[发明专利]一种立体互联网络结构的浓度梯度微流控芯片

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片，尤其是涉及一种立体互联网络结构的浓度梯度微流控芯片。

背景技术

微流控芯片(LOC)可实现微尺度流体的操控与分析，具有微量、快速、阵列化、高通量等特征，在疾病诊断、细胞筛选、材料合成、食品安全等应用广泛。浓度梯度微流控芯片作为一个新兴的技术平台越来越受到关注，其基本原理是：通过改变微流控芯片样本溶液的浓度比例及流道构型设计，经过多次重复的分配、混合后，最终在圣诞树形网络结构底部形成浓度梯度。目前使用比较广泛的微流控浓度梯度生成器是“圣诞树”结构及其变形结构，例如中国专利CN 101382490 A、CN 101629143 A、CN 205042494 U、CN 105080627 A、CN 103257213 A和美国专利US 7314070 B2。另外，这种结构的浓度梯度微流控芯片也存在着其它一些问题，如微流体通道网络结构复杂多变，现有加工技术成本大，过程繁琐；微流道曲折结构较多，通道长度较大，若一个位置发生堵塞，则导致整个芯片产生的浓度梯度分布不准确；当需要较多的浓度梯度时，芯片体积将随着圣诞树层数的增加而增大；圣诞树结构只能进行分析物的两两混合，对于多种分析物的相互混合，目前的平面结构是做不到的；平面结构不能模拟生物体内真实环境，对生命活动的研究得不到精确的结果。这些问题制约着浓度梯度微流控技术的发展，是微流控芯片药物筛选及生物化学反应等领域的关键和难点。

采用传统的微加工技术制作复杂结构的微通道网络，过程繁琐，制作时间长，成本消耗大，限制了微流控芯片产业化的进程。随着3D打印技术兴起，越来越多的研究者采用3D打印技术直接制作微流控芯片，实现复杂结构简单快速、低成本、高精度等的一步式制造。目前采用3D打印技术制作浓度梯度微流控芯片也有一些报道，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打印技术开发了一个标准化组件和连接器的样本库，形成了可扩展和缩小的输出的可调浓度生成装置；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打印技术制作的浓度梯度生产器，两个样本溶液进口，经过4次的重复分配、混合后生成5种浓度梯度。3D打印制作的浓度梯度微流控芯片还是基于传统圣诞树网络结构，例如只能制作2D结构的浓度生成环境，对于多个分析物同时混合比较困难，浓度生成在时间和空间上不能保持良好的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供具有通量高、易扩展、浓度准确稳定、灵活可控等特点的一种立体互联网络结构的浓度梯度微流控芯片。

本发明从上至下设有进样区、溶液浓度梯度形成区和浓度梯度出口区；

所述进样区设有4个进样口，每个进样口用于注入不同浓度比例、不同种类的分析物；

所述溶液浓度梯度形成区由若干个树状分支单元组成，从上至下叠加构成立体互联网络结构的微流控芯片，所述树状分支单元由1个垂直通道和4个分支通道组成；所述垂直通道主要作为溶液的混合流道；所述分支通道主要作为溶液的汇合通道和分配通道；

所述浓度梯度出口区由M个输出端组成，出口处为显微镜观察，拍照等区域；

所述进样区的进样口进样距离可为10mm以下。

所述树状分支单元的垂直部分和分支部分的截面形状可为但不局限于正方形或者圆形，截面尺寸为5mm以下。

所述垂直通道长度为5mm以下。

所述分支通道长度为5mm以下。

所述分支通道中4个独立分支的角度为50～100°。

所述进样区的入口和浓度梯度出口区的出口的截面形状可为但不局限于圆形或正方形，尺寸相等，截面尺寸5mm以下。