[发明专利]一种微流控流道内液体流量流速原位检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种微流控流道内液体流量流速原位检测装置，包括基底、微流道层和盖板三部分；基底位于微流道层的底侧，盖板位于微流道层上侧，在基底上设置有激光诱导石墨烯图案，该激光诱导石墨烯图案位于微流道层的液体通道的投影面；微流道层的液体通道的面对激光诱导石墨烯图案的一侧是透明材质。当透明液体流入微流道层的液体通道后，由于改变了激光诱导石墨烯图案上方的光学特性，使液体填充液体通道部分和未填充液体通道部分存在可辨识的明显颜色变化，能够直观地观察到液体所处位置，根据时间间隔即可计算出微液体流量和流动速率等参数。

技术领域

本发明属于微流控流速测量技术领域，具体涉及一种微流控流道内液体流量流速原位检测装置及检测方法。

背景技术

微流控片上实验室(microfluidiclab-on-a-chip)是将微量样品的制备、反应、分离、检测、废液回收等基本操作单元全部集成到一块芯片上，实现自动分析，避免潜在的交叉污染和人为操作错误的影响，广泛应用于化学、生物、医学分析领域。微流控芯片内的所有操作过程和结果体现都与液体的流量及流动速率密切相关，实现精确的微液体流量及流动速率测量至关重要。目前微液体流量和流速的测量和控制主要通过注射泵等芯片外仪器实现，这不但增加了系统的尺寸和复杂程度，也不能实现流量和流速的原位测量。将传感器集成到微流道内是实现液体精准控制的必要方案。

现阶段，原位流量和流速传感器的设计原理包括：量热法、电阻抗法、光学法等。量热法是在微流道内集成微型加热单元和温度传感器，检测时，加热单元加热液体，温度传感器检测加热单元上、下游液体的温度变化，通过液体温度分布获得其流量和流速。然而微型温度传感器的设计、制造和其在微流道中的集成比较复杂，同时多数样品、尤其是生物样品在加热环境下结构会被破坏。电阻抗法(或电导法)在微流道中集成电极，通过电极间阻抗(或电导)与液体流量/流速的相互关系实现测量，然而这种方法对液体的导电性有较高的要求，普适性差。光学法在液体中添加示踪物质，通过显微镜等技术实时追踪失踪物质的位置，实现对液体流速/流量的测量。相比之下，这种方法操作简单，适用性广，但是外源物质的加入使液体不能保持其固有属性：比如示踪粒子的加入导致液体流变行为的变化，颜料的加入严重影响液体的透明性等，同时外源物质的存在可能影响后续对液体进行准确的组分分析。专利CN 104297518 A利用气泡为示踪剂，通过CCD相机记录微液体内气泡的轨迹，将气泡流速等效为微流道内液体的流动速率，该方法的外源物质为气泡，对液体损伤小。然而在微液体中引入气泡且使其稳定存在的难度较大，且其应用受限，比如其不适用于用于体液(汗液、泪液、组织液)检测的可穿戴微流控芯片。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种简单、普适性广且对样品没有损伤的微流控流道内液体流量流速原位检测装置及检测方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种微流控流道内液体流量流速原位检测装置，包括基底、微流道层和盖板三部分；基底位于微流道层的底侧，盖板位于微流道层上侧，在基底上设置有激光诱导石墨烯图案，该激光诱导石墨烯图案位于微流道层的液体通道的投影面；微流道层的液体通道的面对激光诱导石墨烯图案的一侧是透明材质。

在上述技术方案中，激光诱导石墨烯图案是通过二氧化碳激光诱导方法在基底上直接生成，基底材料是聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、树叶、木头之一，或其他能够被烧蚀成石墨烯的碳源物质。

在上述技术方案中，激光诱导石墨烯图案与微流道层的液体通道形状一致。

在上述技术方案中，激光诱导石墨烯图案覆盖全部液体通道的投影区域，或者分布在液体通道的部分投影区域。

在上述技术方案中，激光诱导石墨烯图案的宽度是液体通道的宽度的0.3-1.5倍，这种条件下透明液体填充通道和空气填充通道时的颜色差别非常明显。

在上述技术方案中，激光诱导石墨烯图案的方块电阻优选在5-1000Ω/sq范围内。