CN119633918B - 一种微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微流控芯片，包括流道本体、泄压开口、活动膜片和阀门结构。其中，流道本体形成有入口和出口；阀门结构设置于流道本体的入口和出口之间，阀门结构用于控制流道本体内的液体流通或截断；沿流道本体中的液体流向，泄压开口位于阀门结构的上游，泄压开口设置于流道本体的顶壁，泄压开口连通于流道本体；活动膜片设置于流道本体的顶壁，活动膜片用于在流道本体通过液体时封盖泄压开口，活动膜片还用于在流道本体内的液体截止流动时开启泄压开口。在流道本体设置泄压开口，有助于降低流道本体内的压力，使阀门结构能够在短时间内快速关闭，活动膜片可封盖泄压开口，避免泄压开口影响液体的正常流动。

Description

一种微流控芯片

技术领域

本申请涉及微流控芯片技术领域，特别涉及一种微流控芯片。

背景技术

在微流控芯片中，为了控制液体的流动或停止，通常采用阀门来进行控制。阀门通常采用气压或者机械力的推动来实现开闭，例如阀门关闭时能够实现对流动液体的阻断作用，或者采用旋转结构来实现阻断液体流动的效果。微流控阀门可以大致分为转动阀门、石蜡阀门、石蜡热熔阀、磁铁移动阀门、气动阀门、机械阀门等，这些阀门在生化应用领域中被广泛使用，尤其是气动微阀通常在单细胞测序等场景应用。

相关技术中，气动微阀在使用时存在一定缺陷，在阀门关闭时，由于流道内的压力一直存在，这种压力会降低阀门关闭的速度，影响阀门的响应效果。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本申请提供一种微流控芯片，可以克服由于流道内压力造成的阀门结构关闭延时或滞后的问题，所采用的技术方案如下。

本申请所提供的微流控芯片包括流道本体、泄压开口、活动膜片和阀门结构。其中，流道本体形成有入口和出口；阀门结构设置于流道本体的入口和出口之间，阀门结构用于控制流道本体内的液体流通或截断；沿流道本体中的液体流向，泄压开口位于阀门结构的上游，泄压开口设置于流道本体的顶壁，泄压开口连通于流道本体；活动膜片设置于流道本体的顶壁，活动膜片用于在流道本体通过液体时封盖泄压开口，活动膜片还用于在流道本体内的液体截止流动时开启泄压开口。

本申请的某些实施例中，活动膜片的第一端与流道本体的顶壁连接，与活动膜片的第一端相对的第二端相对于流道本体的顶壁可活动；活动膜片的第二端在流道本体通过液体时贴合于流道本体的顶壁，以使活动膜片密封泄压开口，流道本体内的液体截止流动时活动膜片的第二端与流道本体的顶面分离，以使活动膜片开启所述泄压开口。

本申请的某些实施例中，活动膜片封盖泄压开口时，自第一端至第二端的方向与流道本体内的液体流向相同。

本申请的某些实施例中，活动膜片的第一端通过等离子键合方式与流道本体连接；或者，活动膜片的第一端通过热压贴合方式与流道本体连接。

本申请的某些实施例中，活动膜片的材质为聚二甲基硅氧烷、硅胶、环烯烃共聚物、环烯烃聚合物、聚苯乙烯或树脂中的一种。

本申请的某些实施例中，泄压开口连通至大气。

本申请的某些实施例中，泄压开口连通至废液管。

本申请的某些实施例中，阀门结构包括气室、薄膜和控制腔，薄膜分隔气室和控制腔，控制腔设置于流道本体中，薄膜用于在气室充气时朝向控制腔鼓起并封堵控制腔。

本申请的某些实施例中，流道本体的顶壁设置为弧面。

本申请的某些实施例中，微流控芯片包括第一结构层和第二结构层，流道本体至少设置于第一结构层或第二结构层，泄压开口设置于第一结构层，阀门结构包括气室、薄膜和控制腔，薄膜分隔气室和控制腔，控制腔与流道本体设置于同一结构层，气室设置在第二结构层，第一结构层和第二结构层封装连接。

