一种利用光诱导介电泳分离多种微粒的装置

本实用新型涉及微流控领域，特别涉及微流体分离领域，主要是一种具有新型结构的利用光诱导介电泳分离多种微粒的装置。

背景技术：

微流控芯片以其微型化、便携化、可集成程度高、成本低廉等特点成为研究的热门领域，其所依托的微流控技术已成为应用于机械、生物医学、化学工程、航天航空等多个领域的崭新技术；微流控芯片可应用于生物细胞以及微纳粒子的操控、分离和筛选，尤其是在肿瘤细胞研究、体细胞研究、以及基因组绘制等研究领域具有重要应用；在疾病的诊断和治疗过程中，将目标细胞从其周围的环境中分离出来具有重要意义。

微流控技术中，对微纳粒子和细胞的分离可以分为两类：一类是利用特殊微通道结构及微流体动力学特性进行分离，另一类是利用不同的物理场，对微通道内的物理特性不同的微纳粒子或细胞进行分离；后者对微纳粒子的操控方法主要由流体动力学分离、超声分离、磁场聚集、光镊驱动以及介电泳操纵法等，介电泳操纵方法作为一种非接触式操纵方式，不仅能实现生物粒子的分离、输运、捕捉、分类等多种复杂操纵，而且与其它的微操纵技术相比，介电泳方法易于集成，可以实现单一或大面积操纵。然而，其电极结构的设计与所实现的操纵功能密切相关，欲完成对粒子的复杂操纵，需要设计一系列特殊的电极结构与之匹配。传统介电泳所使用的物理电极存在设计加工周期长、造价高、成型后无法更改等问题，大大限制了介电泳在生物操纵中的应用。

光电子镊(optoelectronictweezers,oet)又称光诱导介电泳（opticallyinduceddielectrophoresisi，odep）由peiyuchiou小组提出，是一种将光学电极与介电泳方法相结合的新型操纵技术。光电子镊是一种利用光学操纵的工具，通过在光电导层投射光学图案实现对微纳米级物体的操纵，基于光诱导介电泳操纵的原理，在实现对物质的无接触无损伤操纵的同时，又拥有传统介电泳操纵所没有的灵活性和实时性，大大增加了的对粒子的可操纵性。通过借鉴光学电极在静电复印领域的应用，首次利用光学电极代替传统的物理电极，从确定操纵功能到电极设计并投入使用，周期极短，避免了复杂的电极制造过程，提高了微粒操纵灵活性并降低了加工成本。由于可以产生动态光虚拟电极，实现对微粒更加复杂的操纵，拓宽了传统介电泳的操纵思路，具有广阔的研究价值和应用前景。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种利用光诱导介电泳分离多种微粒的装置，与传统的采用介电泳技术分离的装置相比，优势在于不用设计复杂的电极结构，进一步降低了对微粒的损伤的同时提高了分离微粒时的效率。

本实用新型的技术方案是：一种利用光诱导介电泳分离多种微粒的装置，包括待分离试剂入口、载流体入口、微流体通道、光导层、微粒一出口、微粒二出口、微粒三出口；待分离试剂从待分离试剂入口注入，载流体（氯化钾溶液）从载流体入口注入，待分离试剂与载流体交汇后流入微流体通道；分离出的微粒一从微粒一出口流出，微粒二从微粒二出口流出，微粒三从微粒三出口流出。

本实用新型的收益在于：相比于其他的微分离装置，本实用新型使用的光诱导介电泳芯片可以避免复杂形状的电极对微粒的损伤；除此之外，为了保证较脆弱的三种微粒在流动过程中受到较小的损伤，在待分离试剂入口和载流体入口以及微流体通道连接处预留了较长的一部分作为缓冲结构，很好的保证了三种微粒在通过时不会因急剧的结构改变而造成比较大的损伤，从而能够保证所分离出来的微粒结构的完整性；同样的，在微粒一出口、微粒二出口和微流体通道连接处也有一段缓冲的结构；考虑到芯片加工时的工艺性，该分离装置设计简单，且两个入口和三个出口的结构相同，光导层位于微流体通道的上方，通过一定的光照可以保证三种微粒在流经所述微流体通道时每一阶段都会受到光诱导介电泳力，从而保证了分离的质量与效率。

附图说明

图1为一种利用光诱导介电泳分离多种微粒的装置的二维结构示意图，图中：1、待分离试剂入口，2、载流体入口，3、光导层，4、微流体通道，5、微粒三出口，6、微粒二出口，7、微粒一出口。

