用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片

本发明涉及微流控，特别涉及一种用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片。

背景技术：

1、微流控芯片广泛用于实现颗粒的检测、操控。基于颗粒在驻波声场中向节点移动的原理的声镊技术具有固定颗粒位置的功能，颗粒固定后能便于进行相关检测。目前普遍使用可调谐声表面驻波进行微流体操控和颗粒分选，其主要结构为采用在铌酸锂晶片上涂镀两对相互垂直的叉指电极，流道覆盖在铌酸锂片上，在二维声场的作用下，颗粒产生阵列式的排列和位置固定，例如专利201380013827x。这类方案存在以下缺点：难以实现对单个颗粒的箝位，颗粒分布于整个流道，在声场作用下常常会聚在一起；在某些检测领域，如拉曼检测，需要检测颗粒保持相对静止，如果要实现在连续流中的拉曼检测，就需要一种在连续流中对颗粒进行一定时间内的箝位，使其保持静止的操控方案。为解决该问题，专利cn111054454a公开了一种用于颗粒操控的微流控芯片，其能实现连续流微流道中的单颗粒在某一位置的固定，为检测提供时间，利于实现颗粒的检测，在一定程度上可以解决以上为题。但其仍然存在以下不足：其采用了依次设置的聚焦区和检测区，聚焦区需要采用聚焦叉指电极或压电换能器进行聚焦，然后在检测区需要再采用一对箝位叉指电极实现箝位，导致装置的结构的复杂性、工艺复杂性和成本被提升。

2、所以，现在有必要对现有技术进行进一步改进，以提供一种更可靠的方案。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其包括芯片本体和设置在所述芯片本体中的流道结构，所述流道结构的主流道上沿颗粒流动方向依次设置有箝位检测区和分选区；

3、所述箝位检测区实现所述主流道内的颗粒在三维空间中的箝位以及检测，所述分选区用于实现目标颗粒和非目标颗粒的分选；

4、所述主流道上具有通过若干个沿颗粒流动方向直线间隔设置的若干个箝位单元形成的循环结构，所述箝位检测区上设置有至少一个箝位压电换能器，所述压电换能器产生三个维度方向上的声体驻波，以将颗粒固定钳制于特定的驻波节点，该特定的驻波节点为箝位单元在xy平面内的截面的几何中心；

5、x方向为主流道的流动方向，即长度方向；y方向为主流道的宽度方向，主流道的深度方向为z方向。

6、优选的是，所述箝位单元在xy平面内的截面形状为矩形。

7、优选的是，所述箝位单元的长度为宽度的整数倍，且箝位单元的宽度大于等于深度。

8、优选的是，所述箝位单元在xy平面内的截面形状为圆形，且该圆形的直径大于等于箝位单元的深度。

9、优选的是，相邻的所述箝位单元之间通过狭长流道连通，所述狭长流道的宽度小于箝位单元的宽度或直径。

10、优选的是，所述芯片本体包括基片和盖片，所述基片底面开设有管道凹槽，所述盖片密封贴附于基片上，使处于所述盖片和基片之间的管道凹槽形成所述流道结构。

11、优选的是，所述箝位压电换能器粘结在所述基片的下表面，所述箝位压电换能器的激励波长为箝位单元的宽度或直径的2倍。

12、优选的是，所述分选区设置有一个分选压电换能器，且粘帖于分选区域的基片下表面。

13、优选的是，所述流道结构包括还包括进样口、废液口和收集口，所述进样口设置在所述主流道的上游，所述废液口和收集口均设置在所述主流道的下游。

14、优选的是，所述主流道下游分成三个支路，其中两个支路各连接一个收集口，另一个支路连接所述废液口，两个收集口处于废液口的沿y方向的两侧。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明提供的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，通过一个压电换能器产生三个方向上的声体驻波，再配合主流道上设置的具有特定形状截面的箝位单元形成的循环结构，即可实现连续流动流体中单颗粒在某一位置的固定，从而实现在连续流中单颗粒的检测；

17、本发明采用声波推动流体中的颗粒运动，由于是机械力作用于颗粒，当颗为生物细胞时，其活性不受影响；

18、本发明流口数量少，有利于排气泡和维持流体环境的稳定，结构简单、成本低廉，具有很好的应用前景；。

19、本发明制作工艺简单，易于量产，降低了芯片成本。

技术特征：

1.一种用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其包括芯片本体和设置在所述芯片本体中的流道结构，其特征在于，所述流道结构的主流道上沿颗粒流动方向依次设置有箝位检测区和分选区；

2.根据权利要求1所述的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其特征在于，所述箝位单元在xy平面内的截面形状为矩形。

3.根据权利要求2所述的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其特征在于，所述箝位单元的长度为宽度的整数倍，且箝位单元的宽度大于等于深度。

4.根据权利要求1所述的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其特征在于，所述箝位单元在xy平面内的截面形状为圆形，且该圆形的直径大于等于箝位单元的深度。

5.根据权利要求3或4所述的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其特征在于，相邻的所述箝位单元之间通过狭长流道连通，所述狭长流道的宽度小于箝位单元的宽度或直径。

6.根据权利要求1所述的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体包括基片和盖片，所述基片底面开设有管道凹槽，所述盖片密封贴附于基片上，使处于所述盖片和基片之间的管道凹槽形成所述流道结构。

7.根据权利要求6所述的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其特征在于，所述箝位压电换能器粘结在所述基片的下表面，所述箝位压电换能器的激励波长为箝位单元的宽度或直径的2倍。

8.根据权利要求6所述的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其特征在于，所述分选区设置有一个分选压电换能器，且粘帖于分选区域的基片下表面。

9.根据权利要求1所述的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其特征在于，所述流道结构包括还包括进样口、废液口和收集口，所述进样口设置在所述主流道的上游，所述废液口和收集口均设置在所述主流道的下游。

10.根据权利要求9所述的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，其特征在于，所述主流道下游分成三个支路，其中两个支路各连接一个收集口，另一个支路连接所述废液口，两个收集口处于废液口的沿y方向的两侧。

技术总结
本案公开了一种用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，包括芯片本体和设置在芯片本体中的流道结构，流道结构的主流道上沿颗粒流动方向依次设置有箝位检测区和分选区；主流道上具有通过若干个沿颗粒流动方向直线间隔设置的若干个箝位单元形成的循环结构，箝位检测区上设置有至少一个箝位压电换能器以产生三个维度方向上的声体驻波，以将颗粒固定钳制于特定的驻波节点。本案提供的用于操控颗粒在流动流体中实现静态检测的微流控芯片，通过至少一个压电换能器产生三个方向上的声体驻波，再配合主流道上设置的具有特定形状截面的箝位单元形成的循环结构，可实现连续流动流体中单颗粒在某一位置的固定，从而实现在连续流中单颗粒的检测。

技术研发人员：马玉婷,何帅,钟金凤,王耀,宋飞飞,裴智果,王策,陈忠祥,严心涛,陈梦丽
受保护的技术使用者：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11