CN108004136A - 一种微流控液滴生成芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微流控液滴生成芯片，包括基板及多个液滴生成单元，液滴生成单元包括储油池、储水池、油相流道、水相流道、液滴流道和液滴转移管，基板包括相对设置的第一表面和第二表面，储油池、储水池设在基板第一表面上，油相流道、水相流道和液滴流道嵌设在基板内；液滴流道的相对两端分别设有混合入口和液滴出口；油相流道与水相流道的一端均交汇于混合入口，油相流道和水相流道的另一端分别连通至储油池和储水池；液滴转移管设在基板上，液滴出口与液滴转移管的内腔相连通，液滴转移管具有设于基板第二表面的延伸部，延伸部用于连接液滴收集器。该芯片可提高分析样品的通量，生成的液滴能较充分地转移出去。
Description
技术领域
本发明涉及液滴微流控芯片技术领域，尤其涉及一种微流控液滴生成芯片。
背景技术
数字PCR(Digital PCR)技术是继一代普通PCR、二代荧光定量PCR之后的第三代PCR技术。其原理是将含有待测核酸分子的荧光定量PCR反应体系分散至数以万计的微体积单元，每个微体积不含或至多只包含1个待测核酸分子。每个微体积作为一个独立的反应单元，扩增完成后，只有包含待测核酸分子的微体积单元才能产生荧光信号。逐个检测每个微体积单元的荧光信号，有荧光信号判读为1，无荧光信号判读为0，计数即得到样本中待测核酸分子的拷贝数。
目前，数字PCR根据微滴的生成方式可分为微孔板芯片数字PCR和液滴数字PCR(Droplet Digital PCR)。而液滴数字PCR技术是基于微流控芯片的油包水液滴技术，将每份PCR反应体系分割成很多个液滴，每个液滴都作为一个独立的PCR反应单元，因此，液滴数字PCR提供的液滴数量更多、灵敏度高、测试结果更准确，称为目前市面上采纳度较高的技术。
然而，在实际操作过程中，液滴数字PCR设备的分析样品的通量较低，液滴不能实现自动收集，并不能满足临床上自动化、高通量分析的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种微流控液滴生成芯片，该微流控液滴生成芯片包括多个独立的液滴生成单元，可提高分析样品的通量，生成的液滴能较充分地转移出去。
具体地，本发明提供了一种微流控液滴生成芯片，包括基板及多个并排间隔设置的液滴生成单元，每个所述液滴生成单元包括储油池、储水池、油相流道、水相流道、液滴流道和液滴转移管，所述基板包括相对设置的第一表面和第二表面，所述储油池、储水池设在所述基板的第一表面上，所述油相流道、水相流道和液滴流道嵌设在所述基板内；每个所述液滴流道的相对两端分别设有混合入口和液滴出口；所述油相流道与所述水相流道的一端均交汇于所述混合入口，所述油相流道和所述水相流道的另一端分别连通至所述储油池和所述储水池；所述液滴转移管设在所述基板上，所述液滴出口与所述液滴转移管的内腔相连通，所述液滴转移管还具有设于所述基板的第二表面的延伸部，所述延伸部的出口用于连接液滴收集器。
其中，所述基板的第一表面还设有第一开孔，所述第一开孔与所述液滴转移管的内腔相连通。
其中，所述延伸部具有远离所述基板第二表面的第三端面，所述第三端面与所述基板的第二表面不平行。
其中，所述基板包括相贴合的第一基片和第二基片，所述储油池、储水池设在所述第一基片背离所述第二基片的表面，所述第一表面为所述第一基片背离所述第二基片的表面；所述油相流道、水相流道和液滴流道设在所述第二基片朝向所述第一基片的表面；所述第一基片上分别开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔位于所述储油池与所述油相流道之间，用于将所述储油池与所述油相流道相连通；所述第二通孔位于所述储水池与所述水相流道之间，用于将所述储水池与所述水相流道相连通；
