一種用于微流體通道中氣體去除的裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于去除微流體通道中氣體的裝置，包括微流體通道（203），在所述微流體通道（203）外側(cè)設(shè)有吸收所述微流體通道（203）中氣體的空腔區(qū)（101），在所述空腔區(qū)（101）上開設(shè)有用于抽氣形成真空環(huán)境的抽氣口（103）。本發(fā)明可在使用微流控芯片進(jìn)行流體實(shí)驗(yàn)初期的液態(tài)樣品加載過程中，去除微流體通道壁上吸附的各種尺寸的氣泡；可在使用微流控芯片進(jìn)行長時(shí)間實(shí)驗(yàn)的過程中，實(shí)時(shí)去除流體輸送引入的氣泡，同時(shí)防止流體中析出的氣體聚集形成氣泡；易于與PDMS微流控芯片集成，可有效地去除并防止微流體通道中的氣泡產(chǎn)生，以保持微流體通道的純液體環(huán)境，保證微流控芯片上生物體培養(yǎng)和顯微觀測(cè)的長程穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
【專利說明】
一種用于微流體通道中氣體去除的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公布了一種用于去除微流體通道中氣體的裝置，屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控技術(shù)是指使用微流體通道(尺寸為數(shù)十到數(shù)百微米)處理或操縱微小流體(體積為皮升到納升)的系統(tǒng)所涉及的科學(xué)和技術(shù)，是一門涉及流體物理學(xué)、化學(xué)、微電子學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程的新興交叉學(xué)科。因?yàn)樵摷夹g(shù)具有微型化、集成化等特征，包含有微流體通道的系統(tǒng)通常被稱為微流控芯片，也被稱為芯片上的實(shí)驗(yàn)室或微全分析系統(tǒng)。微流控技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究中具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前景。
[0003]在微流控芯片中微流體通道內(nèi)進(jìn)行細(xì)胞、組織、胚胎等活體培養(yǎng)的過程中，常常會(huì)因?yàn)槲⒘黧w通道較差的親水性，在通道壁上存在無法沖刷去除的氣泡;在利用微流控芯片進(jìn)行長時(shí)間的生物體培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)液的輸送過程中容易再次引入氣泡，或者培養(yǎng)液中的氣體容易析出，并在親水性較差的通道壁上附著，且逐漸擴(kuò)大形成氣泡。氣泡的存在會(huì)改變生物體所處的流體環(huán)境，直接影響生物樣本活體培養(yǎng)的穩(wěn)定性。此外，微流體通道中的氣泡會(huì)引起光學(xué)上的衍射、反射、折射等問題，不利于對(duì)生物體的顯微觀測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述現(xiàn)存的技術(shù)缺失，針對(duì)基于PDMS材料所制備的微流控芯片在流體實(shí)驗(yàn)過程中容易引入或析出氣體的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于去除微流體通道中氣體的裝置，以實(shí)現(xiàn)微流體通道的純液體環(huán)境，保證微流控芯片上生物體培養(yǎng)和顯微觀測(cè)的長程穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供了一種用于去除微流體通道中氣體的裝置，包括微流體通道，在所述微流體通道外側(cè)設(shè)有吸收所述微流體通道中氣體的空腔區(qū)，在所述空腔區(qū)上開設(shè)有用于抽氣形成真空環(huán)境的抽氣口。
[0006]所述空腔區(qū)覆蓋所有所述微流體通道上方;在所述空腔區(qū)內(nèi)設(shè)有用于支撐所述空腔區(qū)的腔體支撐結(jié)構(gòu)。
[0007]所述空腔區(qū)的加工材料為有機(jī)高分子聚合物。
[0008]所述空腔區(qū)上的抽氣口的位置根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)；口徑可根據(jù)連接的氣體導(dǎo)管的外徑調(diào)整。
[0009]所述空腔區(qū)內(nèi)的真空環(huán)境由真空栗直接施加;施加時(shí)間可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。
