CN104826674B - 实现液滴生成的反y型通道微流控芯片 - Google Patents

Abstract

实现液滴生成的反Y型通道微流控芯片，主体固体结构和盖板通过上下键合固定。离散相入口与离散相通道连接，形成离散相液体流动的空间；连续相入口与连续相通道连接，形成提供连续相液体流动的空间；离散相通道与连续相通道垂直相交连接，相交连接处与主通道连接，主通道设置在离散相通道与连续相通道连接的中心线上，且主通道与主体固体结构的长度方向平行；主通道的一端与出口连接形成下游流动区域。连续相与离散相流动区域的凹槽，孔洞结构形状，大小与位置完全对称且以主通道为中心相互对称。本发明在常规的T型微通道结构的基础上，使离散相通道与连续相通道夹角形成优角，呈Y型，液滴的生成周期更短，体积更小。

Description

实现液滴生成的反Y型通道微流控芯片

技术领域

本发明涉及一种基于T型通道实现液滴生成的反Y型通道微流控芯片，属于微流控芯片技术领域。

背景技术

对微流体进行有效的控制是发展微流动系统的关键技术，多相微流控系统是指具有两种或两种以上流体或相态的微流控系统。与宏观系统相比，利用多相微流控系统产生的微液滴，具有所需流体量少、传热传质响应速率快、产生的污染物少等特点，因此其具有的独特流体力学特性及尺度效应，在微混合、DNA分析、人体毛细血管流动分析及船舶行业的减阻等方面应用广泛。在应用过程中，微液滴的大小和均匀度是两个非常重要的参数，能够直接决定多相微流控系统功能是否可以实现。

运用T型通道结构实现液滴生成的基本原理是，连续相液体与离散相液体经过不同的通道，在通道交叉处相遇，连续相液滴提供的剪切力使离散相液滴发生断裂，形成单相液滴。液滴的大小尺寸依赖于两相液体的流动速度、通道的尺寸、两相液体的粘性关系以及表面活性剂等的影响。

发明内容

本发明是基于常用的微液滴生成结构——T型微通道，通过改变离散相液体与连续相液体通道的交叉角度，将直角变为优角，形成反Y型微通道。反Y型微通道内液滴的生成周期更短，液滴的生成速率更快，并可得到体积更小的液滴，以提高乳化与混合效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为实现液滴生成的反Y型通道微流控芯片，该芯片包括主体固体结构1、离散相通道7、离散相入口6、连续相通道2、连续相入口3、主通道4、出口5、底板8；

具体而言，所述离散相通道7、离散相入口6、连续相通道2、连续相入口3、主通道4、出口5为主体固体结构1上的凹槽或洞孔结构，且各结构为芯片工作时液体流动区域；

所述主体固体结构1和底板8通过上下键合固定，底板8置于主体固体结构1底部，以支撑芯片主体的结构并提供液体流动空间；

所述出口5、连续相入口3、离散相入口6是主体固体结构1上的洞孔结构，离散相通道7、连续相通道2、主通道4为主体固体结构1上的凹槽。

离散相入口6与离散相通道7连接，形成离散相液体流动的空间；连续相入口3与连续相通道2连接，形成提供连续相液体流动的空间；离散相通道7与连续相通道2垂直相交连接，相交连接处与主通道4连接，主通道4设置在离散相通道7与连续相通道2连接的中心线上，且主通道4与主体固体结构1的长度方向平行；主通道4的一端与出口5连接形成下游流动区域。连续相与离散相流动区域的凹槽，孔洞结构形状，大小与位置完全对称且以主通道4为中心相互对称。

所述主体固体结构1和底板8的材料由聚二甲基硅氧烷制成。

所述连续相入口3、离散相入口6与出口5为设置在主体固体结构1上的上下贯通的孔洞结构。

本装置的工作过程如下：离散相液体从离散相入口6流入，经过离散相通道7，与从连续相入口3流入的经过连续相通道2的连续相液体在连续相通道2和离散相通道7交汇，连续相液体对离散相液体产生剪切作用，形成离散相液滴。在连续相液体的带动下，液滴经过主通道4从出口5流出。

