CN102225506A - 一种用于微流控的板载微通道结构制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微流控的板载微通道结构制备方法，至少包括以下步骤：在基板上开设所需孔；将基板置于铣床工作台上，对其进行定位并固定；用微铣刀对基板的一面进行微通道铣削加工，控制微通道的深度、方向及长度，加工出所需微通道；抛光微通道；在基板上加盖一层密封板，使密封板上的定位孔与基板上的定位孔对准；在密封板上加盖一层盖板，使盖板上的定位孔与密封板及基板上的定位孔对准；用螺栓将基板、密封板及盖板固定连接在一起。本方法制备出的板载微通道结构即可适于实验室应用又可适于工业应用，本制备方法工艺简单、耗时少、生产成本低、加工精度高、微通道尺寸可控性好。

Description

一种用于微流控的板载微通道结构制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于微流控的板载微通道结构制备方法，属于机械加工领域。

背景技术

随着微流控技术在生物、化工、机械、药物等不同领域的应用和发展，通过微通道结构对微量液体或样品在微观尺度上进行控制和处理的技术受到了国内外的普遍重视。利用微通道技术不仅可制备出单分散性好、粒径和形态可控的微细乳液或颗粒，还可制备出纳米级靶向或控释给药载体、细胞固定化微细载体、尺寸均一的生物分离介质、亚微米催化剂颗粒及生物能源转化用固定化载体等，且微通道技术的应用范围还在不断扩大。因此，微通道结构的优化设计、微通道的加工制备、装配及放大等问题变得日益重要。

然而，现有微通道制备技术一般是针对实验室应用，主要采用电火花放电、化学蚀刻、激光加工、阴阳模印制、雕刻机雕刻等制备技术；且在现有技术中用于微流控的微通道的基材主要采用聚合物材料、玻璃、碳板及硅材等。这些微通道制备方法因其加工方法的限制或因加工过程不易控制等因素而常常遇到诸如微通道尺寸难以精确控制、通道尺寸不均匀、表面粗糙、难于规模化放大等问题；且使用现有技术中用于微流控的微通道的基材(聚合物、硅材、玻璃等)制备的微通道不容易实现放大，在工业应用中受限。

随着工业应用中对微通道成粒技术规模化放大需求的迅速增加，因此迫切需要适于工业化放大的用于微流控的板载微通道结构制备方法。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种用于微流控的板载微通道结构制备方法，本方法制备出的板载微通道结构即可适于实验室应用又可适于工业应用，本制备方法工艺简单、耗时少、生产成本低、加工精度高、微通道尺寸可控性好。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于微流控的板载微通道结构制备方法，至少包括以下步骤：

(1)在要加工的基板上开设定位孔、螺栓孔、液体注入孔、进气孔；

(2)将基板放置在铣床工作台上，利用基板上的定位孔对基板进行定位确定需加工微通道的位置，用夹具将基板固定；

(3)用微铣刀对基板的一面进行微通道铣削加工，通过控制铣床主轴上下运动的位移控制微通道的深度，通过控制铣床工作台的位移控制微通道的方向及长度，加工出所需要的微通道；

(4)对所形成微通道进行抛光；

(5)在基板上加盖一层开有与基板上的各孔对应孔的密封板，使密封板上的定位孔与基板上的定位孔对准；在密封板上加盖一层开有与基板上的各孔对应孔及视窗的盖板，使盖板上的定位孔与密封板及基板上的定位孔对准；用螺栓依次穿过基板、密封板及盖板上的螺栓孔将这三者固定连接在一起。

在铣削微通道之前对基板及盖板进行预处理，使各板的上、下表面平行。

步骤(1)中开设的定位孔、螺栓孔、液体注入孔、进气孔是用钻孔方式进行加工。

基板为适于铣削的金属板，盖板的材料与基板的材料相同，密封板为硬度比基板低的惰性材料透明板。所述基板为不锈钢板或碳钢板。

所用微铣刀为两刃硬质合金铣刀，直径为200～400μm。

铣床的转速高于10000r/min。

所形成微通道的截面为矩形或正方形。

步骤(4)中对微通道的底部进行抛光是采用纤维油石和相应抛光液进行抛光。

与现有技术相比，本发明提供的用于微流控的板载微通道结构制备方法具有以下优点：

1.本方法制备出的板载微通道结构即可适于实验室应用又可适于工业应用。

2.本制备方法工艺简单、耗时少、生产成本低、加工精度高、微通道尺寸可控性好。

3.本制备方法特别适于金属材料的微通道加工。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明提供的用于微流控的板载微通道结构制备方法做进一步详细说明。

本方法至少包括以下步骤：

(1)在要加工的基板上开设定位孔、螺栓孔、液体注入孔、进气孔；

(2)将基板放置在铣床工作台上，利用基板上的定位孔对基板进行定位确定需加工微通道的位置，用夹具将基板固定；

(3)用微铣刀对基板的一面进行微通道铣削加工，通过控制铣床主轴上下运动的位移控制微通道的深度，通过控制铣床工作台的位移控制微通道的方向及长度，加工出所需要的微通道；

(4)对所形成微通道进行抛光；

(5)在基板上加盖一层开有与基板上的各孔对应孔的密封板，使密封板上的定位孔与基板上的定位孔对准；在密封板上加盖一层开有与基板上的各孔对应孔及视窗的盖板，使盖板上的定位孔与密封板及基板上的定位孔对准；用螺栓依次穿过基板、密封板及盖板上的螺栓孔将这三者固定连接在一起。

