微流控芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微流控芯片，包括層疊設(shè)置的培養(yǎng)層、彈性隔膜層和驅(qū)動層，所述彈性隔膜層位于所述培養(yǎng)層和驅(qū)動層之間，所述培養(yǎng)層上分布有液流管道和液體注入通道，該液體注入通道連通于所述液流管道，所述驅(qū)動層上分布有驅(qū)動溝道，該驅(qū)動溝道為直線型溝道且分別與所述液流管道和液體注入通道形成交叉，以同時控制所述液流管道和液體注入通道的導(dǎo)通和截止。本發(fā)明的微流控芯片，不僅可以實(shí)現(xiàn)液流管道之間的分隔，而且各層間組裝的精度要求更低，液流管道之間的距離可以安排的更緊湊。
【專利說明】微流控芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流控領(lǐng)域，特別是涉及一種微流控芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]通過微生物篩選獲得高性能菌株，是提高工業(yè)微生物生產(chǎn)水平的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的微生物篩選主要是在搖瓶中進(jìn)行的，包括微生物懸浮培養(yǎng)和培養(yǎng)液檢測兩個主要步驟。通過將每個菌株接入搖瓶中進(jìn)行懸浮培養(yǎng)，繼而對搖瓶中的培養(yǎng)液進(jìn)行物質(zhì)檢測，從而確定菌株的性能，從中挑選出優(yōu)良的菌株。每批篩選往往需用數(shù)十上百個搖瓶進(jìn)行試驗(yàn)。即便如此，搖瓶篩選數(shù)量仍遠(yuǎn)低于待篩選的菌株數(shù)量，這直接導(dǎo)致了篩選過程勞動強(qiáng)度大，篩選效率低。另外，篩選過程還會消耗大量的培養(yǎng)基及其他試劑；需要占用較大的培養(yǎng)和操作空間等等。
[0003]應(yīng)用微流控芯片進(jìn)行微生物懸浮培養(yǎng)和培養(yǎng)液檢測，可以有效避免產(chǎn)生上述問題。微流控技術(shù)是上世紀(jì)九十年代在分析化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來的，它以微管道網(wǎng)絡(luò)微結(jié)構(gòu)特征，通過微加工技術(shù)將微管道、微泵、微閥、微儲液器、微檢測元件等功能元器件像集成電路一樣，集成在芯片材料上。微流控技術(shù)具有極高的效率，由于結(jié)構(gòu)微小，很容易在芯片上一次集成數(shù)十上百個微生物培養(yǎng)檢測單元，篩選效率得以提高；培養(yǎng)液及其他藥品的消耗也可大幅減少，從而降低篩選成本；微流控芯片的體積小，可以減少培養(yǎng)箱的使用量，降低微生物培養(yǎng)的所需空間和設(shè)備限制；微流控芯片可以進(jìn)行批量加工生產(chǎn)及預(yù)處理(如清洗、滅菌等)，成為一次性試驗(yàn)耗材，這樣不僅可以降低芯片的制造成本，可以減少試驗(yàn)準(zhǔn)備的工序，最終降低篩選工作 的勞動強(qiáng)度。
[0004]參圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，微流控芯片，包括層疊設(shè)置的培養(yǎng)層、彈性隔膜層和驅(qū)動層，彈性隔膜層位于培養(yǎng)層和驅(qū)動層之間，培養(yǎng)層上分布有多個液流管道11，液流管道11之間連通有液體注入通道12。驅(qū)動層上設(shè)有驅(qū)動溝道13，驅(qū)動溝道13為叉指狀氣動微閥，用以實(shí)現(xiàn)相鄰液流管道11之間的分隔。在該技術(shù)中，驅(qū)動層與培養(yǎng)層之間的疊合需要在水平面兩個維度上精確定位。叉指狀氣動微閥理想的定位是:橫向上，相鄰兩根叉指狀微閥分別位于液流管道11的兩側(cè)，緊密排列但不與液流管道11重疊，縱向上，叉指狀氣動微閥要與液體注入通道12交叉，同時叉指長度盡量短，減少占用芯片面積，提高集成度。然而，由于在芯片加工制作過程中，芯片兩層在水平面兩個維度上對準(zhǔn)疊合會存在誤差。為了防止加工產(chǎn)生的誤差影響芯片使用，需要增加叉指狀氣動微閥的間距和叉指長度，這必然增加了微閥占用的芯片面積，降低了芯片的集成度。另外，當(dāng)兩層芯片圖形由于基材收縮率不同而發(fā)生輕微的差異時，即便是在某個區(qū)域能夠精確對準(zhǔn)，兩層圖形間的尺寸偏差也會隨對準(zhǔn)點(diǎn)距離增加而增大，導(dǎo)致各反應(yīng)腔的體積不一致，影響檢測準(zhǔn)確性，甚至于部分單元完全無法用于檢測。