所述液滴转移管设置在所述第二基片上，且所述延伸部凸设于所述第二基片背离所述第一基片的一面；所述第二表面为所述第二基片背离所述第一基片的表面；所述第三通孔设在所述第一基片上。
其中，所述液滴转移管还包括第一管道，所述第一管道设置在所述基板上，且部分凸设于所述基板的第一表面；所述第一管道内设有缓冲块，所述缓冲块将所述第一管道的内腔分隔为第一腔体、第二腔体及连通在所述第一腔体和所述第二腔体之间的通道；
所述第一腔体与所述液滴出口相连通，所述第二腔体与所述液滴转移管的延伸部相连通，以使生成的液滴依次流经所述第一腔体、所述通道、所述第二腔体并通过所述延伸部的出口转移出去。
其中，所述缓冲块的相对两端分别连接至所述第一管道的内壁，所述第一管道具有远离所述基板的第一表面的第一端面，所述缓冲块具有朝向所述第一端面的第二端面，所述第二端面内缩在所述第一管道内。
其中，所述第一腔体包括相对设置的第一开口端和第二开口端，所述第二腔体包括相对设置的第三开口端和第四开口端，在靠近所述第二开口端处，所述液滴出口与所述第一腔体相连通；所述第四开口端与所述延伸部相连通；所述第一开口端、第三开口端均朝向所述第一端面，且所述第一开口端距所述第一端面的距离小于所述第三开口端距所述第一端面的距离。
其中，所述基板包括第一基片和第二基片，所述储油池、储水池设在所述第一基片背离所述第二基片的表面，所述第一表面为所述第一基片背离所述第二基片的表面；所述油相流道、水相流道和液滴流道设在所述第一基片朝向所述第二基片的表面；所述第一基片上分别第一通孔和第二通孔，所述第一通孔位于所述储油池与所述油相流道之间，用于将所述储油池与所述油相流道相连通；所述第二通孔位于所述储水池与所述水相流道之间，用于将所述储水池与所述水相流道相连通；
所述液滴转移管设置在所述第一基片上，且所述延伸部凸设于所述第一基片朝向所述第二基片的表面；所述第一管道部分凸设于所述第一基片背离所述第二基片的表面，所述第一表面与第二表面分别为所述第一基片的两个相对表面；所述缓冲块还具有与所述第二端面相对设置的第三端面，所述第三端面与所述第二基片表面贴合；
所述第二基片与所述第一基片相贴合，并封闭所述油相流道、水相流道和液滴流道，以及所述第一通孔和第二通孔靠近底板的开口端及所述第一腔体的第二开口端。
其中，所述基板包括依次贴合的上基片、中基片和底板，所述储油池和储水池设在所述上基片背离所述中基片的表面，所述第一管道设在所述上基片上，且部分凸设于所述上基片背离所述中基片的表面；所述缓冲块还具有与所述第二端面相对设置的第三端面，所述第三端面与所述中基片表面贴合；所述延伸部凸设于所述上基片朝向所述中基片的表面，所述第一表面与第二表面分别为所述上基片的两个相对表面；
所述油相流道、水相流道和液滴流道设在所述中基片朝向所述底板的表面；所述上基片、中基片上分别设有与所述储油池的内腔相对应的第四通孔和第五通孔，所述第四通孔和第五通孔用于将所述储油池与所述油相流道相连通；所述上基片、中基片上分别设有与所述储水池的内腔相对应的第六通孔和第七通孔，所述第六通孔和第七通孔用于将所述储水池与所述水相流道相连通；所述中基片上还设有与所述第一腔体相对应的第八通孔，所述第八通孔用于将所述第一腔体与所述液滴流道相连通；
所述底板与所述中基片相贴合，并封闭所述油相流道、水相流道和液滴流道、以及所述第五通孔、第七通孔和第八通孔靠近底板的一开口端。
其中，所述第一腔体的内径小于所述第二腔体的内径；所述第二腔体的内径等于所述延伸部的内径。
其中，沿所述储油池的入口向所述混合入口的方向，所述油相流道的流道内径在靠近所述混合入口处逐渐减小；沿所述储水池的入口向所述混合入口的方向，所述水相引入流道的流道内径在靠近所述混合入口逐渐减小。
