[发明专利]一种基于介电泳阻塞现象的不同弹性模量颗粒分选收缩-扩张微结构装置

说明书

本发明属于微流控芯片领域，具体公开了一种基于介电泳阻塞现象的不同弹性模量颗粒分选收缩‑扩张微结构装置。所述的颗粒分选装置包括入口结构，收缩扩张结构以及出口结构。所述入口结构和出口结构由电极和通道壁组成。所述收缩扩张结构由喉部和通道壁组成。本发明采用的颗粒分选方法是：当微流体流经收缩扩张结构时，微流体中颗粒受到介电泳力的作用，该作用阻碍颗粒进入收缩扩张结构，不同弹性模量颗粒受力不同，基于此，我们分选出不同弹性模量的颗粒。本发明的优势在于：所述分选装置工作全程仅通过施加外加电场实现；总体结构简单，加工工艺性好，成本低；分选精度高，速度快。

技术领域

本发明涉及一种不同弹性模量颗粒分选收缩-扩张微结构装置，其分选方法基于收缩扩张结构中介电泳阻塞现象。

背景技术

微流控芯片是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术，具有将生物、化学等实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米芯片上的能力，因此又被成为芯片实验室。微流控芯片为人类提供一种微小但又能操控全局的工具，微流控芯片能承载多种单元技术，并使之灵活组合和规模集成，在诸多领域已经成为系统研究的重要平台。

对微颗粒运动的精确控制是微流控芯片的研究热点之一，已经在基础原理研究方面取得诸多成果，并且在化学和生物研究领域得到了广泛应用。目前对微颗粒操控的主要方法包括介电泳，流体动力分选富集，磁泳以及惯性方法等。

介电泳颗粒操控方法由于其精确性和对生物颗粒的适应性受到广泛关注。微流体在流经收缩扩张微通道时其中颗粒产生介电泳阻塞现象，弹性模量较小的颗粒变形成近椭圆形，以此克服介电泳力，顺利通过收缩扩张结构的喉部位置；反之，弹性模量较大的颗粒不会产生变形，因此在喉部产生阻塞现象，基于此，不同弹性模量的颗粒被分选出来。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于介电泳阻塞现象的不同弹性模量颗粒分选收缩-扩张微结构装置，用于分选不同弹性模量的颗粒，进一步简化装置结构，降低成本，提高颗粒分选精度与效率。

本发明的技术方案是：一种基于介电泳阻塞现象的不同弹性模量颗粒分选收缩-扩张微结构装置，包括入口结构，收缩扩张结构以及出口结构；两个电极布置在分离装置两端；收缩扩张结构由两个相同三角形对接而成，最窄处形成喉部结构，收缩扩张结构与入口结构和出口结构无缝对接；整个颗粒分离装置为中心对称结构，其总长为1650μm；所述收缩扩张结构长度Lb与Lc长度为固定值400μm，最窄处喉部宽度2b为固定值55μm。分离装置中微流体为牛顿流体，其密度为1000kg/m3，动力粘度为0.001Pa· s；颗粒密度与流体密度相同；相对介电常数为7.08×10-10F/m；通道壁的Zeta电势为固定值-80mV,通道壁的Zeta电势与颗粒Zeta电势之比定义为Zeta电势比γ，其数值根据所分选颗粒弹性模量不同具体设定；所有颗粒初始位置随机分布于入口结构内部空间，所分选出的弹性模量较小颗粒通过收缩扩张结构喉部进入出口结构内部空间，弹性模量较大颗粒不能通过喉部，汇集在入口结构空间内。

本发明的收益在于：相对于其他微颗粒分选装置，本发明实现颗粒分选的方法为介电泳颗粒操纵技术，能够实现对微颗粒运动的精确控制，且与生物细胞有很好的适应性，对颗粒损伤较小。本发明工作全过程仅通过施加电场实现，除此外不需要其他形式能量输入。此外，本发明整体几何结构简单且为单层结构，通过一次光刻就可以制造模具，加工工艺性好，成本低，便于大规模集成制造。

附图说明

图1是所述颗粒分选装置整体结构二维图。

图2是不同弹性模量颗粒顺流位置仿真图；其中a图颗粒弹性模量为200Pa，b图颗粒弹性模量为10Pa。

图3是不同弹性模量颗粒运动过程长轴与短轴之比变化图；图中方块线代表颗粒弹性模量为200Pa，圆圈线代表颗粒弹性模量为10Pa。