[0005]有鑒于此，有必要提供一種新型的微流控芯片。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的提供一種微流控芯片，不僅可以實(shí)現(xiàn)液流管道之間的分隔，而且各層間組裝的精度要求更低，液流管道之間的距離可以安排的更緊湊。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種微流控芯片，包括層疊設(shè)置的培養(yǎng)層、彈性隔膜層和驅(qū)動層，所述彈性隔膜層位于所述培養(yǎng)層和驅(qū)動層之間，其中，所述培養(yǎng)層上分布有液流管道和液體注入通道，該液體注入通道連通于所述液流管道，所述驅(qū)動層上分布有驅(qū)動溝道，該驅(qū)動溝道為直線型溝道且分別與所述液流管道和液體注入通道形成交叉，以同時控制所述液流管道和液體注入通道的導(dǎo)通和截止。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述液體注入通道呈Z形。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動溝道與所述液體注入通道形成至少兩次交叉。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過驅(qū)動溝道分別與液流管道以及液體注入通道形成交叉，不僅可以實(shí)現(xiàn)液流管道間分隔的功能，而且由于驅(qū)動溝道為直線型，各層間組裝的精度要求更低，上下層疊合僅需要在一個維度上保持平行，無需在水平面兩個維度上精確對準(zhǔn)層疊，降低了芯片制作難度，有助于提高液流管道的數(shù)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2所示為本發(fā)明最佳實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖(I個液流管道)；
圖3所示為本發(fā)明最佳實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖(多個液流管道)；
圖4所示為本發(fā)明第二實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5所示為本發(fā)明第三實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明實(shí)施例公開了一種微流控芯片，包括層疊設(shè)置的培養(yǎng)層、彈性隔膜層和驅(qū)動層，所述彈性隔膜層位于所述培養(yǎng)層和驅(qū)動層之間，所述培養(yǎng)層上分布有液流管道和液體注入通道，該液體注入通道連通于所述液流管道，所述驅(qū)動層上分布有驅(qū)動溝道，該驅(qū)動溝道為直線型溝道且分別與所述液流管道和液體注入通道形成交叉，以同時控制所述液流管道和液體注入通道的導(dǎo)通和截止。
[0014]優(yōu)選的，所述液體注入通道呈Z形。所述驅(qū)動溝道與所述液體注入通道可以形成至少兩次交叉。
[0015]驅(qū)動溝道分別與液流管道以及液體注入通道形成交叉，不僅可以實(shí)現(xiàn)液流管道間分隔的功能，而且各層間組裝的精度要求更低，上下層疊合僅需要在一個維度上保持平行，無需在水平面兩個維度上精確對準(zhǔn)層疊，降低了芯片制作難度，液流管道之間可以更加緊湊，有助于提高液流管道的分布數(shù)量。[0016]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0017]圖2所示為本發(fā)明最佳實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]參圖2所示，微流控芯片包括培養(yǎng)層，培養(yǎng)層至少由高分子聚合物、水凝膠、硅片、石英、玻璃和金屬材料中的任意一種或多種的組合形成，優(yōu)選的，培養(yǎng)層由聚二甲基硅氧烷制成。
[0019]培養(yǎng)層上分布有液流管道21 (圖中示有I個液流管道)和液體注入通道22。液體注入通道22與液流管道21相連通。液流管道21可以用于微生物、細(xì)胞的培養(yǎng)。液體注入通道22呈Z型，可以用于顯色液、清洗液等的注入。
