微流控芯片及其控制方法与流程

本发明属于微流控，具体涉及一种微流控芯片及其控制方法。

背景技术：

1、微流控技术被广泛应用于生物医学、化学分析、生物传感器和微型反应器等领域，其可在一块厘米/微米级别的微流控芯片上实现各种实验操作的集成，并可支持实现全集成自动化的过程分析。微流控系统通常由微型管道网络、微阀、微反应器组成，通过控制微量流体的流动来实现如混合、分离、反应和检测等各种操作。其中，微阀起着关键作用，可以配合实现各路管道的开闭，完成流体的顺序操控，是微流控芯片中的一个关键重要器件。

2、传统的微流控阀门通常有以下几种：1)气动辅助微阀：最著名的气动流体操控阀是quake阀结构，该阀结合弹性膜在外界不同气动压力作用下的偏振运动中实现对流体管路的开闭，该种方法能在很小的区域面积内实现大规模阀门的集成，阀门的压力控制精确，但这种方法需要复杂的制造工艺和外部气动压力操控设备，导致了其成本高，难以进行微流控系统的小型化与便携化设计，局限了其在一些在场场景中的应用；2)相变材料阀：常见的相变材料有石蜡、水凝胶等，以石蜡为例，其可在低温下保持固态，使阀门处于关闭状态，当温度升高时即可变成液态，处在液态时，当流体压力达到一定值，石蜡阀即可被打开，其可被预存在芯片结构阀门处，成本低，适合工业上大批量使用，但其无法实现重复的阀门开闭，且需要外部温控设备辅助，另外，由于石蜡本身所具有的多孔性质，导致石蜡阀在密封时无法实现严格密封，进而使得长期有效的微流控芯片上试剂存储难以实现；3)基于机械结构的微流控芯片阀：最典型的机械结构阀，如微流控芯片旋转阀，被广泛应用在poct场景下的核酸检测领域中，以system为典型，很好地解决了上述气动辅助阀和相变材料阀所遇到的问题，极大地促进了微流控芯片在实际场景中的应用拓展，其是使用机械选通旋转阀结构实现单一或阵列的阀门的开启与关闭，操控驱动简单，便于进行结构集成，但该结构无法进行标准化的拓展设计，尤其是基因测序文库制备过程中，无法有效实现小体积试剂的有效处理，因而应用的范围也具有一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明提供一种微流控芯片及其控制方法，能够解决现有技术中的微流控芯片中的微阀结构对外部驱动结构要求较高或者结构设计及制造难度较大、实现成本较高、可拓展性较差的技术问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供一种微流控芯片，包括：

3、芯片本体，所述芯片本体内构造有试剂管腔、收集管腔及通断控制管，所述试剂管腔内设有注液胶塞，所述通断控制管内设有通断阀，所述试剂管腔与所述通断控制管通过第一流道连通，所述收集管腔与所述通断控制管通过第二流道连通，所述通断阀具有连通所述第一流道与第二流道的连通位置与截断所述第一流道与第二流道的截断位置，所述通断阀能够被驱动沿所述通断控制管的深度延伸方向滑动以实现其在所述截断位置与所述连通位置之间的切换，所述注液胶塞能够被驱动靠近所述试剂管腔的管底壁滑动，以能够在所述通断阀处于所述连通位置时将所述试剂管腔内存储的试剂转移至所述收集管腔内。

4、在一些实施方式中，所述通断阀为一在其长度居中位置设有第一环槽的胶塞，且当所述通断阀处于所述连通位置时，所述第一流道与所述第二流道经由所述第一环槽连通；或者，

5、所述注液胶塞的长度居中位置具有第二环槽。

6、在一些实施方式中，所述通断控制管内的所述通断阀沿所述通断控制管的深度延伸方向紧邻设置至少两个；和/或，

7、同一所述通断阀上设有至少两个所述第一环槽，且各所述第一环槽沿所述通断控制管的深度延伸方向间隔设置。

8、在一些实施方式中，所述试剂管腔具有多个，多个所述试剂管腔彼此平行间隔设置且管口方向一致，各所述试剂管腔内皆设有一个所述注液胶塞，所述试剂管腔的个数与所述第一环槽的个数相等，在所述通断阀沿所述通断控制管的深度延伸方向滑动过程中，各所述试剂管腔能够分别通过各自具有的所述第一流道与各所述第一环槽逐次对应连通进而使得各所述试剂管腔内的试剂依次转移至所述收集管腔内。

9、在一些实施方式中，所述第一流道及第二流道皆为构造于所述芯片本体的一侧壁外表面上的开口槽，所述微流控芯片还包括密封膜，所述密封膜覆盖于所述开口槽的开口侧以密封所述开口槽。

10、在一些实施方式中，所述通断控制管为两端贯通的中空管。

11、本发明还提供一种如上述的微流控芯片的控制方法，包括如下步骤：

12、采用外部推杆下压所述通断阀向下滑动，以使所述通断阀由截断位置切换为连通位置，之后采用所述外部推杆下压所述注液胶塞向下滑动，直至所述注液胶塞封堵所述第一流道的入口后停止所述外部推杆的下压。

