[發(fā)明專利]一種立體互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的濃度梯度微流控芯片

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710067199.3
• 申請日: 2017-02-06
• 公開（公告）號: CN106622415A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫道恒;陳小軍;周洲;吳德志;趙揚(yáng);陳宏;陳沁楠;林立偉
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微流控芯片，尤其是涉及一種立體互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的濃度梯度微流控芯片。

背景技術(shù)

微流控芯片(LOC)可實(shí)現(xiàn)微尺度流體的操控與分析，具有微量、快速、陣列化、高通量等特征，在疾病診斷、細(xì)胞篩選、材料合成、食品安全等應(yīng)用廣泛。濃度梯度微流控芯片作為一個新興的技術(shù)平臺越來越受到關(guān)注，其基本原理是：通過改變微流控芯片樣本溶液的濃度比例及流道構(gòu)型設(shè)計，經(jīng)過多次重復(fù)的分配、混合后，最終在圣誕樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)底部形成濃度梯度。目前使用比較廣泛的微流控濃度梯度生成器是“圣誕樹”結(jié)構(gòu)及其變形結(jié)構(gòu)，例如中國專利CN 101382490 A、CN 101629143 A、CN 205042494 U、CN 105080627 A、CN 103257213 A和美國專利US 7314070 B2。另外，這種結(jié)構(gòu)的濃度梯度微流控芯片也存在著其它一些問題，如微流體通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，現(xiàn)有加工技術(shù)成本大，過程繁瑣；微流道曲折結(jié)構(gòu)較多，通道長度較大，若一個位置發(fā)生堵塞，則導(dǎo)致整個芯片產(chǎn)生的濃度梯度分布不準(zhǔn)確；當(dāng)需要較多的濃度梯度時，芯片體積將隨著圣誕樹層數(shù)的增加而增大；圣誕樹結(jié)構(gòu)只能進(jìn)行分析物的兩兩混合，對于多種分析物的相互混合，目前的平面結(jié)構(gòu)是做不到的；平面結(jié)構(gòu)不能模擬生物體內(nèi)真實(shí)環(huán)境，對生命活動的研究得不到精確的結(jié)果。這些問題制約著濃度梯度微流控技術(shù)的發(fā)展，是微流控芯片藥物篩選及生物化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

采用傳統(tǒng)的微加工技術(shù)制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微通道網(wǎng)絡(luò)，過程繁瑣，制作時間長，成本消耗大，限制了微流控芯片產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。隨著3D打印技術(shù)興起，越來越多的研究者采用3D打印技術(shù)直接制作微流控芯片，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡單快速、低成本、高精度等的一步式制造。目前采用3D打印技術(shù)制作濃度梯度微流控芯片也有一些報道，如Bhargava等(Bhargava,K.C.,B.Thompson,and N.Malmstadt."Discrete elements for 3D microfluidics."Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 111.42(2014):15013-8.)采用3D打印技術(shù)開發(fā)了一個標(biāo)準(zhǔn)化組件和連接器的樣本庫，形成了可擴(kuò)展和縮小的輸出的可調(diào)濃度生成裝置；Shallan等(Shallan,Aliaa I.,et al."Cost-Effective Three-Dimensional Printing of Visibly Transparent Microchips within Minutes."Analytical Chemistry86.6(2014):3124-30.)使用3D打印技術(shù)制作的濃度梯度生產(chǎn)器，兩個樣本溶液進(jìn)口，經(jīng)過4次的重復(fù)分配、混合后生成5種濃度梯度。3D打印制作的濃度梯度微流控芯片還是基于傳統(tǒng)圣誕樹網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，例如只能制作2D結(jié)構(gòu)的濃度生成環(huán)境，對于多個分析物同時混合比較困難，濃度生成在時間和空間上不能保持良好的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供具有通量高、易擴(kuò)展、濃度準(zhǔn)確穩(wěn)定、靈活可控等特點(diǎn)的一種立體互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的濃度梯度微流控芯片。

本發(fā)明從上至下設(shè)有進(jìn)樣區(qū)、溶液濃度梯度形成區(qū)和濃度梯度出口區(qū)；

所述進(jìn)樣區(qū)設(shè)有4個進(jìn)樣口，每個進(jìn)樣口用于注入不同濃度比例、不同種類的分析物；

所述溶液濃度梯度形成區(qū)由若干個樹狀分支單元組成，從上至下疊加構(gòu)成立體互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微流控芯片，所述樹狀分支單元由1個垂直通道和4個分支通道組成；所述垂直通道主要作為溶液的混合流道；所述分支通道主要作為溶液的匯合通道和分配通道；

所述濃度梯度出口區(qū)由M個輸出端組成，出口處為顯微鏡觀察，拍照等區(qū)域；

所述進(jìn)樣區(qū)的進(jìn)樣口進(jìn)樣距離可為10mm以下。

所述樹狀分支單元的垂直部分和分支部分的截面形狀可為但不局限于正方形或者圓形，截面尺寸為5mm以下。

所述垂直通道長度為5mm以下。

所述分支通道長度為5mm以下。

所述分支通道中4個獨(dú)立分支的角度為50～100°。

所述進(jìn)樣區(qū)的入口和濃度梯度出口區(qū)的出口的截面形狀可為但不局限于圓形或正方形，尺寸相等，截面尺寸5mm以下。