本申请的实施例至少具有以下有益效果：通过在流道本体的顶壁设置泄压开口，并将泄压开口设置于阀门结构的上游，通过设置活动膜片在流道本体内的液体被截断时开启泄压开口，这样，在利用阀门结构截断液体时，由于阀门结构关闭动作而导致的流道本体内上升的气压，能够通过泄压开口排出，从而有助于降低流道本体内的压力，使得阀门结构能够在短时间内快速关闭，解决流道本体内气压增加导致阀门结构关闭时阻力较大的问题，克服由于阻力造成的阀门结构关闭延时或滞后的问题，使得阀门结构具有快速响应的效果，实现对液体的截断，从而提升操作效率。在设置泄压开口的基础上，在流道本体顶壁设置活动膜片，使活动膜片可在流道本体通过液体时封盖泄压开口，可以避免泄压开口影响液体的正常流动，保证微流控芯片的正常使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的展示。需要说明的是，下面附图所体现的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

图1为本申请实施例提供的微流控芯片的一种示例结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图1的B-B剖面图；

图4为本申请实施例提供的微流控芯片的另一种示例结构示意图。

附图标记：100、微流控芯片；10、流道本体；11、入口；12、出口；13、泄压开口；20、阀门结构；21、气室；22、薄膜；23、控制腔；30、活动膜片；31、第一端；32、第二端；110、第一结构层；120、第二结构层。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本申请的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，若出现参考术语“作为一种实施方式”、“一个实施例”、“一些实例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

请参阅图1至图2，本申请提供一种微流控芯片100，包括流道本体10、泄压开口13、活动膜片30和阀门结构20。其中，流道本体10形成有入口11和出口12；阀门结构20设置于流道本体10的入口11和出口12之间，阀门结构20用于控制流道本体10内的液体流通或截断；沿流道本体10中的液体流向，泄压开口13位于阀门结构20的上游，泄压开口13设置于流道本体10的顶壁，泄压开口13连通于流道本体10；活动膜片30设置于流道本体10的顶壁，活动膜片30用于在流道本体10通过液体时封盖泄压开口13，活动膜片30还用于在流道本体10内的液体截止流动时开启泄压开口13。通过在流道本体10的顶壁设置泄压开口13，并将泄压开口13设置于阀门结构20的上游，通过设置活动膜片30在流道本体10内的液体被截断时开启泄压开口13，这样，在利用阀门结构20截断液体时，由于阀门结构20关闭动作而导致的流道本体10内上升的气压，能够通过泄压开口13排出，从而有助于降低流道本体10内的压力，使得阀门结构20能够在短时间内快速关闭，解决流道本体10内气压增加导致阀门结构20关闭时阻力较大的问题，克服由于阻力造成的阀门结构20关闭延时或滞后的问题，使得阀门结构20具有快速响应的效果，实现对液体的截断，从而提升操作效率。在设置泄压开口13的基础上，在流道本体10顶壁设置活动膜片30，使活动膜片30可在流道本体10通过液体时封盖泄压开口13，可以避免泄压开口13影响液体的正常流动，保证微流控芯片100的正常使用。

示例性地，泄压开口13采用孔洞结构，直径为数十微米至数百微米，且可根据实际泄压需求对泄压开口13的大小进行调整；相应地，活动膜片30的大小也可根据泄压开口13的大小进行适应性调整以使活动膜片30可封盖泄压开口13。

在一些实施例中，活动膜片30的第一端31与流道本体10的顶壁连接，与活动膜片30的第一端31相对的第二端32相对于流道本体10的顶壁可活动；活动膜片30的第二端32在流道本体10通过液体时贴合于流道本体10的顶壁，以使活动膜片30密封泄压开口13，流道本体10内的液体截止流动时活动膜片30的第二端32与流道本体10的顶面分离，以使活动膜片30开启所述泄压开口13。将活动膜片30的第一端31与流道本体10的顶壁连接，第二端32设置为可相对于流道本体10的顶壁活动，可实现活动膜片30在流道本体10的定位并实现对泄压开口13的封盖和开启。具体地，活动膜片30的第二端32能够相对于第一端31做抬升或下落运动，活动膜片30的第二端32抬升时，活动膜片30贴合流道本体10的顶壁，实现对泄压开口13的密封效果；活动膜片30的第二端32下落时，活动膜片30与流道本体10的顶壁分离，从而开启泄压开口13。当阀门结构20控制流道本体10内液体流通时，液体从流道本体10的入口11流入并充满整个流道本体10，这时液体能够将活动膜片30的第二端32抬升使得活动膜片30贴合于流道本体10的顶壁，使活动膜片30对泄压开口13进行密封；当阀门结构20控制流道本体10内液体截断时，流道本体10内的液体停止流动，液体对膜片的抬升作用消失，此时活动膜片30的第二端32会在自身重力作用下下落，从而开启泄压开口13，对流道本体10内的压力进行释放。当流道本体10内的压力降低时，即可使阀门迅速响应关闭命令并完成对液体的截断。

