CN105170207A - 一种基于支路结构的微液滴控制芯片 - Google Patents
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Abstract
一种基于支路结构的微液滴控制芯片，通过在主通道旁边加上支路来实现液滴分开或分裂后融合的目的；支路由一段直通道和一段圆弧通道组成，利用主路和支路两条路径长度和流体速度的不同，通过控制注入液体的速度来实现不同的控制功能，具体包括两条路径上液滴同时到达交汇处的融合、间隔均匀到达的均匀排列和间隔不均匀到达的分组；离散相液体从离散相入口流入，连续相液体从连续相入口流入，两者在主通道内的连接处交汇，离散相液体断裂形成液滴并随连续相一起往下游流动，最终通过出口流出芯片；由于两条路径的长度不同而且液滴在不同路径中的流动速度不同，到达交汇处的时间间隔不同，呈现融合、均匀和分组三种不同的规律。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用支路结构实现微液滴流动控制的微流控芯片，在特定流速范围内，液滴在分叉口选择某一支路或分裂后进入某一支路，随后在下游交汇处再次相遇并呈现等间距、分组或融合等不同规律，实现微液滴的流动控制。
背景技术
微流控芯片液滴是近年来在芯片上发展起来的一种针对微小体积液体(10-15-10-9L)来实现各种流动控制或反应的新兴技术。关于微液滴的研究获得了较为丰富的成果，并在此基础上形成了一些针对特定应用(分裂、融合等)的被普遍认可的流动结构。
基于微流控芯片的生物检测或化学反应中，微液滴作为独立的单元，可以降低各微反应之间液体流动带来的互相干扰，保证反应的正常进行，还可以实现不同条件下生化反应的同时进行，更加高效的实现最优筛选。此外，液滴的数量、间距以及排列也代表了一种信号，通过芯片上的特定结构可以改变或储存这种信号并传递到下一单元，来实现数字液滴的逻辑控制或运算。微流控芯片技术已经可以在设定的反应条件下实现对微液滴的精准控制，为分析化学和生物反应检测提供了极大的便利。
对于芯片上微液滴的控制分为主动控制和被动控制两种，其中主动控制主要利用气动阀或电极控制，可以实现多种用途以及大规模的集成，控制精度较高，但是这些技术的结合在某种程度上会使芯片的附加部件增多，制作成本上升，便携程度大幅降低。另一种是利用通道结构来实现液滴流动的被动控制，这种方法的控制精度目前还不够高，但是结构简单，操作方便，可以最大程度的利用微流控芯片的优势。
发明内容
本发明是基于常用的微液滴/气泡生成结构微通道，通过在主通道旁边加上支路来实现液滴分开或分裂后融合的目的。支路由一段直通道和一段圆弧通道组成，利用主路和支路两条路径长度和流体速度的不同，通过控制注入液体的速度来实现不同的控制功能，具体包括两条路径上液滴同时到达交汇处的融合、间隔均匀到达的均匀排列和间隔不均匀到达的分组。
本发明所述微通道在常规微尺度通道的基础之上，对主通道增加了支路，主要结构如下：
微通道结构设置在盖片6内，基片7设置在盖片6的底部，盖片6和基片7构成芯片的整体结构；微通道结构由离散相入口1、连续相入口2、出口3、主通道4、支路通道5组成，主通道4的两端分别为连续相入口2、出口3，离散相入口1设置在主通道4端部的连续相入口2的侧面，离散相入口1的通路与主通道4的通路相互垂直，支路通道5为局部连通主通道4的弧形支路，通过离散相入口1、连续相入口2进入的液滴能够通过主通道4和支路通道5两条路径到达出口3，主通道4和支路通道5是芯片工作时流体流动的区域。
本装置的具体工作过程如下：离散相液体从离散相入口1流入，连续相液体从连续相入口2流入，两者在主通道4内的连接处交汇，离散相液体断裂形成液滴并随连续相一起往下游流动，最终通过出口3流出芯片。在液滴流动过程中，液滴会在主通道4与支路通道5的分叉口分开或者分裂进入不同通道即主通道4或通道支路5，随连续相流动后在下游交汇，由于两条路径的长度不同而且液滴在不同路径中的流动速度不同，到达交汇处的时间间隔不同，呈现融合、均匀和分组三种不同的规律。