其中，所述水相流道的宽度范围为10-200μm；所述油相流道的宽度范围为20-200μm；所述液滴流道的宽度为30-200μm；所述油相流道、水相流道和液滴流道的深度范围均为10-100μm。
其中，所述储油池的内腔直径为0.2-0.6mm，所述储油池的高度为2-6mm；所述储水池的内腔直径为0.2-0.6mm，所述储油池的高度为2-6mm。
本发明提供的所述微流控液滴生成芯片中，包括了多个并排设置的液滴生成单元，可以同时对多个样本进行处理，分别生成多个独立的液滴，满足了高通量分析的需求，此外，生成的液滴可以通过对应的液滴转移管充分地转移到相应的液滴收集器中，可避免液滴之间的交叉污染，实现了液滴的自动收集。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1是本发明一实施例中微流控液滴生成芯片的透视图；
图2是图1中芯片的流道结构示意图；
图3为图1中芯片的俯视轴侧图；
图4为图1中芯片的另一轴侧图；
图5为图1中芯片的分解图(俯视角度)；
图6为图1中芯片的另一分解图(仰视角度)；
图7为图1中芯片沿A-A方向的剖视图(沿同时穿过同一液滴生成单元的储油池和储水池的对称轴的AA方向)；
图8为本发明另一实施例中微流控液滴生成芯片的透视图；
图9为图8中芯片的俯视轴侧图；
图10为图8中芯片的另一轴侧图；
图11为图9中第一管道18的放大俯视示意图；
图12为图8中芯片的剖视图(沿同时穿过同一液滴生成单元的储油池和储水池对称轴的方向)；
图13为图8中芯片的分解图(俯视角度)；
图14为图13中芯片的第一基片30的仰视轴侧图；
图15为本发明又一实施例中微流控液滴生成芯片的分解图；
图16为图15中芯片的上基片50和下基片60的仰视轴侧图；
图17为图15中芯片的剖视图(沿同时穿过同一液滴生成单元的储油池和储水池的对称轴的方向)；
图18为利用本发明实施例提供的微流控液滴生成芯片生成的液滴图。
主要附图标记如下：基板1，基板的第一表面101，第二表面102，液滴生成单元100，储油池11、储水池12、油相流道13、水相流道14、液滴流道15，液滴转移管16，延伸部17，延伸部17的第四端面171，第一管道18，缓冲块19，第一腔体80，第二腔体90，通道70，第一管道18的第一端面181，缓冲块19的第二端面191。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例及相应附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
请一并参阅图1-图4，本发明一实施例提供了一种微流控液滴生成芯片，用于液滴的生成，尤其适用于油包水性液滴的生成。
具体地，该微流控液滴生成芯片包括基板1及并排间隔设置在基板1上的多个独立的液滴生成单元100，每个液滴生成单元100包括储油池11、储水池12、油相流道13、水相流道14、液滴流道15。这里，液滴生成单元100的数目可以为8-16等，其数目可根据所需同时处理的样本量来设计。所述储油池11、储水池12均具有一定体积的空腔，储油池11是为了装载一定体积的油相试剂，油相流道13是油相试剂的流动通道。储水池12是为了装载一定体积的水相样本，水相流道14是水相样本的流动通道。水相样本包括但不限于PCR反应液(聚合酶链式反应液)，例如为DNA目标片段、PCR引物、PCR反应酶和底物的混合液。液滴的形成过程下文将继续描述。
