[发明专利]一种微米级粒子高通量分选的微流控器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种基于微流体惯性效应的微流控器件及其制作方法，尤其涉及的是一种微米级粒子高通量分选的微流控器件及其制作方法。

背景技术

微流控技术作为一种微纳米尺度实现流体样品或微纳米粒子检测分析、操控、合成等功能的新技术，由于体积小、成本低及耗样量少等优点，已被广泛用于临床医学、生化分析、生物学等研究领域的检测与分析应用中。替代昂贵的传统柜式诊断分析设备，实现微纳米材料的高效输运、分选、提取、装配及混合等操控功能已成为微流控研究中一项重要的使能技术。而如何实现微尺度对象的高效分选对于单细胞分析及临床即时检验仪器(Point-of-care testing，POCT)的开发具有非常重要的实践运用价值。目前的微尺度分选技术按其机理可简要概括为以下几类：第一类是从宏观过滤技术演化而来的微孔膜过滤技术或基于阻隔、错流结构的微筛分选技术，但该类技术存在通用性差、成本高及微结构易堵塞等问题；第二类是基于电、声、磁、光及外部流体的单场或多场复合分选技术，但该类技术一般存在外场耗能、不易集成微型化及损伤微纳米生物材料等缺陷；第三类是基于微柱阵列、壁面V型槽及缩扩阵列等复杂微结构的分选或提取技术，但该类技术仍存在加工工艺复杂、通用性差等不足。除上述三大类技术存在的问题和局限外，由于多数微流控芯片中较低的流速(雷诺数一般为10^-6～10¹)和批量化的低效处理方式，使其通量受到了极大的限制，无法满足血浆提取及稀有细胞分选等大体积样品的处理需求。另外，目前大部分微流控分选芯片仅能实现两种尺寸粒子的分离。为克服该局限，近期的部分研究利用平面多分选单元功能集成来实现多尺寸粒子的顺序分选，但该类技术在较大程度上加大了芯片的尺寸，不利于芯片的集成微型化。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种微米级粒子高通量分选的微流控器件及其制作方法，在不增加芯片尺寸前提下，实现多种不同尺寸微米级生物粒子的连续高效分选。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的器件包括功能基片和至少两层分选基片，所述分选基片和功能基片顺序堆垛，每层分选基片上设有样品入口、主分选流道、分岔流道、分选出口和样品出口，样品入口和主分选流道连通，分岔流道的端部分别与分选出口、样品出口和主分选流道连通，每层分选基片的样品出口与下一层分选基片的样品入口堆叠封接。

所述主分选流道包括直流道和渐扩流道，样品入口和直流道连通，渐扩流道的小径端和直流道连通，渐扩流道的大径端和分岔流道连通。

所述直流道的横截面为高深宽比矩形，使特定尺寸粒子可以平衡聚焦于长边(流道高度)中心附近。

所述每层分选基片的直流道的横截面尺寸和该层最大粒子的尺寸关系为：

a_p/L_c≥0.07，其中，a_p为该层最大粒子的直径；L_c为直流道的特征尺寸。

所述每层分选基片上设有对准标记，方便在制作多层分选基片时候的垂直对齐。

所述分选基片的材质选自聚二甲基硅氧烷、特氟龙、聚甲基丙烯酸甲酯、SU-8光刻胶、玻璃、硅和石英中的一种。

所述功能基片为载玻片或电极。

所述分岔流道和样品出口之间的连接流道为多边形，可以在基片较薄时减少上下层流体压力对基片微结构的影响。

一种微米级粒子高通量分选的微流控器件的制作方法，包括以下步骤：

(1)对每层分选基片上的各个微流道通过微加工技术制作，可以通过软光刻或者其它加工手段实现；

(2)在每层分选基片的样品入口处打出通孔作为粒子的入口；

(3)通过对准标记和键合技术实现多层分选基片的堆垛和封装；

(4)各层分选基片上的分选出口在与上层分选基片或多层分选基片键合封装后打出通孔作为粒子的出口；

(5)将功能基片和封装后的多层分选基片键合封装。

所述步骤(4)中，最上层分选基片的分选出口在键合封装前打出通孔，最底层分选基片的样品出口在与上面多层分选基片键合后打出通孔作为最终样品的出口。