CN105214746B - 通道侧壁面指定位置可动的微流控芯片 - Google Patents

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Abstract

通道侧壁面指定位置可动的微流控芯片，该芯片包括盖片和基片，盖片和基片相配合组成芯片的主体结构；所述盖片含有微通道结构；常规微尺度通道未设凹槽结构A和凹槽结构B；所述可动壁面为固体PDMS薄层，该固体PDMS薄层的变形能力由凹槽结构A、凹槽结构B与主通道的位置和间距决定，凹槽结构A、凹槽结构B与主通道之间的间距要足够小于主通道的宽度和高度；该固体PDMS薄层在主通道的内部流体流动作用下发生变形，同时，凹槽结构A和凹槽结构B为主通道变形提供了空间；本发明可以通过在微通道侧壁面指定区域制作可变形结构，影响液体流动，进而达到调节液滴生成的作用。

Description

通道侧壁面指定位置可动的微流控芯片
技术领域
本发明涉及一种基于微通道的侧壁面指定位置可动的微流控芯片，通过调节可动部分的位置、尺寸和数量，影响通道内部的流动状况，从而调节液滴或气泡的生成。
背景技术
微流控芯片是在微米或纳米尺度上对流体进行一系列操作，来实现特定控制的新型技术。该技术涉及力学、化学、物理学等多个基础学科领域，并将各学科所包含的基本功能集成到一个几平方厘米的芯片上。由于芯片整体尺寸的减小，可以在消耗很少量试剂的情况下生成液滴或气泡并针对这些基本单元进行操作，实现包括运动控制、条件筛选、反应和检测等各种不同功能，而且可以做成多通道的重复结构来达到平行实验，大大提高了芯片的效率，降低了时间和经济成本。
目前关于微流控芯片的研究已取得比较系统的成果，并在早期“微全分析系统”概念的推动下推出了微流控芯片分析化学实验室以及微流控芯片仿生实验室等功能更加齐全的研究技术，至少在科学研究层面已经被证明是成功的。通过这些新兴技术可以实现从生成到化学检测或生物监测的半自动化，为化学反应与即时检测、生物培养与条件筛选等研究内容提供了便捷高效的实现途径。
由于在生物或化学研究中，单个液滴或气泡可以作为独立的化学反应、输运和混合体，并在食品药品制造等行业中的乳化过程起重要作用，其均匀度对整个过程起到非常重要的影响，人们将越来越多的关注集中到基于微流控系统的微尺度液滴生成及其均匀度控制上来。其中，通过改变芯片的结构来调整是一种简便可行的方法。
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，通过改变其侧壁面类型使其指定位置可动，以达到调节液滴/气泡生成效果的目的。在常用微通道芯片侧壁面的指定位置处，加入间隔很小的凹槽，由于中间相隔薄层的刚度很小，可以在通道内部流动液体的作用下产生变形和振动。实验结果显示，相同流动条件下，设计有凹槽结构的微通道能够明显调节生成液滴的大小及其均匀度。
本发明所述微通道在常规微尺度通道的基础之上，对通道侧壁面的结构做了改进，主要结构如下：
通道侧壁面指定位置可动的微流控芯片，该芯片包括盖片6和基片7，盖片6和基片7相配合组成芯片的主体结构；所述盖片6含有微通道结构；盖片6的结构包括离散相入口1、侧通道2、连续相入口3、主通道4、出口5、凹槽结构A8、凹槽结构B9；离散相入口1、侧通道2、连续相入口3、主通道4、出口5构成的区域是芯片工作时流体流动的区域；凹槽结构A8和凹槽结构B9对称设置在盖片6的主通道4两侧，凹槽结构A8与主通道4之间、凹槽结构B9与主通道4之间组成可动壁面；主通道4的两端分别为连续相入口3、出口5；主通道4的侧面连接有侧通道2，侧通道2的端部为离散相入口1。
盖片6和基片7均由PDMS材料制成。
常规微尺度通道未设凹槽结构A8和凹槽结构B9；所述可动壁面为固体PDMS薄层，该固体PDMS薄层的变形能力由凹槽结构A8、凹槽结构B9与主通道4的位置和间距决定，凹槽结构A8、凹槽结构B9与主通道4之间的间距要足够小于主通道的宽度和高度，该固体PDMS薄层在主通道4的内部流体流动作用下发生变形，同时，凹槽结构A8和凹槽结构B9为主通道4变形提供了空间。
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3流入，两者在侧通道2和主通道4的连接处交汇，离散相液体破碎形成液滴并随连续相一起往下游流动，最终通过出口5流出芯片。在流动过程中，由于PDMS材料本身具有弹性，并且在凹槽结构A8和凹槽结构B9处具有较小的抗弯刚度以及变形的空间，使得PDMS薄层在液体作用下发生变形以及振动，进而影响液体的流动以及液滴的生成过程。
本发明可以通过在微通道侧壁面指定区域制作可变形结构，影响液体流动，进而达到调节液滴生成的作用。
附图说明
图1是本发明基于微通道的侧壁面指定位置可动的微流控芯片的三维总体轮廓示意图。
图2是本发明基于微通道的侧壁面指定位置可动的微流控芯片中可变形壁面部分的横截面示意图。
图3是本发明基于微通道的侧壁面指定位置可动的微流控芯片的工作过程示意图。
图中：1、离散相入口，2、侧通道，3、连续相入口，4、主通道，5、出口，6、盖片，7、基片，8、凹槽结构A，9、凹槽结构B。
注：
1、由于微通道尺寸远小于芯片尺寸，用实际尺寸表示微流控芯片时不能清晰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。
2、图4中提供的数据为水油两相流速比为1/2的条件下测得的。
具体实施方式
下面结合结构附图对发明基于微通道的侧壁面指定位置可动的微流控芯片的工作过程和作用效果进行详细说明。
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3流入，两者在侧通道2和主通道4的连接处交汇，离散相液体破碎形成液滴并随连续相一起往下游流动，最终通过出口5流出芯片。在流动的过程中，由于PDMS材料本身具有弹性，并且在凹槽结构A8和凹槽结构B9处具有较小的抗弯刚度以及变形的空间，使得PDMS薄层在液体作用下发生变形以及振动，进而影响液体的流动以及液滴的生成过程。
凹槽结构A8、凹槽结构B9与主通道4之间的间距间距要小于主通道宽度的1/3，同时也要小于主通道高度的1/3。
图1为基于微通道的侧壁面指定位置可动的微流控芯片的三维总体轮廓示意图。该芯片包含离散相入口1、侧通道2、连续相入口3、主通道4、出口5、盖片6、基片7、凹槽结构A8、凹槽结构B9。图3是本发明基于微通道的侧壁面指定位置可动的微流控芯片的工作过程示意图。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速度，使其生成微液滴，并保持该流速一段时间使流动状态稳定，然后进行液滴生成记录实验。为了验证该发明对于调整液滴生成的有效性，利用相同结构的侧壁面不能变形的常规微流控芯片进行了对比实验。两组实验的液滴大小均匀度如图4所示，侧壁面可变形的微通道生成的液滴大小要相对均匀，可见本发明能够明显地影响液滴的生成。

