(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210725346.2 (22)申请日 2022.06.23 (71)申请人 山西农业大 学 地址 030000 山西省太原市小店区龙城大 街81号 (72)发明人 申少斐　赵磊　张雅丽　白汉洁　 王德富　牛颜冰　 (74)专利代理 机构 北京慕达星云知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 11465 专利代理师 孙光远 (51)Int.Cl. B01L 3/00(2006.01) C12M 3/00(2006.01) C12M 1/00(2006.01) (54)发明名称 一种超低高宽比的惯性微流控芯片及其应 用 (57)摘要 本发明公开了一种超低高宽比的惯性微流 控芯片及其应用。 涉及微流控芯片技术领域。 包 括大螺旋 管道层， 高/宽＝50μm/9 00μm； 大螺旋 管道层包括螺旋形管道和微柱； 微柱均匀分布在 螺旋形管道中凸出螺旋形管道内壁。 本发明通过 在螺旋微通道中引入有序微柱， 可以不同程度地 增强微流控通道内的二次流动， 为粒子聚焦和癌 细胞浓缩带来诸多实际收益； 更利于细胞聚焦； 增强的二次流在完成细胞聚焦的同时还能实现 流速和颗粒尺寸不敏感， 满足微流细胞仪的开 发； 可以在宽范围流速内对多尺 寸粒子实现高效 率的聚焦， 不易堵塞， 运行时间长。 通过收集培养 的癌细胞， 本发明不会 对细胞活性造成影响。 权利要求书1页 说明书10页 附图7页 CN 115155680 A 2022.10.11 CN 115155680 A 1.一种超低高宽比的惯性微流控芯片， 其特征在于， 包括大螺旋管道层； 所述大螺旋管 道层包括螺 旋形管道和微柱； 所述 微柱均匀分布在螺 旋形管道中凸出螺 旋形管道内壁。 2.根据权利要求1所述的一种 超低高宽比的惯性微流控芯片， 其特征在于， 所述大螺旋 管道层， 高/ 宽比值为20～50： 600～900。 3.根据权利要求2所述的一种 超低高宽比的惯性微流控芯片， 其特征在于， 所述螺旋形 管道的初始曲率半径为3～5 mm； 两条微柱之间的夹角 θ为π/7； 所述微柱由圆柱形、 立方体形 或不规则形状任一组成。 4.根据权利要求3所述的一种 超低高宽比的惯性微流控芯片， 其特征在于， 所述微柱由 长方体、 半球 体组合而成； 所述长方体长 350～650 μm， 宽20 0 μm， 所述半球 体直径200 μm。 5.根据权利要求4所述的一种 超低高宽比的惯性微流控芯片， 其特征在于， 所述螺旋形 管道周数为5～8周。 6.根据权利要求5所述的一种 超低高宽比的惯性微流控芯片， 其特征在于， 相邻周管道 的间距为3 00～600 μm。 7.根据权利要求6所述的一种超低高宽比的惯性微流控芯片， 其特征在于， 还包括1个 入口和三个平行 出口， 所述出口 的宽度为3 00 μm， 相邻出口间距5 0 μm。 8.权利要求1～7任一所述的超低高宽比的惯性微流控芯片在连续粒子聚焦和癌细胞 浓缩中的应用。 9.如权利要求8所述的应用， 其特 征在于， 流速为1～3ml/mi n。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115155680 A 2一种超低高宽比的惯性微流控芯片及其应用 技术领域 [0001]本发明涉及 微流控芯片技术领域， 更具体的说是涉及一种超低高宽比的惯性微流 控芯片及其应用。 背景技术 [0002]微流控是一种在微尺度上操控流体的技术， 在医学诊断和临床研究中显示出具大 的前景。 惯性微流控作为其重要分支， 可以利用微管道结构中的固有的流体动力被动、 连 续、 高效地聚焦 并分离粒子和细胞。 与利用外加力场的主动聚焦分离方法， 如声场力、 光场 力、 电场力和磁场力等相比， 惯性微流控具有制备简单， 操作便捷和通量高等独特优势。 由 于惯性聚焦的状态和位置高度依赖于受灌注流速和粒子尺寸影响的流体动力， 因此通过调 节灌注流速和粒子尺寸， 惯性聚焦已经广泛应用于临床诊断、 生化分析、 化学合成和环境监 测等领域。 但是灌注 流速精确调节的需求和粒子聚焦状态及位置随粒子尺寸改变的问题极 大地限制了惯性 微流控在流式细胞仪和在线样品处 理设备便携化和集成化方面的应用。 [0003]粒子在微通道中能否形成惯性聚焦流动与微通道的尺寸和曲率半径、 粒子的尺寸 和流速等因素都有关系， 在通道的宽度大于高度的矩形截面通道中， 一定尺寸的粒子实现 惯性聚焦流动通常需要满足条件a/h＞0.07(a是粒子的直径， h是微通道的最小尺寸)。 因 此， 在设计制备微流控芯片时,要根据分离粒子的尺寸来确定微通道的尺寸。 如果能够设计 出更低高宽比的带有有序微柱的螺旋微通道， 那么就可以使 更小粒径的细胞实现更高效的 聚焦流动。 虽然已经有一些不同设计的惯性微流控芯片分别 在一定程度上降低了惯性微流 控对灌注流速或粒子尺寸的敏感性， 但是它们往往存在设计复杂， 需要非平面微结构设计 或者是多层设计， 或者是需要利用鞘流辅助粒子惯性聚焦， 增加了 芯片制备和操作难度。 此 外， 由于微管道尺寸较小， 在实现对不同尺寸粒子惯性聚焦的同时难以维持样品处理的高 通量。 更重要的是， 这些惯性微流控芯片设计都仅能在一定工作流速区间内实现特定尺寸 粒子的惯性聚焦或者在特定 工作流速下实现一定尺寸区间内粒子的惯性聚焦。 [0004]因此， 开发一种无需鞘流、 易于制 备、 高通量的惯性微流控芯片， 同时降低其对灌 注流速和粒子尺寸的敏感性， 并将其应用于细胞样品连续处理仍是当前研究者亟待解决的 问题。 发明内容 [0005]有鉴于此， 本发明提供了一种超低高宽比的惯性微流控芯片及其应用。 克服了现 有技术使用的大多数设备仅适用于狭窄的应用范围、 分离新样品通常需要复杂的设计、 制 造、 验证和优化、 惯性微流控的高通量通常需要牺牲纯度或回收率、 无法平衡通量、 纯度和 回收率等一系列技 术障碍。 [0006]为了实现上述目的， 本发明采用如下技 术方案： [0007]一种超低高宽比的惯性微流控芯片， 包括大螺旋管道层； 大螺旋管道层包括螺旋 形管道和微柱； 微柱均匀分布在螺 旋形管道中凸出螺 旋形管道内壁。说　明　书 1/10 页 3 CN 115155680 A 3