所述基板1包括相对设置的第一表面101和第二表面102，所述储油池11、储水池12设在所述基板的第一表面101上，所述油相流道13、水相流道14和液滴流道15嵌设在所述基板1内；每个所述液滴流道15的相对两端分别设有混合入口151和液滴出口152；所述油相流道13与所述水相流道14的一端均交汇于所述混合入口151，所述油相流道15的另一端连通至所述储油池11，所述水相流道14的另一端连通至所述储水池12。液滴生成单元100还包括液滴转移管16，液滴转移管16设在基板1上，所述液滴出口152与所述液滴转移管16的内腔相连通，所述液滴转移管16具有设于所述基板第二表面102的延伸部17，所述延伸部17具有一出口，该出口用于连接液滴收集器(图未示出)。其中，延伸部17可接入的液滴收集器包括但不限于是PCR八联管，还可以是试管、试剂瓶等。可选地，所述延伸部17凸出基板的第二表面102的长度为1-3mm，这样可便于更好地连接液滴收集器。
油相试剂经储油池11加入并在油相流道13中流动，水相样本经储水池12加入并在水相流道14中流动，油相试剂与水相样本在液滴流道15的混合入口151处相交汇、混合(如图2中15a)，水相样本在表面张力、油相试剂的剪切作用下，生成很多个油包水型的液滴，相当于形成多个微反应室。生成的液滴流入液滴转移管16后被转移出来。
为使每份水相样本可生成预设数量(例如20-100万)的液滴，可选地，油相试剂在所述油相流道13中的流速为1-100μL/min，优选为5-50μL/min。水相样本在所述水相流道14中的流速为1-100μL/min，优选为5-50μL/min。各流道中流速的控制，可通过从相应的储油池11、储水池12中通入气体压力来控制。此外，通过调节水相和油相试剂的压力差可以实现调节液滴的大小。
所述液滴的大小与芯片中各流道的尺寸密切相关。为使每份水相样本可生成预设数量(例如20-100万)的液滴，可选地，所述油相流道13的深度(或称高度)为10-100μm。所述水相流道14的深度为10-100μm。所述液滴流道15的深度为10-100μm。所述水相流道14的宽度范围为10-200μm；所述油相流道13的宽度范围为20-200μm；所述液滴流道15的宽度范围为30-200μm。
进一步地，参见图2，沿所述储油池11的入口向所述混合入口151的方向，所述油相流道13的流道内径在靠近所述混合入口151处逐渐减小；沿所述储水池12的入口向所述混合入口151的方向，所述水相流道14的流道内径在靠近所述混合入口151处逐渐减小。这样在毛细作用下，混合入口151处的油相试剂将对水相样本进行较有效的“剪切”，使得水相样本上包裹一层油相试剂。最终形成多个均一、稳定、微环境独立的液滴。
可选地，在靠近所述混合入口151处，最窄的流道(包括油相流道13、水相流道14、液滴流道15)的宽度为10-100μm，进一步优选为10-50μm。
为使每份水相样本可生成预设数量(例如20-100万)的液滴，可选地，所述储油池11的内腔直径为0.2-0.6mm，所述储油池11的高度为2-6mm。所述储水池13的内腔直径为0.2-0.6mm，所述储水池的高度为2-6mm。
可选地，沿所述基板的第一表面101向第二表面102的方向，所述储油池11与所述储水池12的腔体内径逐渐减小。
本实施例中，液滴生成单元100中的流道为“夹流聚集”式结构。油相流道13在靠近储油池11的出口处分支为两个分流道，这2个分流道汇聚于油相流道13和水相流道14的交汇处，即所述混合入口151处。各个流道及流道口的形状并不限于图2中所示，还可以为T型、Y型、十字交叉型等液滴生成流道结构。这里不再进行一一阐述。而储油池11、储水池12的截面也不限于为圆形，可以根据实际需要设计成其他图形。