实施例1：

在本实施例中，在转速为10000r/min的铣床上用直径为400μm的硬质合金微铣刀对尺寸为280mm×80mm×10mm(长×宽×厚)的不锈钢基板进行微铣削加工，得到可进行流体聚焦带的“十”字交叉对冲微通道，其中主通道尺寸为400μm×400μm×210mm(宽×深×长)，微通道截面为正方形，表面粗糙度为0.10μm。所用密封板为聚丙烯板，所用盖板为不锈钢板，依次将密封板及盖板加盖到基板上所形成的板载微通道结构可用于固体脂质纳米粒药物包埋载体的制备。以Softisan脂质体的醇溶液为油相，氮气为气相，表面活性剂水溶液为水相，于水相流速0.6m/s、油相流速0.04m/s、气相流速0.1m/s下制备得到固体脂质纳米粒药物包埋载体平均粒径145nm，多分散系数0.18。

实施例2：

在本实施例中，在转速为15000r/min的铣床上用直径为200μm的硬质合金微铣刀对尺寸为100mm×40mm×10mm(长×宽×厚)的碳钢基板进行微铣削加工，得到“T”型微通道，其中主通道尺寸为200μm×400μm×70mm(宽×深×长)，微通道截面为矩形，表面粗糙度为0.1μm。所用密封板为聚四氟乙烯板，所用盖板为碳钢板，依次将密封板及盖板加盖到基板上所形成的板载微通道结构可用于聚丙烯酰胺基生物分离介质颗粒的制备。以丙烯酰胺-甲双叉丙烯酰胺反应体系溶液为水相，表面活性剂油溶液为油相，于水相流速0.9mm/s和油相流速0.08mm/s下制备得到介质颗粒的平均粒径320μm，多分散系数0.3。

实施例3：

在本实施例中，在转速为24000r/min的铣床上用直径为200μm的硬质合金微铣刀对尺寸为280mm×80mm×10mm的不锈钢基板进行微铣削加工，得到可进行流体聚焦的“十”字交叉对冲微通道，其中主通道尺寸为300μm×100μm×215mm(宽×深×长)，微通道截面为矩形，表面粗糙度为0.1μm。所用密封板为聚丙烯板，所用盖板为不锈钢板，依次将密封板及盖板加盖到基板上所形成的板载微通道结构可用于固定化酶载体聚合物颗粒的制备。以丙烯酰胺-甲双叉丙烯酰胺反应体系溶液为水相，表面活性剂油溶液为油相，于水相流速0.7mm/s和油相流速0.05mm/s下制备得到介质固定化酶聚合物颗粒的平均粒径460μm，多分散系数0.27。

实施例4：

在本实施例中，在转速12000r/min的铣床上用直径为400μm的硬质合金微铣刀对尺寸为280mm×80mm×10mm的不锈钢基板进行微铣削加工，得到“Y”型微通道，其中主通道尺寸为400μm×200μm×215mm(宽×深×长)，微通道截面为矩形，表面粗糙度为0.1μm。所用密封板为聚四氟乙烯板，所用盖板为不锈钢板，依次将密封板及盖板加盖到基板上所形成的板载微通道结构可用于微液滴的成形制备。以丙烯酰胺-甲双叉丙烯酰胺反应体系溶液为水相，表面活性剂油溶液为油相，于水相流速0.6mm/s和油相流速0.02mm/s下制备得到介质颗粒的平均粒径260μm，多分散系数0.2。

Claims (9)

1.一种用于微流控的板载微通道结构制备方法，其特征在于至少包括以下步骤：

(1)在要加工的基板上开设定位孔、螺栓孔、液体注入孔、进气孔；

(2)将基板放置在铣床工作台上，利用基板上的定位孔对基板进行定位确定需加工微通道的位置，用夹具将基板固定；

(3)用微铣刀对基板的一面进行微通道铣削加工，通过控制铣床主轴上下运动的位移控制微通道的深度，通过控制铣床工作台的位移控制微通道的方向及长度，加工出所需要的微通道；

(4)对所形成微通道进行抛光；

(5)在基板上加盖一层开有与基板上的各孔对应孔的密封板，使密封板上的定位孔与基板上的定位孔对准；在密封板上加盖一层开有与基板上的各孔对应孔及视窗的盖板，使盖板上的定位孔与密封板及基板上的定位孔对准；用螺栓依次穿过基板、密封板及盖板上的螺栓孔将这三者固定连接在一起。

2.根据权利要求1所述的用于微流控的板载微通道结构制备方法，其特征在于：在铣削微通道之前对基板及盖板进行预处理，使各板的上、下表面平行。

3.根据权利要求1所述的用于微流控的板载微通道结构制备方法，其特征在于：步骤(1)中开设的定位孔、螺栓孔、液体注入孔、进气孔是用钻孔方式进行加工。

4.根据权利要求1所述的用于微流控的板载微通道结构制备方法，其特征在于：基板为适于铣削的金属板，盖板的材料与基板的材料相同，密封板为硬度比基板低的惰性材料透明板。

5.根据权利要求4所述的用于微流控的板载微通道结构制备方法，其特征在于：所述基板为不锈钢板或碳钢板。

6.根据权利要求1所述的用于微流控的板载微通道结构制备方法，其特征在于：所用微铣刀为两刃硬质合金铣刀，直径为200～400μm。

7.根据权利要求1所述的用于微流控的板载微通道结构制备方法，其特征在于：铣床的转速高于10000r/min。

8.根据权利要求1所述的用于微流控的板载微通道结构制备方法，其特征在于：所形成微通道的截面为矩形或正方形。

9.根据权利要求1所述的用于微流控的板载微通道结构制备方法，其特征在于：

步骤(4)中对微通道的底部进行抛光是采用纤维油石和相应抛光液进行抛光。