在一些实施例中，活动膜片30封盖泄压开口13时，自第一端31至第二端32的方向与流道本体10内的液体流向相同。即，通过将活动膜片30的第一端31设置在泄压开口13靠近流道本体10入口11的一侧，将活动膜片30的第二端32活动设置在泄压开口13靠近流道本体10出口12的一侧，可在活动膜片30对泄压开口13从开启到封盖的过程中，使活动膜片30第二端32的活动方向顺应流道本体10内液体的流动方向，避免活动膜片30受液体流动阻力的影响。

在一些实施例中，活动膜片30的第一端31通过等离子键合方式与流道本体10连接。示例性地，流道本体10的材质可以是PDMS(Po lyd imethy l s i loxane，聚二甲基硅氧烷)、硅胶、COC(Copo lymers of Cyc loo lefin，环烯烃共聚物)、COP(Cyc lo OlefinPo lymer，环烯烃聚合物)、PS(Po lystyrene，聚苯乙烯)或者PC(Po lycarbonate，聚碳酸酯)等材质。示例性地，当流道本体10的材质为PDMS时，可通过等离子键合方式将活动膜片30的一侧与流道本体10连接；

在一些实施例中，活动膜片30的第一端31通过热压贴合方式与流道本体10连接。示例性地，当流道本体10的材质为塑料时，可通过热压贴合的方式将活动膜片30的一侧与流道本体10连接。通过等离子键合方式以及热压贴合方式能够容易完成活动膜片30与流道本体10的连接，可操作性强。根据流道本体10材质的不同，可灵活选择活动膜片30与流道本体10的连接方式。

在一些实施例中，活动膜片30的材质为PDMS、硅胶、COC、COP、PS或树脂中的一种。PDMS、硅胶、COC、COP、PS或树脂属于常见的膜片材质，可降低活动膜片30的制造成本和难度。

示例性地，活动膜片30的材质还可以为PC。

在一些实施例中，泄压开口13连通至大气。通过将泄压开口13与大气连通，可在活动膜片30开启泄压开口13时，使流道本体10内的压力迅速释放，从而使阀门结构20可迅速截断流道本体10内的液体。

在一些实施例中，泄压开口13连通至废液管。通过将泄压开口13与废液管连通，可以在阀门结构20截断流道本体10内的液体时，利用废液管对可能溢出的液体进行收集，避免液体对泄压开口13处造成污染。

请参阅图3，在一些实施例中，阀门结构20包括气室21、薄膜22和控制腔23，薄膜22分隔气室21和控制腔23，控制腔23设置于流道本体10中，薄膜22用于在气室21充气时朝向控制腔23鼓起并封堵控制腔23。可以理解的是，控制腔23可与流道本体10连通，通过对阀门结构20设置气室21、薄膜22和控制腔23，可在利用气室21的气压变化实现对薄膜22的驱动，通过对气室21加压，使薄膜22向控制腔23鼓起并封堵控制腔23，从而实现对流道本体10内液体的截流。

可选地，薄膜22具有弹性(可变形特性)，能够在气室21的加压作用下变形并朝向流道本体10鼓起，而在气室21气压下降时薄膜22可回缩，恢复流道本体10内液体的通行能力；阀门结构20还可以设置气动结构(例如气泵等)，气动结构连通于气室21，用于调节气室21内的气压，例如对气室21通入气体以增加气室21的压力，以实现薄膜22鼓起的作用。当然在其他示例中，气室21可以连通于其他微流控结构，利用微流控结构对气室21内的气压进行调节，此处不作限定。

在一些实施例中，流道本体10的顶壁设置为弧面。通过将流道本体10的顶壁设置为弧面，可在利用阀门结构20截断流道本体10内的液体时，使鼓起的薄膜22形状可与流道本体10顶壁贴合，从而提升阀门结构20的截流效果。

