本發(fā)明屬于微流控，更具體地，涉及按壓泵和微流控芯片。

背景技術(shù)：

1、微流控技術(shù)的進(jìn)步使得對(duì)微流體的驅(qū)動(dòng)和控制更加靈活、準(zhǔn)確和方便，促進(jìn)了即時(shí)診斷、生化分析、細(xì)胞培養(yǎng)和其他相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。傳統(tǒng)流體驅(qū)動(dòng)方式依賴昂貴裝置的支撐，需要蠕動(dòng)泵、注射泵等傳統(tǒng)的流體泵，雖然具有流量、流速可精確調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，但不利于微流控裝置的小型化以及在即時(shí)診斷領(lǐng)域的應(yīng)用。微泵作為微流控系統(tǒng)的核心和典型部件，因其小型化、集成化等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。開(kāi)發(fā)體積更小、成本更低、加工更簡(jiǎn)易的高性能微型泵具有重要意義。

2、微泵分為需要外部電源與不需要外部電源兩類。需要外部電源的微泵是通過(guò)小型外部電源或執(zhí)行器平臺(tái)對(duì)微泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如小型蠕動(dòng)泵,電潤(rùn)濕，電滲透泵，離心泵和磁力泵。需要外部電源的微泵比傳統(tǒng)流體泵體積更小，可集成化程度更高，但對(duì)外部電源和執(zhí)行器平臺(tái)的依賴大大限制了其在條件有限環(huán)境中的使用。不需要外部電源的微泵可以借助一些物理學(xué)原理如毛細(xì)作用，虹吸作用，滲透壓，重力等，可以自發(fā)驅(qū)動(dòng)，或者人力與特定機(jī)械結(jié)構(gòu)組合，如手動(dòng)驅(qū)動(dòng)的注射泵，手動(dòng)離心泵，以及手指按壓泵，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的驅(qū)動(dòng)。因?yàn)閿[脫了對(duì)外部電源和執(zhí)行器平臺(tái)的依賴，使得不需要外部電源的微泵在即時(shí)診斷領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

3、手指按壓泵是一種典型的不需要外部電源的微泵，其尺寸小，可編輯性強(qiáng)，并且可以與微流控系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，無(wú)需使用繁瑣的連接，減少了污染風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)使微流控系統(tǒng)的應(yīng)用前景更加多樣。

4、手指按壓泵包含一個(gè)按鈕，一個(gè)可變形的腔室和各種微型閥，通過(guò)對(duì)按鈕的按壓與釋放，可以使得可變形腔室發(fā)生規(guī)律形變，通過(guò)與微型閥的組合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的驅(qū)動(dòng)。最經(jīng)典的手指按壓泵基于pdms材料制作而成，因?yàn)閜dms作為彈性材料，適于制作可變形的腔室與微型閥，并且加工精度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)。來(lái)自清華大學(xué)和深圳市綠詩(shī)源生物技術(shù)有限公司公布的一種按壓式微流控芯片、微流控裝置及細(xì)菌檢測(cè)方法(申請(qǐng)公布號(hào):cn114480096a)，和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)公布的一種微流控芯片及微生物檢測(cè)方法(申請(qǐng)公布號(hào):cn114225978a)，都是使用經(jīng)典的軟光刻方法進(jìn)行手指按壓泵與按壓芯片的加工制作。如圖1所示，基于pdms材料制作的手指按壓泵中，各層材料均由pdms材料制作而成，為了避免微型閥與下層的彈性膜相互粘連，軟光刻pdms在加工時(shí)需要使用等離子體處理來(lái)組裝多層結(jié)構(gòu)，容易誤連破壞微型閥的結(jié)構(gòu)，在脫模過(guò)程中也容易損壞閥體(lab?chip,2024,24,843-853)。因此，軟光刻加工pdms很難實(shí)現(xiàn)按壓泵的快速批量制作。此外，由于pdms的剛性較差，可變形的腔室在形變時(shí)，其頂層膜和底層膜也可能受彈性膜的影響而發(fā)生形變，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及液體泵送的精度。

