專利名稱：阻止液體在親水性微細管內沿管壁楔角流動的微流體腔體的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物芯片的流體控制技術領域。
背景技術：
親水性材料經常被用于制造微型的分析儀器和設備，比如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、硅和玻璃等。由于微加工以及封裝技術的限制，在這些材料上最后形成的封閉微細管道往往不是圓形或近圓形(比如橢圓)，而是由多個加工面組成的不規則形狀，其特點是含有一個或多個因壁面相交而形成的楔角(見附圖2)，橫截面成為三角形，梯形、正方形、半圓形、半橢圓形，或者它們的組合。根據流體力學里的Concus-Finn理論，當流體在壁面上的接觸角與楔角的一半之和不超過π/2時，流體會自發的沿楔角流動。另一方面，許多分析所用的化學或生物樣品和試劑都含有表面活性劑成分，表面活性劑使得流體在壁面上的接觸角大為降低，因此，沿楔角自發流動的現象也就常常在上述微細管道中發生，導致流體控制變得非常困難。
為了阻止這種沿楔角的自發流動，可以對微細管道做局部疏水性處理，但是針對表面的化學改性比較麻煩費力。另外一條途徑是改變微細管道的局部幾何形狀，以增大楔角的角度，或者打斷楔角的存在。比較常用的手段是在楔角上做出凹陷的缺口或者突出的犄角，它們一方面暫時打斷了楔角的延伸，另一方面又形成了新的楔角，只是這些新的楔角都大于π，也就保證了自發流動不能再繼續。缺口或犄角可以向由楔角刻畫出來的壁面方向延伸，進一步演變成垂直于某一管道壁面的凹槽或者脊梁結構，后者更容易為現有的微加工手段所實現。問題在于，當微細管道在一塊基片材料上加工完成后，必須和另一塊平整的基片材料封合以形成封閉的管道，而這塊平整的基片材料就會和微細管道的側面形成小于π的楔角，該楔角使得做在管道側面的凹槽或者脊梁結構能夠產生效力的部分縮小到只有一個尖點，該尖點就是凹槽或者脊梁面、管道側面，和封合基材面的共同交點，流體很容易繞過該尖點從而沿該楔角自發流動。
發明內容
本發明的目的在于提供一種阻止液體在親水性微細管內沿管壁楔角流動的微流體結構。
本發明的特征在于該阻止液體在親水性微細管道內沿管壁楔角自發流動的微流體腔體相對于至少含有一個楔角的部分管道截面是一個擴大了的腔體，該腔體的尺寸比所述部分管道截面的尺寸要大到足以打斷該楔角沿管道方向的連續延伸。所述腔體是相對于含有所有楔角的整個管道截面的一個擴大了的腔體，該腔體的尺寸要大到足以打斷所有楔角沿管道方向的連續延伸。所述腔體是多個，并在管道方向相互錯開一定距離布置，該腔體在數量上要足以打斷所有的管道楔角。所述腔體的深度和寬度分別不超過管道深度和寬度的兩倍。當所述的微細管道只加工在一片基材上時，另一片用于封合的平整基材上也必須在相對于被封合的基片的同一個對應位置上加工出一個單獨的腔體，以打斷同封合面形成的楔角的延伸。
實驗證明在本發明中，使用的寬0.5mm、深0.5mm的微管道，其中加工了直徑1mm、深1mm的腔體與未加工腔體的管道同時加入肥皂液沒有該腔體的管道中，皂液沿楔角延伸很長距離；具有上述腔體結構的管道中，液體被腔體有效地阻止。
圖1.本發明所述微細管道的立體視圖A.一個腔體；B.兩個腔體。
圖2.楔角形成橫截面視圖。
圖3.現有的微流體結構的橫截面剖視圖。
具體實施例方式本發明的特點是在微細管道上加工出一個或多個腔體，腔體的截面分別大于處于同一基材的管道截面，因此，相對于管道每個腔體提供了一個突然的擴口結構，使得沿管道延伸的一個或多個楔角被徹底打斷而不產生任何新的楔角。加工在兩片不同基材上的腔體可以在管道上的同一位置，如圖1A所示，這樣形成的單一腔體就可以一次性地打斷所有的楔角；或者，它們也可以在管道上的不同位置設置，如圖1B所示，這樣形成的多個腔體可以先后打斷所有的楔角。一般腔體的尺寸只需比管道稍大一些即可，比如其深度和寬度分別不超過管道深度和寬度的兩倍，以避免流體經過時不能將腔體里的所有空氣帶出而形成氣泡。另外，選擇讓處于不同基材上的腔體沿管道錯開設置，也有利于減小擴口引起的被動閥效應，使流體能夠比較平穩的通過腔體結構。當微細管道只加工在一片基材上時，另一片用于封合的平整基材上也必須加工出一個單獨的腔體，這樣就可以打斷由于封合而形成的楔角的延伸。
權利要求
1.阻止液體在親水性微細管道內沿管壁楔角自發流動的微流體腔體，其特征在于該腔體相對于至少含有一個楔角的部分管道截面是一個擴大了的腔體，該腔體的尺寸比所述部分管道截面的尺寸要大到足以打斷該楔角沿管道方向的連續延伸。
2.根據權利要求1所述的阻止液體在親水性微細管道內沿管壁楔角自發流動的微流體腔體，其特征在于所述腔體是相對于含有所有楔角的整個管道截面的一個擴大了的腔體，該腔體的尺寸要大到足以打斷所有楔角沿管道方向的連續延伸。
3.根據權利要求1所述的阻止液體在親水性微細管道內沿管壁楔角自發流動的微流體腔體，其特征在于所述腔體是多個，并在管道方向相互錯開一定距離布置，該腔體在數量上要足以打斷所有的管道楔角。
4.根據權利要求1所述的阻止液體在親水性微細管道內沿管壁楔角自發流動的微流體腔體，其特征在于所述腔體的深度和寬度分別不超過管道深度和寬度的兩倍。
5.根據權利要求1所述的阻止液體在親水性微細管道內沿管壁楔角自發流動的微流體腔體，其特征在于當所述的微細管道只加工在一片基材上時，另一片用于封合的平整基材上也必須在相對于被封合的基片的同一個對應位置上加工出一個單獨的腔體，以打斷同封合面形成的楔角的延伸。
全文摘要
本發明涉及一種阻止液體在親水性微細管內沿管壁楔角流動的微流體腔體，屬于生物芯片的流體控制技術領域，其特征在于該腔體相對于至少含有一個楔角的部分或整個管道截面，是一個擴大了的腔體，該腔體的尺寸要大到足以打斷該楔角沿管道方向的連續延伸。而且，所述腔體有多個，在所述管道方向上相互錯開一定的距離布置。實踐證明所述微流體腔體打斷了由于壁面相交而形成的楔角，易于控制液體在微細管道內的流動。
文檔編號G01N35/08GK1987479SQ20051013070
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優先權日2005年12月23日
發明者官曉勝, 郭旻, 周騁, 胡玉明, 程京 申請人:博奧生物有限公司, 清華大學
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