[发明专利]一种可控化产生稳定浓度梯度的微流控芯片

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其涉及一种可控化产生稳定浓度梯度的微流控芯片。

背景技术

在微流控芯片中生成浓度梯度，是微流控芯片用于药物筛选及生物化学反应的最大优势之一，目前广泛使用的微流控芯片中的浓度梯度生成结构是“圣诞树”结构及其变形结构，其基本原理是：当存在浓度差的两种流体通过设计好的微通道网络，溶液经过多次重复地分离、混合后，每个支路包含不同比例的原溶液，最终溶液在圣诞树形的网络结构底部形成浓度梯度。而这样结构的微流控芯片也存在一定的问题，例如，在液体通道中容易产生气泡，导致不同通道中的液体量不同，从而造成浓度的不准确；由于通道中曲折结构较多，通道总长度较大，一旦其中一个流体通道任意位置发生了堵塞，则整个芯片中产生的浓度梯度将不再准确；当需要较多的浓度梯度时，芯片体积将随着“圣诞树”层数的增加而大幅加大，而若只需要使用其中一个出口流出的一种浓度时，其他出口产生的液体也只能随之全部流出，成为废液，导致成本加大、实验准确性和可重复性下降。这些问题都是在微流控芯片药物筛选及生化反应领域中必须面对和亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可控化产生稳定浓度梯度的微流控芯片，用以在微流控系统中提供浓度准确稳定、灵活可控、易于集成的浓度梯度。

为实现本发明的上述目的，本发明提供一种可控化产生稳定浓度梯度的微流控芯片，从上至下依次由第一PDMS薄膜层、第二PDMS薄膜层及玻璃底层构成；所述第一PDMS薄膜层、第二PDMS薄膜层及玻璃底层依次经不可逆键合形成一整体结构。第一PDMS薄膜层与第二PDMS薄膜层的预聚物与固化剂的比例不同，经加热固化形成一整体，与玻璃底层通过不可逆键合形成完整的芯片。

所述第一PDMS薄膜层由若干组微阀及微阀的控制通道组成，每组微阀中包含两个微阀，所述两个微阀共线，且以芯片中心点成中心对称；所述微阀及各阀的控制通道，其上各处的截面为矩形，结构、长度、高度和对应位置的截面积均相同；所述微阀及阀的控制通道高度均为50～200um，微阀宽200～1500um，阀的控制通道宽50～200um。

所述第二PDMS薄膜层上包括：第一液体入口、第二液体入口、第一液体出口、第二液体出口、第一主流体通道、第二主流体通道、第一分支流体通道单元、第二分支流体通道单元、第一液体通道、以及第二液体通道；所述第一主流体通道、第二主流体通道、第一分支流体通道单元、以及第二分支流体通道单元位于第一液体入口、第二液体入口的连线上，且位于第一液体出口、第二液体出口的中垂线上；所述第一液体通道与第二液体通道位于第一液体出口、第二液体出口的连线上。

所述第一主流体通道的一端与第一液体入口相连通，另一端与第一分支流体通道单元相连通；所述第二主流体通道的一端与第二液体入口相连通，另一端与第二分支流体通道单元相连通。

所述第一分支流体通道单元与第二分支流体通道单元均包括若干路平行等长的分支流体通道，且其中一半分支流体通道均与第一液体通道的一端相连通，另外一半分支流体通道均与第二液体通道的一端相连通；所述第一液体通道的另一端与第一液体出口相连通，所述第二液体通道的另一端与第二液体出口相连通。

所述微阀与分支流体通道之间通过第二PDMS薄膜层隔开；所述每一微阀通过阀的控制通道单独控制一个分支流体通道的开启与关闭；所述微阀、阀的控制通道、及分支流体通道的数量相同。

所述第一液体通道与第二液体通道均为曲折形状，通道高度均为50～200um，宽度均为200～800um；所述第二PDMS薄膜上的第一主流体通道、第二主流体通道、第一分支流体通道单元中每个分支流体通道、第二分支流体通道单元中每个分支流体通道、第一液体通道、第二液体通道的通道高度相同，均为50～200um；所述第一主流体通道与第一液体入口的相连处、及第二主流体通道与第二液体入口的相连处，宽度为200～400um，随后渐变加宽至1000～2000um；所述每个分支流体通道的长度、宽度、高度、结构均相同，宽度均为50～200um，每两个相邻的分支流体通道的间隔为10～100um。

与现有技术相比本发明的有益效果。

本发明提供的可控化产生稳定浓度梯度的微流控芯片，通过对各个微阀的开闭进行控制，在芯片上产生不同的浓度，且可以同时作用于两块下游芯片以进行实验。由于在该芯片中，流体没有经过长距离曲折的流动，因而可以有效地避免气泡的产生，同时避免了生成的浓度不稳定等问题。此外，利用该芯片可以根据实验需要选择单一确定的浓度，避免了液体浪费。

附图说明