[0010]在液體和生物樣本輸入初期，在所述空腔區(qū)內(nèi)施加真空環(huán)境3?5分鐘除去所述微流體通道內(nèi)所有的氣泡;在長時(shí)間的生物樣本培養(yǎng)過程中，所述空腔區(qū)內(nèi)的真空環(huán)境由真空栗一直保持至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:I)該氣體去除結(jié)構(gòu)可在使用微流控芯片進(jìn)行流體實(shí)驗(yàn)初期的液態(tài)樣品加載過程中，去除微流體通道內(nèi)及壁上吸附的各種尺寸的氣泡;2)該氣體去除結(jié)構(gòu)可在使用微流控芯片進(jìn)行長時(shí)間實(shí)驗(yàn)的過程中，實(shí)時(shí)去除流體輸送引入的氣泡，同時(shí)防止流體中析出的氣體聚集形成氣泡;3)該氣體去除結(jié)構(gòu)易與PDMS微流控芯片集成，可有效地去除并防止微流體通道中的氣泡產(chǎn)生，以保持微流體通道的純液體環(huán)境，保證微流控芯片上生物體培養(yǎng)和顯微觀測(cè)的長程穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)方案描述中所需要使用的附圖作簡要介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1是本發(fā)明的用于微流體通道中氣體去除結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的所述氣體去除結(jié)構(gòu)實(shí)施例與微流控芯片的一種實(shí)施例的三維分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的所述氣體去除結(jié)構(gòu)實(shí)施例與微流控芯片實(shí)施例鍵合后的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明的所述氣體去除結(jié)構(gòu)實(shí)施例與微流控芯片實(shí)施例鍵合后的A-A向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]標(biāo)號(hào)說明:10為氣體去除結(jié)構(gòu)，20為微流控芯片，101為空腔區(qū)，102為腔體支撐結(jié)構(gòu)，103為抽氣口，104a為流體進(jìn)口，104b為流體出口，105a、105b為氣體去除結(jié)構(gòu)上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，201為微流控芯片的PDMS微流體通道層，202為微流控芯片的基底，203為微流體通道，204a為微流體通道的流體進(jìn)口，204b為微流體通道的流體出口，205a、205b為微流體通道層上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，301為抽氣導(dǎo)管，302a、302b為流體導(dǎo)管。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
請(qǐng)參閱圖1?圖4。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以例示方式說明本發(fā)明的基本原理、組件結(jié)構(gòu)、工作過程及功效，遂圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形成及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可改變，且其組件布局型態(tài)亦可更為復(fù)雜。
[0019]如圖1?圖4所示，本實(shí)施例提供一種用于微流體通道中氣體去除的結(jié)構(gòu)和方法，該氣體去除結(jié)構(gòu)10的基本結(jié)構(gòu)包括空腔區(qū)101、腔體支撐結(jié)構(gòu)102、抽氣口 103;所述氣體去除結(jié)構(gòu)10還包括流體進(jìn)出口 104a和104b、對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記105a和105b。所述微流控芯片20的基本結(jié)構(gòu)包括PDMS微流體通道層201、基底202、微流體通道203、流體進(jìn)出口 204a和204b;所述微流控芯片20還包括對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記205a和205b。
[0020]具體使用本實(shí)施例時(shí)，所述的用于微流體通道中氣體去除的結(jié)構(gòu)和方法至少包括以下使用步驟:
如圖2、圖3所示，首先進(jìn)行步驟I，將所述氣體去除結(jié)構(gòu)10鍵合在所述微流控芯片20的PDMS微流體通道層201上方。鍵合時(shí)，可利用所述氣體去除結(jié)構(gòu)1上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記105a、105b和所述微流控芯片20上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記205a、205b進(jìn)行精確對(duì)準(zhǔn)，以確保所述氣體去除結(jié)構(gòu)10的空腔區(qū)1I覆蓋住微流體通道203，同時(shí)確保所述氣體去除結(jié)構(gòu)1的流體進(jìn)出口 104a、104b與所述PDMS微流體通道層201的流體進(jìn)出口 204a和204b分別對(duì)準(zhǔn)。在本發(fā)明中，空腔區(qū)101也可以包裹在所述微流體通道201外側(cè)，在空腔區(qū)101上開設(shè)抽氣口 103。
