[發明專利]基于壓力控制的多向流體驅動系統及其應用

有效

• 申請號: 201811049875.5
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109097250B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 蘇世圣;朱修銳;郭永;山口悠介;劉君元;王勇斗
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京羿賽生物科技有限公司
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12Q1/6844;C12Q1/6869;G01N33/68
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本發明提供一種基于壓力控制的多向流體驅動系統及其應用，所述系統包括至少一個壓力源、至少一個壓力分配單元和至少二個壓力輸出單元。使用所述的系統，可以在不改變壓力源壓力的情況下，通過壓力分配單元改變壓力源與壓力輸出單元之間的連接關系，實現微流體的多向驅動和驅動方向、運動/靜止的快速切換，提升微球清洗等生物化學應用的自動化程度。

技術領域

本發明涉及微流控技術領域，具體涉及一種基于壓力控制的多向流體驅動系統及其應用。

背景技術

微流控技術是近年來發展迅速的一種生物化學分析技術，具有高通量、檢測靈敏度高、成本低和易于自動化等潛在優勢，使其在生化檢測，尤其是生物醫學領域具有很廣闊的應用前景。微流控技術需要流量和流向可調的流體驅動技術。以微流控芯片中的微球清洗為例，為了在短時間內實現高效的清洗，也需要驅動微流體帶動微球在限定的空間內往復運動。

目前，主要有兩種方法能夠實現流體驅動的換向。一種方法利用注射泵等恒流進樣設備，通過修改注射/抽吸模式實現流體驅動的換向。這種方法會在流量改變時產生十幾秒到幾分鐘的遲滯效應。為了避免這種流量改變時的遲滯效應，另一種方法利用氣泵等恒壓進樣設備，通過修改微流道兩端的壓力實現流體驅動的換向。雖然壓力能夠實時改變流體的流動狀態，但傳統方法是通過改變壓力源的壓力的方式來改變輸出的壓力，這個過程仍然需要幾秒鐘的時間，仍然不適合用在微球清洗等需要快速流體換向的場合。

發明內容

本發明提供一種基于壓力控制的多向流體驅動系統，所述系統包括至少二個具有不同壓力的壓力源、至少一個壓力分配單元和至少二個壓力輸出單元，不同壓力輸出單元與流體管道或腔體在不同位置連接，通過所述壓力分配單元切換所述壓力源和所述壓力輸出單元之間的連接關系，使得管道或腔體中的流體在不同壓力驅動下實現流動方向的改變。

在一種實施方式中，所述流體在兩個以上流動方向之間切換，被驅動的流體處于運動或靜止狀態。

在一種實施方式中，所述流體在三個以上流動方向之間切換。

在一種實施方式中，同一個壓力源通過壓力分配單元連接到不同的壓力輸出單元，不同的壓力源通過壓力分配單元連接到同一個壓力輸出單元。

在一種實施方式中，所述壓力分配單元包括一個或多個電磁閥，優選地為一個或多個二位二通閥和/或二位四通閥。

在一種實施方式中，所述壓力分配單元是一個二位四通閥，其一個進氣口連接到與大氣壓不同的壓力源，另一個進氣口連接到作為壓力源的大氣，兩個出氣口分別連接到兩個壓力輸出單元，兩個壓力輸出單元分別連接到流體管道或腔體的兩端。

在一種實施方式中，所述系統包括兩個具有不同壓力的壓力源，具有四個二位二通閥的壓力分配單元，和二個兩個壓力輸出單元，兩個壓力源通過所述壓力分配單元分別連接到兩個所述壓力輸出單元，兩個壓力輸出單元分別連接到流體管道或腔體兩端。

在一種實施方式中，所述系統包括具有兩個以上不同壓力的壓力源，二個以上的壓力分配單元，和二個以上壓力輸出單元，至少二個所述流體管道分別與不同壓力輸出單元連接，使得每個所述流體管道實現流動方向的獨立改變。

在一種實施方式中，所述系統包括具有三個以上不同壓力的壓力源，一個以上的壓力分配單元，和三個以上壓力輸出單元，所述腔體與每個壓力輸出單元連接，使得腔體中的流體在不同壓力驅動下實現三個以上流動方向的改變。

在一種實施方式中，本發明提供上述系統在基于微流體的微球清洗中的應用，優選地于，所述微球上修飾有核酸和/或蛋白，清洗后的所述微球用于核酸的擴增和/或測序，以及蛋白的免疫反應。