一种用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片

本发明涉及微流控芯片领域，尤其是涉及用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片。

背景技术：

1、随着生物医学技术的发展，纳米尺寸的生物颗粒逐渐被认知和利用，如外泌体、病毒等。外泌体和病毒作为生物标志物和治疗载体，在疾病诊断和治疗中扮演着重要角色。受分散介质中颗粒丰度的影响，在进行下游分析、诊断或治疗前，需通过富集提高溶液中的生物颗粒浓度，满足检测灵敏度的要求。

2、传统的生物颗粒富集方法，如超速离心、微过滤离心等，存在处理时间长、产量低、设备成本高等固有缺点。微流控器件可在很大程度上克服上述缺陷，因而在生物颗粒的分离和富集中日益受到重视。在众多微流控方法中，将声场与微流控结合而形成的声流控技术，具备力场温和、非接触、无标记、生物相容性好等特点，是一种理想的生物颗粒操控技术。在采用声流控技术进行生物颗粒富集时，声场须具备在连续流液体中对生物颗粒进行捕获和释放的能力。但是，声流控技术中的主要驱动力——声辐射力正比于颗粒尺寸的立方；随着粒子尺寸降低至纳米水平，声辐射力的主导地位会被声流和流体中的stokes力取代，导致器件性能的快速劣化；该现象限制了声流控技术在纳米颗粒操控中的应用。

3、虽然现有技术中出现了引入微米级种子颗粒，通过二次声辐射力效应进行纳米尺度的生物颗粒富集，但富集效率低，特别是外泌体(<200nm)的富集效率小于10％，这也导致需要大量样品来满足最终的浓度要求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种富集效率高的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片。

2、本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

3、一种用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，包括芯片主体，所述芯片主体内部设有流道，所述流道设有样品入口以及样品出口，所述流道还设有捕获区，所述捕获区位于所述样品入口以及所述样品出口之间，所述捕获区的流道的侧壁呈阶梯形，所述用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片还包括压电换能器，所述压电换能器安装于所述芯片主体并且所述压电换能器的位置与所述捕获区对应，所述压电换能器在所述捕获区形成多个驻波节线，所述驻波节线与所述流道平行，所述驻波节线与所述流道内的流体流线产生交叠，所述压电换能器在所述捕获区产生的声体驻波将所述流道内的颗粒固定钳制于所述驻波节线。

4、进一步的，所述捕获区的深度为1/4驻波波长。

5、进一步的，阶梯宽度为驻波半波长的整数倍。

6、进一步的，所述阶梯为横截面高度连续增加、连续减少或者连续增加与连续减少循环的结构。

7、进一步的，所述捕获区一侧的所述侧壁呈阶梯形。

8、进一步的，所述捕获区两侧的所述侧壁均呈阶梯形。

9、进一步的，中间阶梯的宽度与两边阶梯的宽度差为一个波长或者其整数倍。

10、进一步的，中间阶梯的宽度与两边阶梯的宽度差为半个波长或者其奇数倍。

11、进一步的，所述阶梯为截面高度随机增加或者减小的结构，所述捕获区一侧或者两侧侧壁呈阶梯形。

12、进一步的，每个阶梯的长度大于颗粒移动到所述驻波节线的轴向距离。

13、进一步的，所述压电换能器的厚度谐振频率等同于驻波频率。

14、相比现有技术，本发明用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片的流道还设有捕获区，捕获区位于样品入口以及样品出口之间，捕获区的流道的侧壁呈阶梯形，用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片还包括压电换能器，压电换能器安装于芯片主体并且压电换能器的位置与捕获区对应，压电换能器在捕获区形成多个驻波节线，驻波节线与流道平行，驻波节线与流道内的流体流线产生交叠，压电换能器在捕获区产生的声体驻波将流道内的颗粒固定钳制于驻波节线，通过上述设计，弥补平行流道的不足，在上一阶梯中的距离节线较远的节线之间的颗粒在走到下一阶梯时，会流经节线位置，从而被下一阶梯捕获，通过这种循环或者往复结构，实现较高效率的颗粒捕获。

技术特征：

1.一种用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，包括芯片主体，所述芯片主体内部设有流道，所述流道设有样品入口以及样品出口，其特征在于：所述流道还设有捕获区，所述捕获区位于所述样品入口以及所述样品出口之间，所述捕获区的流道的侧壁呈阶梯形，所述用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片还包括压电换能器，所述压电换能器安装于所述芯片主体并且所述压电换能器的位置与所述捕获区对应，所述压电换能器在所述捕获区形成多个驻波节线，所述驻波节线与所述流道平行，所述驻波节线与所述流道内的流体流线产生交叠，所述压电换能器在所述捕获区产生的声体驻波将所述流道内的颗粒固定钳制于所述驻波节线。

2.根据权利要求1所述的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，其特征在于：所述捕获区的深度为1/4驻波波长。

3.根据权利要求1所述的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，其特征在于：阶梯沟道宽度为驻波半波长的整数倍。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，其特征在于：所述阶梯为横截面高度连续增加、连续减少或者连续增加与连续减少循环的结构。

5.根据权利要求4所述的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，其特征在于：所述捕获区一侧的所述侧壁呈阶梯形。

6.根据权利要求4所述的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，其特征在于：所述捕获区两侧的所述侧壁均呈阶梯形。

7.根据权利要求6所述的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，其特征在于：中间阶梯的宽度与两边阶梯的宽度差为一个波长或者其整数倍。

8.根据权利要求6所述的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，其特征在于：中间阶梯的宽度与两边阶梯的宽度差为半个波长或者其奇数倍。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，其特征在于：所述阶梯为截面高度随机增加或者减小的结构，所述捕获区一侧或者两侧侧壁呈阶梯形。

10.根据权利要求1-3任意一项所述的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，其特征在于：每个阶梯的长度大于颗粒移动到所述驻波节线的轴向距离。

11.根据权利要求1-3任意一项所述的用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，其特征在于：所述压电换能器的厚度谐振频率等同于驻波频率。

技术总结
本发明公开了一种用于微纳米颗粒捕获的微流控芯片，属于微流控芯片领域，包括芯片主体，芯片主体内部设有流道，流道的捕获区位于样品入口以及样品出口之间，捕获区的流道的侧壁呈阶梯形，压电换能器安装于芯片主体并且压电换能器的位置与捕获区对应，压电换能器在捕获区形成多个驻波节线，驻波节线与流道平行，驻波节线与流道内的流体流线产生交叠，压电换能器在捕获区产生的声体驻波将流道内的颗粒固定钳制于驻波节线，通过上述设计，弥补平行流道的不足，在上一阶梯中的距离节线较远的节线之间的颗粒在走到下一阶梯时，会流经节线位置，从而被下一阶梯捕获，通过这种循环或者往复结构，实现较高效率的颗粒捕获。

技术研发人员：马玉婷,王策,陈梦丽,何帅,王耀,陈忠祥,宋飞飞,钟金凤,裴智果,严心涛,陈建生
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：2024/6/23