Claims (2)

1.通道侧壁面指定位置可动的微流控芯片，其特征在于：该芯片包括盖片(6)和基片(7)，盖片(6)和基片(7)相配合组成芯片的主体结构；所述盖片(6)含有微通道结构；盖片(6)的微通道结构包括离散相入口(1)、侧通道(2)、连续相入口(3)、主通道(4)、出口(5)、凹槽结构A(8)、凹槽结构B(9)；离散相入口(1)、侧通道(2)、连续相入口(3)、主通道(4)、出口(5)构成的区域是芯片工作时流体流动的区域；凹槽结构A(8)和凹槽结构B(9)对称设置在盖片(6)的主通道(4)两侧，凹槽结构A(8)与主通道(4)之间、凹槽结构B(9)与主通道(4)之间组成可动壁面；主通道(4)的两端分别为连续相入口(3)、出口(5)；主通道(4)的侧面连接有侧通道(2)，侧通道(2)的端部为离散相入口(1)；
盖片(6)和基片(7)均由PDMS材料制成；凹槽结构A(8)、凹槽结构B(9)与主通道(4)之间的间距间距要小于主通道宽度的1/3，同时也要小于主通道高度的1/3。
2.根据权利要求1所述的通道侧壁面指定位置可动的微流控芯片，其特征在于：本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(3)流入，两者在侧通道(2)和主通道(4)的连接处交汇，离散相液体破碎形成液滴并随连续相一起往下游流动，最终通过出口(5)流出芯片；在流动过程中，由于PDMS材料本身具有弹性，并且在凹槽结构A(8)和凹槽结构B(9)处具有较小的抗弯刚度以及变形空间，使得固体PDMS薄层在液体作用下发生变形以及振动，进而影响液体的流动以及液滴的生成过程。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106362811B (zh) * 2016-08-29 2018-07-13 北京工业大学 一种测量壁面可变形通道中压力变化的微流控芯片
CN106378217B (zh) * 2016-12-06 2018-04-06 太原理工大学 可生成油‑水‑油和水‑油‑水两种液滴的微流控芯片

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008097559A2 (en) * 2007-02-06 2008-08-14 Brandeis University Manipulation of fluids and reactions in microfluidic systems
US20100018584A1 (en) * 2008-07-28 2010-01-28 Technion Research & Development Foundation Ltd. Microfluidic system and method for manufacturing the same
CN103406161A (zh) * 2013-07-05 2013-11-27 复旦大学 一种能产生精确液滴的数字微流芯片
CN103805511B (zh) * 2014-02-18 2015-10-28 国家纳米科学中心 可在高倍物镜下直接观测的动脉血管模拟微流控装置
CN104084247B (zh) * 2014-06-30 2017-02-08 北京工业大学 基于t形微通道的弹性壁面微流控芯片
CN104525286B (zh) * 2014-12-21 2016-06-08 北京工业大学 基于t型通道实现液滴同步融合的微流控芯片
CN104888875B (zh) * 2015-07-01 2017-03-01 北京工业大学 基于微通道的下壁面指定位置可动的微流控芯片

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