[0021]如圖4所示，接著進(jìn)行步驟2，將所述流體導(dǎo)管302a和302b分別插入所述流體進(jìn)出口 104a和104b。液體和生物樣本從所述流體導(dǎo)管302a輸入，流經(jīng)所述微流體通道203，從所述流體導(dǎo)管302b流出。
[0022]如圖4所示，最后進(jìn)行步驟3，將所述抽氣導(dǎo)管301插入所述抽氣口 103。通過所述抽氣導(dǎo)管301，在所述空腔區(qū)101抽氣，使所述空腔區(qū)101內(nèi)形成真空環(huán)境。附著在所述微流體通道203壁上的氣泡將透出所述微流體通道層201的PDMS材料，到達(dá)所述空腔區(qū)101，進(jìn)而被排出。圖4中虛線箭頭顯示了所述微流體通道203中氣體排出的路徑。
[0023]進(jìn)一步地，所述氣體去除結(jié)構(gòu)10的加工材料可以是PDMS等有機(jī)高分子聚合物;所述微流控芯片20的微流體通道層201所用材料必須是PDMS，原因是該氣體去除結(jié)構(gòu)和方法利用了PDMS材料的微量透氣性。在本實(shí)施例中，所述氣體去除結(jié)構(gòu)10的加工材料是PDMS，因此可通過氧等離子體對(duì)所述氣體去除結(jié)構(gòu)10和所述微流體通道層201進(jìn)行表面改性，實(shí)現(xiàn)10和201之間的鍵合。若所述氣體去除結(jié)構(gòu)10的加工材料為微流控領(lǐng)域其它常用有機(jī)高分子材料，則可利用化學(xué)試劑對(duì)此類有機(jī)高分子材料進(jìn)行表面改性，以實(shí)現(xiàn)10和201之間的鍵入口 ο
[0024]進(jìn)一步地，所述氣體去除結(jié)構(gòu)10和所述空腔區(qū)101的形狀及幾何尺寸(長、寬、高)可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì);所述空腔區(qū)101應(yīng)滿足覆蓋大部分微流體通道區(qū)域的要求(如圖3所示)。在本實(shí)施例中，所述氣體去除結(jié)構(gòu)10的長、寬與所述微流控芯片20的長、寬相同；所述氣體去除結(jié)構(gòu)10的高度為6?8mm;所述空腔區(qū)101的高度為3mm。
[0025]進(jìn)一步地，所述腔體支撐結(jié)構(gòu)102的形狀、數(shù)量與分布位置可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)。所述腔體支撐結(jié)構(gòu)102的作用是防止在低真空環(huán)境下所述空腔區(qū)101的坍塌。在本實(shí)施例中，共有9個(gè)圓柱形腔體支撐結(jié)構(gòu)102分布于空腔區(qū)101。
[0026]進(jìn)一步地，所述氣體去除結(jié)構(gòu)10和所述微流控芯片20上分別設(shè)計(jì)并加工有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，以保證兩層結(jié)構(gòu)鍵合時(shí)的精確對(duì)準(zhǔn);所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的樣式和位置可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)加工;在無需精密對(duì)準(zhǔn)的場(chǎng)合，亦可不設(shè)計(jì)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。在本實(shí)施例中，采用“田”字形對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，即在所述氣體去除結(jié)構(gòu)10上加工有十字形對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記105a、105b，在所述微流控芯片20上加工有四正方形對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記205a、205b;鍵合對(duì)準(zhǔn)的操作可在體視顯微鏡下進(jìn)行，只需保證十字形對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記處恰好嵌入四方形對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記中。
[0027]進(jìn)一步地，所述氣體去除結(jié)構(gòu)10上的抽氣口103的位置可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)，口徑可根據(jù)氣體導(dǎo)管301的外徑調(diào)整。所述氣體去除結(jié)構(gòu)10上的流體進(jìn)出口 104a和104b的數(shù)量和位置與所述微流體通道的流體進(jìn)出口 204a和204b的數(shù)量和位置——對(duì)應(yīng)，口徑可根據(jù)氣體導(dǎo)管302a和302b的外徑調(diào)整。