本实施例中，所述液滴转移管16是上下打通的。具体地，所述基板1的第一表面还设有第一开孔103，所述第一开孔103与所述液滴转移管16上下相对应地设置，且所述第一开孔103与所述液滴转移管16的内腔相连通(内部结构可具体参见图7)。这样的结构设计，可在生成的微滴过于微小时，可从所述第一开孔103通入一定量气体，使微滴顺畅地从所述液滴转移管16转移出去，不致于因液滴比油轻从而聚集在通道出口的上表面而挂在所述液滴转移管106内。进一步地，第一开孔103与液滴转移管16的内腔同轴设置，且两者尺寸相同。
其中，所述延伸部17垂直与所述基板的第二表面102，所述延伸部17具有远离所述基板第二表面102的第四端面171(如图4所示)，所述第四端面171与所述基板的第二表面102不平行，成一定夹角。即，所述延伸部17背离基板第二表面102的一端具有倒角。该第四端面171的存在，这样是便于基板1在制作过程中与模具相分离。
下面从上述芯片的制备角度来介绍其组成，请一并参阅如图5和图6所示的芯片分解图，以及图7所示的整体芯片截面图。所述基板1包括相贴合的第一基片10和第二基片20，所述储油池11、储水池12凸设在所述第一基片10背离所述第二基片20的表面上，所述油相流道13、水相流道14和液滴流道15凹设在所述第二基片20朝向所述第一基片10的表面。上文提及的基板的第一表面101在这里指所述第一基片10背离所述第二基片20的表面。
所述第一基片10上分别开设有第一通孔110和第二通孔120。所述第一通孔110与所述储油池11的内腔相连通，第一通孔110还与所述油相流道13的一端相连通，在第一基片10与第二基片20上下贴合之后，所述第一通孔110就位于所述储油池11与所述油相流道13之间，第一通孔110用于将所述储油池11与所述油相流道13相连通。所述第二通孔120与所述储水池12的内腔相连通，第二通孔120还与所述水相流道14的一端相连通，在第一基片10与第二基片20上下贴合之后，所述第二通孔120就位于所述储水池12与所述水相流道14之间，第二通孔120用于将所述储水池12与所述水相流道14相连通。进一步地，所述第一通孔110与所述储油池11的内腔同轴对应设置，且所述第一通孔110的尺寸与所述储油池11的内腔尺寸相等；所述第二通孔120与所述储水池12的内腔同轴对应设置，且所述第二通孔120的尺寸与所述储水池12的内腔尺寸相等。
所述液滴转移管16设置在所述第二基片20上，所述液滴流道15的液滴出口与所述液滴转移管16的内腔相连通，且所述延伸部17凸设于所述第二基片20背离所述第一基片10的一面。带第四端面171的延伸部17可便于第二基片20在制作完液滴转移管16后，便捷地与模具相分离。而上述提及的基板的第二表面102在这里是指所述第二基片20背离所述第一基片10的表面；上述提及的第一开孔103是设在所述第一基片10上。
所述第一基片10上的各结构(如储油池11、储水池12)可以通过注塑成型的方式加工；所述第二基片20上的各结构(液滴转移管16)也可以通过注塑成型的方式加工。此外，对于上述芯片的各流道(油相流道、水相流道和液滴流道)可以采用激光雕刻法或电路板雕刻机(主要采用旋转铣刀)加工出。
将所述第一基片10和第二基片20的贴合封接的方式为紫外臭氧低温封接。在将所述第一基片10和第二基片20进行贴合封接后，可使第二基片20中的油相流道13、水相流道14和液滴流道15被所述第一基片10封闭形成封闭流道。同时，也将所述第一通孔110靠近油相流道13的开口端、所述第二通孔120靠近水相流道14的开口端进行了封闭，这样也间接地实现储油池11与储水池12底部的封闭。
可选地，本实施例中，所述第二基片20与第一基片10的面积相等。可选地，所述第一基片10的厚度为1-4mm；所述第二基片20的厚度为1-4mm。可选地，第一基片10、第二基片20的材质可为玻璃或硬质高分子聚合物(例如PMMA，PC，COC，PS等)。