5、熱塑性材料pmma可以通過(guò)注射、壓縮成型、鑄造、熱壓成型、微銑削、激光燒蝕，等可復(fù)制和直接制造技術(shù)以低成本大批量制造，在部分微流控裝置中可以代替pdms。有研究使用pmma和部分阻斷的壓敏膠來(lái)制作手指按壓泵(lab?chip,2023,23,4579-4591)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。相比于基于pdms制作的手指按壓泵，pmma制作的頂層膜和底層膜的剛性較好，并且不需要進(jìn)行等離子體處理，制作時(shí)間、制作成本、制作復(fù)雜度等都有所降低。但是，仍需要對(duì)一些細(xì)小單元進(jìn)行額外處理，使用阻斷劑進(jìn)行修飾，不夠簡(jiǎn)便，也不適用于快速批量制作。

6、總體而言，現(xiàn)有的手指按壓泵因其結(jié)構(gòu)的限制，導(dǎo)致其制作時(shí)間較長(zhǎng)、其制作成本和制作復(fù)雜度較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了按壓泵和微流控芯片，其目的在于，通過(guò)對(duì)手指按壓泵結(jié)構(gòu)的改進(jìn)降低其制作耗時(shí)、制作成本和制作復(fù)雜度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種按壓泵，包括：按壓氣囊、制動(dòng)腔室和兩個(gè)單向閥；兩個(gè)單向閥分別為第一單向閥和第二單向閥；

3、單向閥包括：從下至上依次貼附設(shè)置的第一熱塑性材料膜、第二熱塑性材料膜、第一彈性膜、第一雙面膠粘膜，通過(guò)第一支撐柱固定于第一雙面膠粘膜上方的第三熱塑性材料膜，以及上底面貼附于第三熱塑性材料膜下表面的圓柱微閥；圓柱微閥由熱塑性材料制成，第一支撐柱的高度不小于圓柱微閥的高度；第一雙面膠粘膜和第二熱塑性材料膜中位于圓柱微閥正下方的半徑為r1的圓形區(qū)域均被切割；第一彈性膜之上的結(jié)構(gòu)形成單向閥的流體層，第一彈性膜之下的結(jié)構(gòu)形成單向閥的氣體層；

4、制動(dòng)腔室包括：從下至上依次貼附設(shè)置的第四熱塑性材料膜、第五熱塑性材料膜、第二彈性膜、第二雙面膠粘膜，通過(guò)第二支撐柱固定于第二雙面膠粘膜上方的第六熱塑性材料膜，以及貼附設(shè)置于第六熱塑性材料膜上表面的第七熱塑性材料膜；第五熱塑性材料膜、第二雙面膠粘膜和第六熱塑性材料膜中相同位置處、半徑為r2的圓形區(qū)域均被切割；第二彈性膜之上的結(jié)構(gòu)形成制動(dòng)腔室的流體層，第二彈性膜之下的結(jié)構(gòu)形成制動(dòng)腔室的氣體層；

5、第一單向閥的流體層、制動(dòng)腔室的流體層和第二單向閥的流體層依次相連，第一單向閥的流體層入口作為按壓泵的流體入口，第二單向閥的流體層出口作為按壓泵的流體出口；第一單向閥和制動(dòng)腔室的氣體層中的被切割的圓形區(qū)域均通過(guò)氣路微通道與按壓氣囊相連；

6、其中，r0≤r1≤r2，r0為柱形閥的底面半徑。

7、進(jìn)一步地，第一熱塑性材料膜、第二熱塑性材料膜、第三熱塑性材料膜、第四熱塑性材料膜、第五熱塑性材料膜、第六熱塑性材料膜、第七熱塑性材料膜以及圓柱微閥的材料均為pmma。

8、進(jìn)一步地，第一彈性膜和第二彈性膜的材料均為硅膠。

9、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種微流控芯片，包括：n1個(gè)按壓泵；按壓泵為本發(fā)明提供的上述按壓泵；