图2为一种利用光诱导介电泳分离多种微粒的装置的二维电势分布图，光导层分为两个部分，第一部分为光照区，五个光照区交错分布，第二部分为非光照区，位于光照区的两两之间，光照射在光导层的光照区，引起光导层中的电导率发生变化，从而产生微流体通道内空间内的不均匀电场。

图3为一种利用光诱导介电泳分离多种微粒的装置分离效果二维图，微粒一从上方微粒一出口流出，微粒二从中间微粒二出口流出，微粒三从下方微粒三出口流出，分离效果符合预期。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

如附图1所示，一种利用光诱导介电泳分离多种微粒的装置，包括待分离试剂入口（1）、载流体入口（2）、光导层（3）、微流体通道（4）、微粒三出口（5）、微粒二出口（6）、微粒一出口（7）。

具体的，所述待分离试剂入口（1）、载流体入口（2）、微流体通道（4）可以进行同步设计的同时采用微机电系统（micro-electro-mechanicalsystem，mems）微加工工艺进行制作，其是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，操作范围在微米范围内。

具体的，所述待分离试剂入口（1）、载流体入口（2）和微流体通道（4）等通道可利用模板热压法或模板浇注法等标准技术制成，为了在所述微流体通道（4）中产生交流电场，要求所述微流体通道（4）的顶、底壁均为透明氧化铟锡玻璃，由于氧化铟锡玻璃具有良好的透光性和导电性，故可在微流体通道（4）的顶、底壁表面加载电信号，即对两氧化铟锡玻璃的同侧边缘处进行反应离子刻蚀以连接铜线，使之能够接入信号发生器，用于提供一定幅值和频率的电压信号。

具体的，待分离试剂从待分离试剂入口注入，初始流速为0.2mm/s；载流体电导率为55ms/m，具体配置方法为取适量的纯净水，向其中加入适量的氯化钾，用电导率仪检测溶液的电导率使其到达要求即可；载流体从载流体入口注入，初始流速为1.5mm/s。

具体的，所述微流体通道内空间不均匀电场由光照光导层产生，具体为，在光导层上端和微流体通道下端接入函数信号发生器，电压为5v的交流电；将光导层分为两个部分，第一部分为光照区，分别位于左右两侧和最中间，每一段的长度为30μm，第二部分为非光照区，位于光照区的两两之间，每一段的长度为60μm；空间电势分布图如附图2所示。

具体的，为了形成微电极，通过等离子体增强化学气相沉淀法在所述微流体通道（4）的顶和/或底壁氧化铟锡玻璃衬底内侧表面上连续地沉积了50纳米厚的重掺杂氢化非晶硅层、2微米厚的本征态氢化非晶硅层和25纳米厚的碳化硅绝缘薄膜层，此多层膜结构即为所述光导层（3）。

具体的，由于本征态氢化非晶硅具有良好的光敏特性，在非光照条件下，氢化非晶硅作为绝缘体占有较多电势差，使所述微流体通道（4）中的电场相当微弱，但在光照条件下（如附图2所示），电子空穴对（光生载流子）使氢化非晶硅受光照区域上的局部电导率增加，而变成良好的导体。从而在光照区和暗区产生不同的分压，进而在所述微流体通道（4）内产生非均匀电场，此光照处的光斑（光学图案）即为光学虚拟电极，在光照条件下可以在微流体通道（4）内产生非均匀电场，三种微粒在光诱导介电泳力的作用下分离。同时，碳化硅绝缘薄膜可以削弱在所述微流体通道（4）中发生的水解现象，而重掺杂氢化非晶硅可以减小氧化铟锡玻璃衬底与本征态氢化非晶硅层之间的接触电阻。

具体的，微粒一的电导率为0.25s/m，介电常数为50；微粒二的电导率为0.31s/m，介电常数为59；微粒三的电导率为0.11s/m，介电常数为70；若将三种微粒统一看作是一种微纳颗粒，其在待分离试剂中的密度为1050kg/m³；待分离试剂的动力粘度为0.001pa·s。

具体的，如附图3所示的分离效果图，待分离试剂从上方待分离试剂入口（1）流入，氯化钾溶液从下方载流体入口（2）流入，在微流体通道（4）内汇合，在光诱导介电泳力的作用下，三种微粒开始分离。微粒一从上方微粒一出口流出，微粒二从中间微粒二出口流出，微粒三从下方微粒三出口流出，分离效果很明显且符合预期。

具体的，本实用新型微流体通道的长度和光导层的长度并不限于此，可以根据实际需要适当缩短或加长其长度，并且可以改变光照图案使其满足实际分离需要为标准。

上述并不能对本实用新型进行全面的限定，其他任何未背离本实用新型技术方案做的改变或等效置换方式，都在本实用新型的保护范围之内。