[发明专利]基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片

说明书

本发明提供了一种基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片，涉及即时检测产品技术领域。该微流控芯片使用流量控制器控制微流道内液体的流速，流量控制器包括由若干阵列单元排布而成的微阵列；阵列单元为设置于微流道表面的具有形状的疏液层或亲液层；其中，若流量控制器为减速流量控制器则包括由若干疏液阵列单元排布而成的微阵列，疏液阵列单元的接触角大于微流道；若流量控制器为加速流量控制器则包括由若干亲液阵列单元排布而成的微阵列，亲液阵列单元的接触角小于微流道。该微流控芯片采用阵列单元排列而成的微阵列来控制微流道内液体的流动速度，具有成本低廉、制备简单、无需外部驱动等优势。

技术领域

本发明涉及即时检测产品领域，尤其是涉及一种基于亲液和/或疏液的微阵列实现流量控制的微流控芯片。

背景技术

微流控芯片又称芯片实验室，是指在一块几平方厘米的芯片集中化学、生物领域中涉及的生物、化学的样品制备、反应、分离、检测以及细胞培养、分选、裂解等基本操作单元的微流控装置。微流控芯片采用微机电加工技术在芯片上构建微流道系统，将生化分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的几平方厘米芯片上，加载生物样品和反应液后，采用机械或非机械驱动等方法驱动芯片中液体流入，于芯片上进行一种或连续多种的反应。随着微流控芯片研究的不断深入和商品化要求，对商品化微流控芯片新产品研发阶段所需的小批量、多品种、低成本、一次性芯片的需求日益迫切。

微流控芯片中的液体流入特征尺度一般在0.1μm～1mm，在此微米尺度空间内流动的液体称为微流体。微流控芯片是一种集成系统，由液体的驱动、传输、检测等单元组成，流动具有网络化特征；其次，流动介质的形态多样，有连续流动、离散的液滴、离子流动等。因此，对微尺度下的液体样品进行驱动和控制成为了微流控芯片设计过程中的关键因素。以POCT免疫检测芯片为例，其通过不同功能区的构建，实现一系列免疫分析过程，在此过程中，血液作为被检测对象在此微流控芯片中经历了抗体标记、混合、孵育等步骤，各个步骤需要对血液的流动速度进行精准控制，以保证最后检测结果的准确性。例如：在经过包被区后需要对血液进行减速控制，以保证血液中的被检测抗原与包被区的抗体充分结合；在血液流到废液仓时，需对血液进行加速控制，以保证血液不会驻留在废液仓入口从而影响检测。因此如何控制微流道内的液体流速，从而实现微流体的标记、混合成为了微流控芯片设计过程中的关键。

目前有多种方法对微流控芯片中的微流体进行驱动和控制，采用压力流驱动的方法具有实现简单、容易实现、成本低等优点，但外接的外部驱动泵使得其不易小型化，且存在泵与芯片的接口问题，限制了其在小批量、多品种、一次性芯片上的应用。采用电渗流对微流体进行驱动和控制虽然可以实现流速的定量控制，但对芯片本身基材的理化性质和液体要求严格，要求流道表面必须形成双电层才可实现电渗流驱动；此外，电渗流驱动所需的外部电流源会带来功耗及焦耳热的问题，影响流道中试剂样品的活性。离心式力驱动是利用芯片在微电机带动下做圆周运动时所产生的离心力作为液流的驱动力，通过改变芯片旋转速度和设计不同的通道构型调节和控制液体的流速。而对芯片上液体的限流和切换控制则需要配合微阀的使用才能完成。离心力驱动的微流控芯片具有制备成本低、高通量、集成度高等优势，但需要借助外部的电机实现离心力的驱动，对检测设备的要求比较高，且需要引入毛细微阀实现对液体流入的限流和切换，在芯片的制备上则提出了更高的要求。

采用表面张力驱动和控制微流道内液体的方法无需在芯片中集成电极和外部电路，具有成本低的优点。现有的采用表面张力驱动控制微流道内液体主要采用在微流道内构建具有各异形状的凸起的结构单元来约束微流道内液体的流动路径，以增加微流道中液体流动的路径起到减缓液体流动速度的作用。例如现有技术中采用梳齿式以及迷宫式的矩形凸台，或凸起的矩形或者圆点构成微流体器件中的延时流动调节器，用凸起台阶状的流道约束流动，用增加流道长度的方式来增加流阻，实现减缓流动速度的目的。但是由于微流控芯片尺寸较小，在微流道中增设具有特定形状的结构单元在工艺较为困难，且会提高制作成本。因此，一种改进的对微流体进行驱动和控制流速的微流控芯片是有必要的。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容