13、本发明还提供一种如上述的微流控芯片的控制方法，包括如下步骤：

14、s1，采用外部推杆下压所述通断阀向下滑动第一距离，以使所述通断阀由截断位置切换为连通位置，然后采用所述外部推杆下压所述注液胶塞向下滑动第二距离，将所述试剂管腔内的部分试剂转移至所述收集管腔内，然后再次采用所述外部推杆下压所述通断阀向下滑动第三距离，以使所述通断阀由连通位置切换为截断位置；

15、s2，再次采用所述外部推杆下压所述通断阀向下滑动第四距离以使所述通断阀由截断位置切换为连通位置，然后再次采用所述外部推杆下压所述注液胶塞向下滑动第六距离，将所述试剂管腔内的部分试剂转移至所述收集管腔内，然后再次采用所述外部推杆下压所述通断阀向下滑动第七距离，以使所述通断阀由连通位置切换为截断位置；

16、s3，根据所述通断阀上具有的第一环槽的个数多次执行步骤s2，直至所述通断阀上的各第一环槽皆依次被连通后最后采用所述外部推杆下压所述通断阀向下滑动以使所述通断阀处于截断位置。

17、本发明还提供一种如上述的微流控芯片的控制方法，包括如下步骤：

18、s1，采用外部推杆下压所述通断阀向下滑动第一距离，以使所述通断阀由截断位置切换为连通位置，然后采用所述外部推杆下压第一个试剂管腔内的注液胶塞向下滑动第二距离，将该试剂管腔内的试剂转移至所述收集管腔内，然后再次采用所述外部推杆下压所述通断阀向下滑动第三距离，以使所述通断阀由连通位置切换为截断位置；

19、s2，再次采用所述外部推杆下压所述通断阀向下滑动第四距离以使所述通断阀由截断位置切换为连通位置，然后再次采用所述外部推杆下压第二个试剂管腔内的注液胶塞向下滑动第六距离，将该试剂管腔内的试剂转移至所述收集管腔内，然后再次采用所述外部推杆下压所述通断阀向下滑动第七距离，以使所述通断阀由连通位置切换为截断位置；

20、s3，根据所述试剂管腔的个数多次执行步骤s2，直至所述试剂管腔内分别具有的试剂皆依次转移至所述收集管腔后采用所述外部推杆下压所述通断阀向下滑动以使所述通断阀处于截断位置。

21、本发明提供的一种微流控芯片及其控制方法，具有以下有益效果：通过外部推杆下压前述注液胶塞即可在通断阀处于连通位置时将试剂管腔内的试剂经由所述通断控制管转移至收集管腔内，该试剂转移过程中仅需要通过外部推杆沿靠近管腔底壁的方向推动注液胶塞以及通断阀即可将密封存储于试剂管腔内的流体转移至收集管腔内，无需复杂的外部驱动结构，微流控芯片仅设置相应的流道以及能够滑动的胶塞即可，结构简单、制造难度低，制作成本低。

技术特征：

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述通断阀(131)为一在其长度居中位置设有第一环槽(1311)的胶塞，且当所述通断阀(131)处于所述连通位置时，所述第一流道(101)与所述第二流道(102)经由所述第一环槽(1311)连通；或者，

3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述通断控制管(13)内的所述通断阀(131)沿所述通断控制管(13)的深度延伸方向紧邻设置至少两个；和/或，

4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一流道(101)及第二流道(102)皆为构造于所述芯片本体(1)的一侧壁外表面上的开口槽，所述微流控芯片还包括密封膜(14)，所述密封膜(14)覆盖于所述开口槽的开口侧以密封所述开口槽。

6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述通断控制管(13)为两端贯通的中空管。

7.一种如权利要求1或2所述的微流控芯片的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.一种如权利要求3所述的微流控芯片的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.一种如权利要求4所述的微流控芯片的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供一种微流控芯片及其控制方法，微流控芯片包括：芯片本体，芯片本体内构造有试剂管腔、收集管腔及通断控制管，试剂管腔内设有注液胶塞，通断控制管内设有通断阀，试剂管腔与通断控制管通过第一流道连通，收集管腔与通断控制管通过第二流道连通，通断阀具有连通位置与截断位置，通断阀能够被驱动沿通断控制管的深度延伸方向滑动以实现其在截断位置与连通位置之间的切换，注液胶塞能够被驱动靠近试剂管腔的管底壁滑动，以能够在通断阀处于连通位置时将试剂管腔内存储的试剂转移至收集管腔内。本发明仅需要通过外部推杆推动注液胶塞以及通断阀即可将存储于试剂管腔内的流体转移至收集管腔内，结构简单、制造难度低，制作成本低。

技术研发人员：李保,曾武,沈光
受保护的技术使用者：北京晞至生物科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23