[發明專利]利用單路鞘液實現二維流體動力聚焦的微流道結構和微流體芯片

有效

• 申請號: 201610210300.1
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105854963B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 尤政;趙精晶;李濱
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 李志東

技術領域

本發明涉及微流體通道技術領域，更具體地，涉及一種利用單路鞘液實現二維流體動力聚焦的微流道結構和為微流體芯片。

背景技術

結合流式細胞術，微流體芯片常被用于檢測細胞、胚胎、RNA、DNA、蛋白質顆粒、微生物、病毒等生物微粒。檢測中，微流體芯片需要穩定地將包含生物微粒的樣本流聚焦在微流道的中心位置，以提高檢測的準確性、靈敏度和穩定性。受限于加工技術，微流道能僅能在平面內實現復雜的曲線結構，但在垂直方向多為垂直管壁、或由加工工藝決定的傾斜或碗型管壁。因此，相關技術中的微流道結構能夠完成對樣本流在水平面內的橫向聚焦，但難以完成垂直方向的縱向聚焦、以及同時包含兩個方向的二維聚焦，既難以將樣本流聚焦在微流道的中心位置。有些設計結構雖然能夠實現二維聚焦，但流速較低、樣本流聚焦后截面積較大，如中心流速低于1m/s、截面積邊長為數十微米，而商業流式細胞儀的中心流速多為3-10m/s、生物微粒的尺度多在10μm以下乃至更小。因而，這些設計無法實現對生物微粒的高速檢測，同時降低了檢測的準確度和穩定性，此外，有些微流道結構可以實現二維聚焦，且具備高流速、小截面的特點。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明提出一種利用單路鞘液實現二維流體動力聚焦的微流道結構，該微道流結構可以利用單路鞘液實現二維聚焦的功能，結構簡單。

本發明還提出一種具有上述利用單路鞘液實現二維流體動力聚焦的微流道結構的微流體芯片。

根據本發明第一方面實施例的利用單路鞘液實現二維流體動力聚焦的微流道結構，包括：樣本流流道，所述樣本流流道在前后方向沿直線延伸，所述樣本流流道的兩端形成樣本流入口和液流出口；上層縱向聚焦流流道，所述上層縱向聚焦流流道疊設在所述樣本流流道的上方且與所述樣本流流道連通；下層縱向聚焦流流道，所述下層縱向聚焦流流道疊設在所述樣本流流道的下方且與所述樣本流流道連通；兩個橫向聚焦流流道，所述兩個橫向聚焦流流道分別設在所述樣本流流道的左側和右側，且分別與所述樣本流流道、所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道連通，每個所述橫向聚焦流流道在液流方向上、從后至前寬度逐漸減小，每個所述橫向聚焦流流道的最大寬度大于所述樣本流流道的寬度。

根據本發明實施例的利用單路鞘液實現二維流體動力聚焦的微流道結構，將兩個橫向聚焦流流道設在樣本聚焦流流道的左右兩側，使樣本流可以首先實現橫向聚焦，即在橫向方向上壓縮樣本流的尺寸，將上層縱向聚焦流流道和下層縱向聚焦流流道分別設在對應位置上的橫向聚焦流流道的上方和下方，使樣本流可以實現縱向聚焦，即當上層縱向聚焦流流道和下層縱向聚焦流流道中的鞘液流對稱地進入中間層的樣本流流道可壓縮樣本流的縱向尺寸，從而在整體上實現樣本流的二維聚焦，由于鞘液流的流量遠大于樣本流的流量，將橫向聚焦流流道的寬度設置成大于樣本流流道的寬度，可以確保樣本流與鞘液流交匯時、樣本流的速度/動壓略大于鞘液流、防止樣本流被鞘液流沖散，保持液流穩定，保證樣本流的二維聚焦效果。

另外，根據本發明實施例的利用單路鞘液實現二維流體動力聚焦的微流道結構，還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一個實施例，所述兩個橫向聚焦流流道關于所述樣本流流道的縱向中心截面左右對稱。

根據本發明的一個實施例，其特征在于，所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道關于所述樣本流流道的橫向中心截面上下對稱。

根據本發明的一個實施例，所述上層縱向聚焦流流道和/或所述下層縱向聚焦流流道包括：直線流道部，所述直線流道部與所述樣本流流道在上下方向上對齊布置；左側弧線流道部，所述左側弧線流道部設在所述直線流道部的左側，且所述左側弧線流道部的前端與所述直線流道部的后端相切且連通；右側弧線流道部，所述右側弧線流道部設在所述直線流道部的右側，且所述右側弧線流道部的前端與所述直線流道部的后端相切且連通，所述上層縱向聚焦流流道和所述下層縱向聚焦流流道的外側輪廓線與所述兩個橫向聚焦流流道相背的外側輪廓線在上下方向上對齊布置。

根據本發明的一個實施例，所述左側弧線流道部的前端和所述右側弧線流道部的前端連通，且所述左側弧線流道部與所述右側弧線流道部交匯處的內側輪廓線之間的夾角為α，50°≤α≤80°。

根據本發明的一個實施例，所述直線流道部的前端面形成平面或者中部向前凸出的非平面。

根據本發明的一個實施例，所述兩個橫向聚焦流流道分別形成相背設置的弧形，且每個所述橫向聚焦流流道的寬度大于所述左側弧線流道部和所述右側弧線流道部的寬度。