10、其中，各按壓泵的流體入口和流體出口相互獨(dú)立，且n1個(gè)按壓泵的按壓氣囊為同一個(gè)按壓氣囊；n1≥2。

11、按照本發(fā)明的有一個(gè)方面，提供了一種微流控芯片，包括：n2個(gè)按壓泵，按壓泵為本發(fā)明提供的上述按壓泵；

12、其中，各按壓泵的流體入口相互獨(dú)立，n2個(gè)按壓泵的流體出口連接至一點(diǎn)，其n2個(gè)按壓泵的按壓氣囊為同一按壓氣囊；n2≥2。

13、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種微流控芯片，包括：本發(fā)明提供的上述按壓泵和分液模塊；

14、分液模塊包括入口流道、分液腔室和n3個(gè)出口流道；入口流道一端與分液腔室相連，另一端作為分液模塊的入口與按壓泵的流體出口相連；出口流道的一端與分液腔室相連，另一端作為分液模塊的一個(gè)出口；

15、其中，n3≥2。

16、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種微流控芯片，包括：n4個(gè)儲(chǔ)液腔室和n4個(gè)按壓泵；按壓泵為本發(fā)明提供的上述按壓泵；

17、n4個(gè)按壓泵的流體層依次相連，且最后一個(gè)按壓泵的流體出口與第一個(gè)按壓泵的流體入口相連，相鄰按壓泵的流體層連接處設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)液腔室；相鄰按壓泵的按壓氣囊不同；

18、其中，n4≥3。

19、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種微流控芯片，包括：反應(yīng)腔室和n5個(gè)按壓泵；按壓泵為本發(fā)明提供的上述按壓泵；

20、各按壓泵的流體入口和按壓氣囊相互獨(dú)立，且n5個(gè)按壓泵的流體出口均與反應(yīng)腔室相連；

21、其中，n3≥2。

22、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種微流控芯片，包括：濃度梯度生成模塊和兩個(gè)按壓泵；按壓泵為本發(fā)明提供的上述按壓泵；

23、濃度梯度生成模塊中設(shè)置有圣誕樹(shù)結(jié)構(gòu)的流體微通道；圣誕樹(shù)結(jié)構(gòu)的流體微通道包括多層縱向微通道和多層橫向微通道；第一層縱向微通道的數(shù)量為2，其后每一層縱向微通道的數(shù)量相比于前一層縱向微通道的數(shù)量多1；橫向微通道設(shè)置于相鄰兩層縱向微通道的交界處，且與相鄰的縱向微通道均相連；

24、各按壓泵的流體入口相互獨(dú)立，兩個(gè)按壓泵的流體出口分別與濃度梯度生成模塊中位于第一層的兩個(gè)縱向微通道相連，并且，兩個(gè)按壓泵的按壓氣囊為同一個(gè)按壓氣囊。

25、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得以下有益效果：

26、(1)本發(fā)明提供的按壓泵，利用熱塑性材料來(lái)制作單向閥和制動(dòng)腔室中的微閥結(jié)構(gòu)和剛性結(jié)構(gòu)，可避免彈性膜發(fā)生形變時(shí)導(dǎo)致頂層膜和底層膜發(fā)生形變；通過(guò)使用不具有粘性的彈性膜，并在其上設(shè)置一層特殊切割的雙面膠粘膜，在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)，可控制硅膠膜的形變區(qū)域，而且彈性膜在發(fā)生形變時(shí)不會(huì)與熱塑性材料結(jié)構(gòu)發(fā)生粘連，因此不需要修飾，無(wú)需對(duì)細(xì)小單元進(jìn)行單獨(dú)處理，也無(wú)需精準(zhǔn)對(duì)齊，極大降低了按壓泵的制作成本以及加工的復(fù)雜性，也降低了制作耗時(shí)。

27、(2)本發(fā)明將所提供的按壓泵與微流道組合，形成不同的微流控結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。