多种溶液组合稀释，在溶液稀释过程中形成一组或多组梯度稀释溶液系列，每组溶液的浓度均呈梯度分布，彼此独立区分明确，能够精确读取浓度数值。

实现本发明的技术方案是：

本发明的微流控芯片溶液梯度稀释装置由具有上下两层结构的微流控芯片组成；所述的微流控芯片上层是圆盘状带有辐射形微通道网络的基片，下层是平板基片，二者相对封接，形成底层封闭的微通道网络；

所述的微通道网络设有N条同心圆环形通道，N级蜿蜒形通道，其中最后一级蜿蜒形通道为直线形通道，以及M个入口孔，所述的N和M是≥2的整数；所述的蜿蜒形通道分布在每两条圆环形通道之间，以同心圆环的圆心为对称中心，沿径向呈辐射状均匀分布；所述的第N级蜿蜒通道为直线形，位于最外围的第N圆环形通道的外侧，以圆心为对称中心呈辐射状对称分布；所述的入口孔分布在第1圆环形通道周围，以圆心为对称中心呈中心对称分布；

所述的同心圆环形通道，蜿蜒形通道和入口孔的连接方式为：第1级蜿蜒通道中处于相间位置的M条蜿蜒通道的前端分别与M个入口孔一一对应相连，并通过孔与第1圆环形通道相连，剩余的同样处于相间位置的M条第1级蜿蜒通道的前端直接与第1级圆环形通道相连，所有的蜿蜒形通道末端与第2圆环形通道相连，以此类推，随着圆环形通道序号i[x1] 的增加，第i级蜿蜒形通道共包括M×2ⁱ条蜿蜒形通道，其中处于相间位置的M×2^i-1条蜿蜒形通道的前端与第i圆环形通道相连，并通过第i圆环形通道与第（i-1）级相对应的蜿蜒形通道的末端相连，其余的M×2^i-1条同样处于相间位置的第i级蜿蜒通道的前端与第i圆环形通道相连，所有的第i级蜿蜒形通道的末端与第（i+1）级圆环形通道相连；第N级蜿蜒通道为直线形，共计有M×2^N条，其前端与第N级圆环形通道相连，末端为开放式，即作为微通道网络的出口。

所述的同心圆环形通道的宽度相同，均为50-200μm。