本发明可以在常规的T型微通道结构的基础上，使离散相通道与连续相通道夹角形成优角，呈Y型，液滴的生成周期更短，体积更小。

附图说明

图1是本发明基于T形微通道实现液滴生成的反Y型微流控芯片的三维总体轮廓示意图。

图2是本发明基于T形微通道实现液滴生成的反Y型微流控芯片的工作过程示意图。

图中：1、主体固体结构，2、连续相通道，3、连续相入口，4、主通道，5、出口，6、离散相入口，7、离散相通道，8、底板。

具体实施方式

下面结合结构附图对发明的工作过程和效果进行进一步详细说明和验证。

图1为基于T型微通道的实现液滴生成的微流控芯片的三维总体轮廓示意图。

实现液滴生成的反Y型通道微流控芯片，该芯片包括主体固体结构1、离散相通道7、离散相入口6、连续相通道2、连续相入口3、主通道4、出口5、底板8；

具体而言，所述离散相通道7、离散相入口6、连续相通道2、连续相入口3、主通道4、出口5为主体固体结构1上的凹槽或洞孔结构，且各结构为芯片工作时液体流动区域；

所述主体固体结构1和底板8通过上下键合固定，底板8置于主体固体结构1底部，以支撑芯片主体的结构并提供液体流动空间；

所述出口5、连续相入口3、离散相入口6是主体固体结构1上的洞孔结构，离散相通道7、连续相通道2、主通道4为主体固体结构1上的凹槽。

离散相入口6与离散相通道7连接，形成离散相液体流动的空间；连续相入口3与连续相通道2连接，形成提供连续相液体流动的空间；离散相通道7与连续相通道2垂直相交连接，相交连接处与主通道4连接，主通道4设置在离散相通道7与连续相通道2连接的中心线上，且主通道4与主体固体结构1的长度方向平行；主通道4的一端与出口5连接形成下游流动区域。连续相与离散相流动区域的凹槽，孔洞结构形状，大小与位置完全对称且以主通道4为中心相互对称。

所述主体固体结构1和底板8的材料由聚二甲基硅氧烷制成。

所述连续相入口3、离散相入口6与出口5为设置在主体固体结构1上的上下贯通的孔洞结构。

本装置的工作过程如下：离散相液体从离散相入口6流入，经过离散相通道7，与从连续相入口3流入的经过连续相通道2的连续相液体在连续相通道2和离散相通道7交汇，连续相液体对离散相液体产生剪切作用，形成离散相液滴。在连续相液体的带动下，液滴经过主通道4从出口5流出。

图2是本发明基于T型微通道实现液滴融合的微流控芯片的工作过程示意图。离散相液体与离散相液体在外力驱动下由入口通入微流控芯片中，调整两种液体的入口流量条件，使连续相液体在通道交叉处剪切离散相液体以生成微液滴。

为了验证该发明对于促进液滴融合的有效作用，利用相同结构的的常规T型微通道微流控芯片进行了对比实验。两组实验结果如表1所示，可见本发明在相同条件下能够生成更小的液滴，且液滴生成周期更短。

注：由于微通道尺寸较小，用实际尺寸表示微流控芯片时不能有效表征微流控芯片流道部分的结构，因此附图使用的是微流道结构相对放大的芯片示意图。

表1本发明芯片与对比芯片的液滴生成情况

注：离散相流速为5μl/min，所有微通道宽度为500μm，高度100μm。每组实验观察次数100。

Claims (4)

1.实现液滴生成的反Y型通道微流控芯片，其特征在于：该芯片包括主体固体结构(1)、离散相通道(7)、离散相入口(6)、连续相通道(2)、连续相入口(3)、主通道(4)、出口(5)、底板(8)；

具体而言，所述离散相通道(7)、离散相入口(6)、连续相通道(2)、连续相入口(3)、主通道(4)、出口(5)为主体固体结构(1)上的凹槽或洞孔结构，且各结构为芯片工作时液体流动区域；

所述主体固体结构(1)和底板(8)通过上下键合固定，底板(8)置于主体固体结构(1)底部，以支撑芯片主体的结构并提供液体流动空间；

所述出口(5)、连续相入口(3)、离散相入口(6)是主体固体结构(1)上的洞孔结构，离散相通道(7)、连续相通道(2)、主通道(4)为主体固体结构(1)上的凹槽；

离散相入口(6)与离散相通道(7)连接，形成离散相液体流动的空间；连续相入口(3)与连续相通道(2)连接，形成提供连续相液体流动的空间；离散相通道(7)与连续相通道(2)垂直相交连接，相交连接处与主通道(4)连接，主通道(4)设置在离散相通道(7)与连续相通道(2)连接的中心线上，且主通道(4)与主体固体结构(1)的长度方向平行；主通道(4)的一端与出口(5)连接形成下游流动区域；连续相与离散相流动区域的凹槽，孔洞结构形状，大小与位置完全对称且以主通道(4)为中心相互对称。

2.根据权利要求1所述的实现液滴生成的反Y型通道微流控芯片，其特征在于：所述主体固体结构(1)和底板(8)的材料由聚二甲基硅氧烷制成。

3.根据权利要求1所述的实现液滴生成的反Y型通道微流控芯片，其特征在于：所述连续相入口(3)、离散相入口(6)与出口(5)为设置在主体固体结构(1)上的上下贯通的孔洞结构。

4.根据权利要求1所述的实现液滴生成的反Y型通道微流控芯片，其特征在于：本装置的工作过程如下，离散相液体从离散相入口(6)流入，经过离散相通道(7)，与从连续相入口(3)流入的经过连续相通道(2)的连续相液体在连续相通道(2)和离散相通道(7)交汇，连续相液体对离散相液体产生剪切作用，形成离散相液滴；在连续相液体的带动下，液滴经过主通道(4)从出口(5)流出。