可选地，阀门结构20可以是任何形式的主动式微阀结构，阀门结构20的具体构造本实施方式中对此不作限定。本申请提供的微流控芯片100也可以接入到具有主动式微阀结构的微流控通道中，并且沿液体的流动方向设置在微阀结构的上游，在微阀结构关闭的过程中可以利用本申请的微流控芯片100对流道中的压力进行排出，提高微阀结构的响应效率。

在一些实施例中，微流控芯片100包括第一结构层110和第二结构层120，流道本体10至少设置于第一结构层110或第二结构层120，泄压开口13设置于第一结构层110，阀门结构20包括气室21、薄膜22和控制腔23，薄膜22分隔气室21和控制腔23，控制腔23与流道本体10设置于同一结构层，气室21设置在第二结构层120，第一结构层110和第二结构层120封装连接。通过将流道本体10、泄压开口13和阀门结构20分别设置于不同的结构层，不仅可利用第一结构层110和第二结构层120的相互封装连接，实现流道本体10、泄压开口13和阀门结构20的快速连接和组装，还可以使得微流控芯片100的结构易于实现，提高微流控芯片100的制造效率。

请参阅图2和图4，可选地，流道本体10设置于第一结构层110靠近第二结构层120的一侧，泄压开口13设置于流道本体10的顶壁，控制腔23与流道本体10对应设置于第一结构层110；或者，流道本体10可以设置于第二结构层120靠近第一结构层110的一侧，第一结构层110设置有可分别与流道本体10的入口11和出口12对应的通道，泄压开口13设置于第一结构层110靠近第二结构层120的一侧，控制腔23与流道本体10对应设置第二结构层120。

以上结合附图对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (9)

1.一种微流控芯片，其特征在于：包括

流道本体，所述流道本体形成有入口和出口；

阀门结构，所述阀门结构设置于所述流道本体的所述入口和所述出口之间，所述阀门结构用于控制所述流道本体内的液体流通或截断；

泄压开口，沿所述流道本体中的液体流向，所述泄压开口位于所述阀门结构的上游，所述泄压开口设置于所述流道本体的顶壁，所述泄压开口连通于所述流道本体；

活动膜片，所述活动膜片设置于所述流道本体的顶壁，所述活动膜片用于在所述流道本体通过液体时封盖所述泄压开口，所述活动膜片还用于在所述流道本体内的液体截止流动时开启所述泄压开口；

所述活动膜片的第一端与所述流道本体的顶壁连接，与所述活动膜片的第一端相对的第二端相对于所述流道本体的顶壁可活动；所述活动膜片的第二端在所述流道本体通过液体时贴合于所述流道本体的顶壁，以使所述活动膜片密封所述泄压开口，所述流道本体内的液体截止流动时所述活动膜片的第二端与所述流道本体的顶面分离，以使所述活动膜片开启所述泄压开口；

所述活动膜片封盖所述泄压开口时，自所述第一端至所述第二端的方向与所述流道本体内的液体流向相同。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述活动膜片的第一端通过等离子键合方式与所述流道本体连接；或者

所述活动膜片的第一端通过热压贴合方式与所述流道本体连接。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述活动膜片的材质为聚二甲基硅氧烷、硅胶、环烯烃共聚物、环烯烃聚合物或聚苯乙烯中的一种。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述活动膜片的材质为树脂。

5.根据权利要求1至4任一项所述的微流控芯片，其特征在于：所述泄压开口连通至大气。

6.根据权利要求1至4任一项所述的微流控芯片，其特征在于：所述泄压开口连通至废液管。

7.根据权利要求1至4任一项所述的微流控芯片，其特征在于：所述阀门结构包括气室、薄膜和控制腔，所述薄膜分隔所述气室和所述控制腔，所述控制腔设置于所述流道本体中，所述薄膜用于在所述气室充气时朝向所述控制腔鼓起并封堵所述控制腔。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于：所述流道本体的顶壁设置为弧面。

9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片包括第一结构层和第二结构层，所述流道本体至少设置于所述第一结构层或所述第二结构层，所述泄压开口设置于所述第一结构层，所述阀门结构包括气室、薄膜和控制腔，所述薄膜分隔所述气室和所述控制腔，所述控制腔与所述流道本体设置于同一结构层，所述气室设置在所述第二结构层，所述第一结构层和所述第二结构层封装连接。