优选地，在将所述第一基片10与所述第二基片20进行贴合封接之后，还包括：对所述油相流道13、水相流道14、液滴流道15进行表面处理。所述表面处理包括亲水化处理或疏水化处理。对于油相流道13和液滴流道15是进行疏水化处理，而对于水相流道14则是进行亲水化处理。具体来说，所述亲水化处理可采用氧等离子体来处理，但不限于此。所述疏水化处理可采用疏水硅烷化试剂(如氟代烷基硅烷)来进行，但不限于此。
接下来介绍本发明另一实施例提供的微流控液滴生成芯片，请一并参阅图8-图12，该微流控液滴生成芯片包括基板1及并排间隔设置在基板1上的多个独立的液滴生成单元，每个液滴生成单元包括储油池11、储水池12、油相流道13、水相流道14、液滴流道15。所述基板1包括相对设置的第一表面101和第二表面102，所述储油池11、储水池12设在所述基板的第一表面101上，所述油相流道13、水相流道14和液滴流道15嵌设在所述基板1内；每个所述液滴流道15的相对两端分别设有混合入口151和液滴出口152；所述油相流道13与所述水相流道14的一端均交汇于所述混合入口151，所述油相流道15的另一端连通至所述储油池11，所述水相流道14的另一端连通至所述储水池12。液滴生成单元还包括液滴转移管16’，液滴转移管16’位于基板1上，所述液滴出口152与所述液滴转移管16’的内腔相连通，所述液滴转移管16’包括凸设于所述基板的第二表面102的延伸部17，所述延伸部17的出口用于连接液滴收集器(图未示出)。其中，所述延伸部17垂直与所述基板的第二表面102，所述延伸部17具有远离所述基板第二表面102的第四端面171，所述第四端面171与所述基板的第二表面102不平行，成一定夹角。以上这些各部件的构造及结构已在图1-图7中进行了详细介绍，这里不再赘述。
与图1-图7所示微流控液滴生成芯片的不同之处在于，本实施例中的所述液滴转移管16’还包括第一管道18，所述第一管道18设置在所述基板1上，且部分凸设于所述基板的第一表面101。参见图10-图12，所述第一管道18内设有缓冲块19，所述缓冲块19将所述第一管道18的内腔分隔为第一腔体80、第二腔体90及连通在所述第一腔体80和所述第二腔体90之间的通道70。通道70位于第一腔体80和所述第二腔体90的上方。所述第一腔体80与所述液滴出口152相连通，所述第二腔体90与所述液滴转移管16的延伸部17相连通，这样生成的液滴从液滴流道15流入第一腔体80后，就能依次流经所述第一腔体80、所述通道70、第二腔体90并通过所述延伸部17的出口转移出去。此外，上述结构的第一管道18的设计，可减少生成的液滴对液滴转移管16内壁的冲击，提高芯片的使用寿命。
进一步地，所述缓冲块19的相对两端分别连接至所述第一管道18的内壁；所述第一管道18具有远离所述基板的第一表面101的第一端面181，所述缓冲块19具有朝向所述第一端面181的第二端面191，所述第二端面181内缩在所述第一管道18内。显然地，所述第二端面191距基板第二表面102的距离低于所述第一端面181距基板第二表面102的距离。这样，液滴在到达延伸步17之前的流动是在整个第一管道18的内腔内进行。
所述缓冲块19还具有与所述第二端面191相对设置的第三端面192，可选地，所述第二端面191在所述基板的第二表面102上的投影面积大于所述第三端面192在所述第二表面102上的投影面积。
进一步地，所述第一腔体80包括相对设置的第一开口端801(图未标上标号)和第二开口端802，在靠近所述第二开口端802处，所述液滴流道15的液滴出口152与所述第一腔体80相连通。所述第二腔体90包括相对设置的第三开口端901和第四开口端902(图为标上标号)，所述第四开口端902与所述延伸部17相连通。所述第一开口端801、第三开口端901均朝向所述第一端面181，且所述第一开口端801距所述第一端面181的距离小于所述第三开口端901距所述第一端面181的距离。即，缓冲块19的第二端面191并不平行于基板表面，从第一腔体80向第二腔体90的方向，所述缓冲块19向下倾斜设置，这样可便于生成的液滴借助重力顺畅地从第一腔体80经由所述缓冲块19上方的通道70流向第二腔体90。