[0028]進(jìn)一步地，所述氣體導(dǎo)管301，流體導(dǎo)管302a、302b的材質(zhì)可根據(jù)實(shí)際情況選擇，可以是特氟龍管、不銹鋼管等。
[0029]進(jìn)一步地，所述空腔區(qū)101內(nèi)的真空環(huán)境可由真空栗直接施加;施加時(shí)間可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。在本實(shí)施例中，在液體和生物樣本輸入初期，在所述空腔區(qū)101內(nèi)施加真空環(huán)境3~5分鐘即可除去所述微流體通道203內(nèi)所有的氣泡;在長時(shí)間的生物樣本培養(yǎng)過程中，所述空腔區(qū)101內(nèi)的真空環(huán)境由真空栗一直保持至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，以預(yù)防氣泡的再次引入或聚集產(chǎn)生。
[0030]綜上所述，本發(fā)明提供了一種用于微流體通道中氣體去除的結(jié)構(gòu)和方法。具有以下有益效果:I)該氣體去除結(jié)構(gòu)可在使用微流控芯片進(jìn)行流體實(shí)驗(yàn)初期的液態(tài)樣品加載過程中，去除微流體通道內(nèi)及壁上吸附的各種尺寸的氣泡；2)該氣體去除結(jié)構(gòu)可在使用微流控芯片進(jìn)行長時(shí)間實(shí)驗(yàn)的過程中，實(shí)時(shí)去除流體輸送引入的氣泡，同時(shí)防止流體中析出的氣體聚集形成氣泡;3)該氣體去除結(jié)構(gòu)易與PDMS微流控芯片集成，可有效地去除并防止微流體通道中的氣泡產(chǎn)生，以保持微流體通道的純液體環(huán)境，保證微流控芯片上生物體培養(yǎng)和顯微觀測(cè)的長程穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
[0031]上述實(shí)施例僅例示性地說明了本發(fā)明的基本原理、組件結(jié)構(gòu)、工作過程及功效，而非用于限制本發(fā)明的應(yīng)用。任何熟練掌握該技術(shù)的人員皆可在不違背本發(fā)明的原理下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的原理與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵至
ΠΠ O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于微流體通道中氣體去除的裝置，包括微流體通道(203)，其特征在于:在所述微流體通道(203)外側(cè)設(shè)有吸收所述微流體通道(203)中氣體的空腔區(qū)(101)，在所述空腔區(qū)(101)上開設(shè)有用于抽氣形成真空環(huán)境的抽氣口(103)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述空腔區(qū)(101)覆蓋所有所述微流體通道(201)上方；在所述空腔區(qū)(101)內(nèi)設(shè)有用于支撐所述空腔區(qū)(101)的腔體支撐結(jié)構(gòu)(102)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述空腔區(qū)(101)的加工材料為有機(jī)高分子聚合物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述空腔區(qū)(101)上的抽氣口(103)的位置根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)；口徑可根據(jù)連接的氣體導(dǎo)管的外徑調(diào)整。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述空腔區(qū)(101)內(nèi)的真空環(huán)境由真空栗直接施加;施加時(shí)間可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:在液體和生物樣本輸入初期，在所述空腔區(qū)(101)內(nèi)施加真空環(huán)境3~5分鐘去除所述微流體通道(203)內(nèi)所有的氣泡;在長時(shí)間的生物樣本培養(yǎng)過程中，所述空腔區(qū)(101)內(nèi)的真空環(huán)境由真空栗一直保持至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
【文檔編號(hào)】G01N1/34GK105910878SQ201610422673
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】朱真, 袁璋詣, 許軒臻
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)