[0020]參圖3所示，液流管道21的數(shù)量也可以設(shè)置為多個，圖2中所示為3個。[0021]培養(yǎng)層的上方層疊設(shè)有彈性隔膜層，彈性隔膜層由彈性高分子聚合物材料形成，優(yōu)選的，彈性隔膜層由聚二甲基硅氧烷制成。
[0022]彈性隔膜層的上方層疊設(shè)有驅(qū)動層，驅(qū)動層至少由高分子聚合物、水凝膠、硅片、石英、玻璃和金屬材料中的任意一種或多種的組合形成，優(yōu)選的，驅(qū)動層由聚二甲基硅氧烷制成。
[0023]驅(qū)動層上分布有驅(qū)動溝道23，驅(qū)動溝道23為直線型，驅(qū)動溝道23分別與液流管道21和液體注入通道22交叉。驅(qū)動溝道23的兩端與外界相連，當(dāng)向驅(qū)動溝道23中注入高壓氣體，驅(qū)動溝道23下的彈性隔膜層會向下發(fā)生彎曲，阻塞彈性隔膜層下方的液流管道21和液體注入通道22，當(dāng)撤去高壓氣體時，彈性隔膜層恢復(fù)，下方的液流管道21和液體注入通道22連通，此即為微流控【技術(shù)領(lǐng)域】公知的微閥。
[0024]采用Z形液體注入通道22結(jié)合直線型驅(qū)動溝道23不僅可以實(shí)現(xiàn)液流管道21間分隔的功能，而且各層間組裝的精度要求更低，上下層疊合僅需要在一個維度上保持平行，無需在水平面兩個維度上精確對準(zhǔn)層疊，降低了芯片制作難度。
[0025]圖4所示為本發(fā)明第二實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]參圖4所示，在本發(fā)明第二實(shí)施例中，液體注入通道32多次折彎成矩形波形狀，使得驅(qū)動溝道33與液體注入通道32成兩次交叉。其他結(jié)構(gòu)與最佳實(shí)施例相同，不再贅述。
[0027]圖5所示為本發(fā)明第三實(shí)施例中微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]參圖5所示，在本發(fā)明第三實(shí)施例中，液體注入通道42呈斜線段，驅(qū)動溝道43與該斜線段為一次交叉。其他結(jié)構(gòu)與最佳實(shí)施例相同，不再贅述。
[0029]綜上所述，本發(fā)明通過驅(qū)動溝道分別與液流管道以及液體注入通道形成交叉，不僅可以實(shí)現(xiàn)液流管道間分隔的功能，而且各層間組裝的精度要求更低，上下層疊合僅需要在一個維度上保持平行，無需在水平面兩個維度上精確對準(zhǔn)層疊，降低了芯片制作難度，有助于提高液流管道的數(shù)量。
[0030]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實(shí)體或者操作與另一個實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0031]以上所述僅是本申請的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微流控芯片，包括層疊設(shè)置的培養(yǎng)層、彈性隔膜層和驅(qū)動層，所述彈性隔膜層位于所述培養(yǎng)層和驅(qū)動層之間，其特征在于:所述培養(yǎng)層上分布有液流管道和液體注入通道，該液體注入通道連通于所述液流管道，所述驅(qū)動層上分布有驅(qū)動溝道，該驅(qū)動溝道為直線型溝道且分別與所述液流管道和液體注入通道形成交叉，以同時控制所述液流管道和液體注入通道的導(dǎo)通和截止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控微生物培養(yǎng)檢測芯片，其特征在于:所述液體注入通道呈Z形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控微生物培養(yǎng)檢測芯片，其特征在于:所述驅(qū)動溝道與所述液體注入通道形成至少兩次交叉。
【文檔編號】C12M1/34GK103834559SQ201210491224
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月28日
【發(fā)明者】陳立桅, 甘明哲 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所