本发明利用支路区分液滴分开或分裂后流经的不同路径，到达下游交汇处的时间间隔也因此改变，进而实现融合、均匀和分组等不同功能。
附图说明
图1是本发明基于支路结构的微液滴控制芯片的三维总体轮廓示意图。
图2是本发明基于支路结构的微液滴控制芯片中微通道结构的俯视图。
图3是利用上述方法制作出的微流控芯片实现交汇处融合功能的实验效果图。
图4是利用上述方法制作出的微流控芯片实现交汇处均匀功能的实验效果图。
图5是利用上述方法制作出的微流控芯片实现交汇处分组功能的实验效果图。
图中：1、离散相入口，2、连续相入口，3、出口，4、主通道，5、支路通道，6、盖片，7、基片。
具体实施方式
下面结合结构附图对发明基于支路结构的微液滴控制芯片的工作过程和作用效果进行详细说明。
微通道结构由离散相入口1、连续相入口2、出口3以及入口和出口之间的通道组成，其中液滴可以通过主通道4和通道支路5两条路径到达出口，这也是芯片工作时流体流动的区域。
本装置的具体工作过程如下：离散相液体从离散相入口1流入，连续相液体从连续相入口2流入，两者在连接处交汇，离散相液体断裂形成液滴并随连续相一起往下游流动，最终通过出口3流出芯片。在流动的过程中，液滴会在分叉口分开或者分裂进入不同通道(主通道4或者通道支路5)，随连续相流动后在下游交汇，由于两条路径的长度不同而且液滴在不同路径中的流动速度不同，到达交汇处的时间间隔不同，呈现融合、均匀和分组三种不同的规律。
图2是本发明基于支路结构的微液滴控制芯片中微通道结构的俯视图。两种流体在外力驱动下通过两个入口流入微流控芯片中，调整两种液体的流动条件，使其生成微液滴，并保持该流速一段时间使流动稳定，然后进行液滴生成记录实验。
由图3-5可以看出，利用该支路控制的液滴可以在下游交汇处实现融合、均匀和分组三种不同的功能。
Claims (2)
1.一种基于支路结构的微液滴控制芯片，其基于常用的微液滴/气泡生成结构微通道，通过在主通道旁边加上支路来实现液滴分开或分裂后融合的目的；支路由一段直通道和一段圆弧通道组成，利用主路和支路两条路径长度和流体速度的不同，通过控制注入液体的速度来实现不同的控制功能，具体包括两条路径上液滴同时到达交汇处的融合、间隔均匀到达的均匀排列和间隔不均匀到达的分组；
所述微通道在常规微尺度通道的基础之上，对主通道增加了支路，其特征在于：
微通道结构设置在盖片(6)内，基片(7)设置在盖片(6)的底部，盖片(6)和基片(7)构成芯片的整体结构；微通道结构由离散相入口(1)、连续相入口(2)、出口(3)、主通道(4)、支路通道(5)组成，主通道(4)的两端分别为连续相入口(2)、出口(3)，离散相入口(1)设置在主通道(4)端部的连续相入口(2)的侧面，离散相入口(1)的通路与主通道(4)的通路相互垂直，支路通道(5)为局部连通主通道(4)的弧形支路，通过离散相入口(1)、连续相入口(2)进入的液滴能够通过主通道(4)和支路通道(5)两条路径到达出口(3)，主通道(4)和支路通道(5)是芯片工作时流体流动的区域。
2.根据权利要求1所述的一种基于支路结构的微液滴控制芯片，其特征在于：该芯片的具体工作过程如下，离散相液体从离散相入口(1)流入，连续相液体从连续相入口(2)流入，两者在主通道(4)内的连接处交汇，离散相液体断裂形成液滴并随连续相一起往下游流动，最终通过出口(3)流出芯片；在液滴流动过程中，液滴会在主通道(4)与支路通道(5)的分叉口分开或者分裂进入不同通道即主通道(4)或通道支路(5)，随连续相流动后在下游交汇，由于两条路径的长度不同而且液滴在不同路径中的流动速度不同，到达交汇处的时间间隔不同，呈现融合、均匀和分组三种不同的规律。
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