CN105536896A - 下壁面外凸的微流控芯片 - Google Patents

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Abstract

下壁面外凸的微流控芯片，该芯片包括盖片、薄膜层和基片，所述盖片、薄膜层和基片依次相配合组成芯片的整体结构；所述盖片含有微通道结构；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，两者在侧通道和主通道的连接处交汇，离散相液体破碎形成液滴/气泡并随连续相一起往下游流动，最终通过出口流出芯片。在流动过程中，由于通道局部有扩张结构，可以调节通道内部的压力进而影响液滴的生成过程，改变液滴/气泡稳定生成时的边界条件。本发明可以通过在微通道下壁面指定区域制作外凸结构，影响液体流动，进而达到调节液滴/气泡生成的作用。

Description

下壁面外凸的微流控芯片
技术领域
本发明涉及一种基于常规微流控芯片，改进下壁面结构，使其下壁面外凸以达到调整液滴或气泡生成的新型微流控芯片。
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。现阶段，主流形式的微流控芯片多由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或生物等实验室的各种功能。微流控芯片的基本特征和最大优势是多种单元技术在微小可控平台上灵活组合和规模集成。
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，通过改变其下壁面的形状使其指定位置外凸成曲面，以达到调节液滴/气泡生成效果的目的。本发明所述结构在常规微尺度通道的基础之上，对通道下壁面的形状做了改动，主要结构如下：
通道下壁面指定位置外凸的微流控芯片，该芯片包括盖片6、薄膜层7和基片8，所述盖片6、薄膜层7和基片8依次相配合组成芯片的整体结构；所述盖片6含有微通道结构；该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；主通道4下壁面位置处设有外凸结构；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；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；基片8上带有矩形凹槽结构。
所述盖片6、薄膜层7和基片8均由PDMS材料制成。
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/气泡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，由于通道局部有扩张结构，可以调节通道内部的压力进而影响液滴的生成过程，改变液滴/气泡稳定生成时的边界条件。
本发明可以通过在微通道下壁面指定区域制作外凸结构，影响液体流动，进而达到调节液滴/气泡生成的作用。
附图说明
图1是本发明下壁面外凸的微流控芯片的三维总体轮廓示意图。
图2是本发明下壁面外凸的微流控芯片中外凸壁面部分的横截面示意图。
图3是本发明下壁面外凸的微流控芯片不同长度外凸下壁面与平整壁面生成气泡的长度与对应离散相气体的压力的散点图。
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、薄膜层，8、基片。
注：图3中提供的数据为连续相油速保持在3μl/min的条件下测得的。
具体实施方式
下面结合结构附图对发明下壁面外凸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/气泡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，由于通道局部有扩张结构，可以调节通道内部的压力进而影响液滴的生成过程，改变液滴/气泡稳定生成时的边界条件。
图1-2所示为下壁面外凸的微流控芯片的三维总体轮廓示意图及横截面示意图。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、薄膜层7、基片8。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，使其生成微气泡，并保持该流速一段时间使流动状态稳定，然后进行气泡生成记录实验。为了验证该发明对于调整气泡生成的有效性，实验对比相同结构的外凸下壁面和平整下壁面的微流控芯片，其中外凸下壁面制作了三种不同长度的外凸长度。
两组实验的气泡长度如图3所示，生成同等长度的气泡下壁面外凸的微通道所用的离散相压力较小，且外凸长度越长离散相压力越小，可见本发明能够明显地影响气泡的生成。

Claims (3)

1.下壁面外凸的微流控芯片，该芯片为通道下壁面指定位置外凸的微流控芯片，其特征在于：该芯片包括盖片(6)、薄膜层(7)和基片(8)，所述盖片(6)、薄膜层(7)和基片(8)依次相配合组成芯片的整体结构；所述盖片(6)含有微通道结构；该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)；主通道(4)下壁面位置处设有外凸结构；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；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)；基片(8)上带有矩形凹槽结构。
2.根据权利要求1所述的下壁面外凸的微流控芯片，其特征在于：所述盖片(6)、薄膜层(7)和基片(8)均由PDMS材料制成。
3.根据权利要求1所述的下壁面外凸的微流控芯片，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/气泡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，由于通道局部有扩张结构，调节通道内部的压力进而影响液滴的生成过程，改变液滴/气泡稳定生成时的边界条件。
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