[实用新型]一种声表面波实现油相微流体与水相微流体分离的装置

说明书

技术领域

 本实用新型涉及一种微流控芯片中油包封水微流体的两相微流体分离技术，尤其是涉及一种声表面波实现油相微流体与水相微流体分离的装置。

背景技术

微流技术是将一系列生化分析操作，如抽样、样品预处理、分离、反应、检测和数据分析等，集成于一个微流基片上，由于其极大地降低了微流分析成本，并缩短了微流分析时间，因而获得了快速发展。建立于微流技术上的微流分析系统，因具有灵活多样的器件结构、极小的微流体积和较小的系统尺寸，被广泛应用于DNA测序、蛋白质分析、单细胞分析、毒品检测和食物安全等领域。根据微流分析系统中微流体的工作形式来分，微流分析系统有两种类型，包括连续流形式和数字流形式。一般来说，工作于数字流形式的微流分析系统具有试剂体积更少、分析时间更短和分析精度更高等优势，因而获得了更为快速地发展。

在数字流形式的微流分析系统中，根据数字微流体的存在形式可分为两大类，一类是闭合微流通道中承载于不相溶油相微流体中的数字微流体；另一类是工作于基片表面上的开放式数字微流体。前者需要设计合适结构的微流通道，而微流通道制作工艺较为复杂，且对微流体操作需要连续流动的油相微流体，为使油相微流体在微流通道内输运，往往需要外加压力泵作为油相微流体的动力源，因而增加了微流分析的体积和分析成本。在闭合微流通道的微流分析系统中，每一个水相微流体都是一个微反应器，而油相微流体主要用来输运各水相微流体，同时用于界定水相微流体的边界，当水相微流体完成反应后，根据需要将水相微流体与油相微流体进行分离。后者只需将待分析的数字微流体置放于基片表面，直接在基片表面对待分析的数字微流体进行输运、混合、分析等微流操作，因而操作简单，微流器件尺寸较小，且无需体积较大的压力泵作为驱动源。然而，在开放式的微流分析系统中，尤其是在以压电材料作为基片的开放式的微流分析系统中，待分析的数字微流体的蒸发会直接影响微流分析的精度，为了减少待分析的数字微流体的蒸发，往往采用与之不相溶的油相数字微流体包封待分析的数字微流体完成样品前处理操作，如为了加速样品萃取速度，可采用声表面波等外力实现液滴-液滴微萃取操作，在完成微萃取操作后，需要将萃取后的有机溶剂和水相微流体进行分离。因此，在微流分析系统中往往需要实现从油相微流体中分离出被之包封的水相微流体的微流操作。

常见的油相微流体中分离出水相微流体的方法主要有重力沉降法、离心法、空气浮选法和纤维填充床融合法等。其中，离心法和空气浮选法分离油相微流体和水相微流体的效率较高，但是离心法需要产生足够的离心力，空气浮选法需要产生足够的气流速度，此外两者的设备体积较大；重力沉降法对于小的水相微流体的分离效果较低。因此，常采用纤维填充床融合法结合重力沉降法实现小体积水相微流体的分离，它采用纤维过滤材料俘获小体积的水相微流体，并使其融合成为较大体积的水相微流体，再采用重力沉降法与油相微流体分离。上述这些分离方法均需要外加动力源，因此难以应用于微流分析系统中。

为实现微流分析系统中，油相微流体中水相微流体的分离，出现了PDMS微流通道中实现油相微流体中水相微流体的分离，通过PDMS微流通道中的T形结和微流体的流速，在PDMS微流通道中形成并流层，不相溶的油相微流体和水相微流体分别聚集于不同流层中，实现油相微流体和水相微流体的分离。但是，该方法只能应用于闭合微流通道的微流分析系统中，难以应用于开放式的微流分析系统中。为解决开放式的微流分析系统中油相微流体和水相微流体的分离，有人提出了采用声波在谐振腔中实现油相微流体和水相微流体的分离。如期刊《声学开放式杂志》2008年第1卷第1期66-71页（The Open Acoustics Journal, Vol. 1 (1), 2008：66-71）公开了《声增强谐振腔中的油-水分离》（《Enhanced Acoustic Separation of Oil-Water Emulsion in Resonant Cavities》），它是在容器腔内设置两个叉指换能器，并在容器腔内放置待分离的油相和水相微流体。当在两个叉指换能器上加电信号时，产生谐振波，在容器腔内形成驻波，俘获油相微流体在驻波的波节处，实现油相和水相微流体的分离。该方法可以有效地实现油相微流体聚集于驻波的波节处，达到油相微流体和水相微流体分离的目的，但该方法的缺点是不能完全实现油相微流体和水相微流体的分离，只能实现油相微流体聚集于谐振波的波节的几条线上，难以应用于微流分析系统中，有待改进。

发明内容