可选地，所述第一腔体80的内径小于所述第二腔体90的内径。所述第二腔体90靠近延伸部17处的内径等于所述延伸部17的内径。这样可便于生成的液滴在第一腔体80内的液面高度均高，液滴较少地在第一腔体80内停留，较快地经由第二腔体90流向液滴转移管16的延伸部。
下面从图8-图12所示出的芯片的制备角度来介绍其分解结构组成，请一并参阅上述图8-图12，以及图13-14图。所述基板1包括第一基片30和第二基片40，所述储油池11、储水池12设在所述第一基片30背离所述第二基片40的表面，所述油相流道13、水相流道14和液滴流道15凹设在所述第一基片30朝向所述第二基片40的表面；上文提及的基板的第一表面101在这里是指所述第一基片30背离所述第二基片40的表面。
所述第一基片30上分别开设有第一通孔310和第二通孔320，所述第一通孔310与所述储油池11的内腔相连通，第一通孔310还与所述油相流道13的一端相连通，在第一基片30与第二基片40上下贴合之后，所述第一通孔310位于储油池11内腔的下方，第一通孔310位于所述储油池11与所述油相流道13之间，第一通孔310用于将所述储油池11与所述油相流道13相连通。所述第二通孔320与所述储水池12的内腔相连通，第二通孔120还与所述水相流道14的一端相连通，在第一基片30与第二基片40上下贴合之后，所述第二通孔320就位于储水池12内腔的下方，第二通孔320就位于所述储水池12与所述水相流道14之间，第二通孔320用于将所述储水池12与所述水相流道14相连通。
所述液滴转移管16设置在所述第一基片30上，其第一管道18也设置在第一基片30上，且第一管道18部分凸设于所述第一基片30背离所述第二基片40的表面，其延伸部17凸设于所述第一基片30朝向所述第二基片40的表面；上述提及的基板的第一表面101与第二表面102分别为所述第一基片30的两个相对表面。所述缓冲块19还具有与所述第二端面191相对设置的第三端面192，所述第三端面192与所述第二基片40的上表面贴合。
将所述第二基片40与所述第一基片30相贴合后，可以封闭所述油相流道13、水相流道14和液滴流道15，以及所述第一通孔310靠近油相流道13的开口端、所述第二通孔320靠近水相流道14的开口端及所述第一腔体80的第二开口端802。这样也间接地实现储油池11与储水池12底部的封闭。
需要注意的是，此实施例中，所述第二基片40与第一基片30的面积不相同，且第一基片30的面积大于第二基片40的面积，第二基片40并没有将延伸部17的出口给封闭住。第二基片40为一完整的平板，未进行任何加工。可选地，所述第二基片40的厚度为1-4mm，进一步可选为0.5-2mm。所述第一基片30的厚度为1-4mm。所述第一基片30上各结构的加工方式、第一基片30和第二基片40的封接方式同上所述，这里不再赘述。可选地，所述第一基片30上的液滴转移管16的第一管道18和延伸部17可以是一体成型的。
下面介绍与图12-图14所示出的芯片略微不同的另一种芯片的分解结构，请一并参阅图15-图17。
该微流控液滴生成芯片的基板包括依次贴合的上基片50、中基片60和底板200。其中，上基板50上的各结构(包括延伸部17、第一管道18等)与上述第一基片30的结构完全一样，这里不再进行描述。底板200也为一完整的平板，未进行任何加工。此外，所述缓冲块的第三端面192是与所述中基片的上表面贴合。
其不同之处在于，所述油相流道13、水相流道14和液滴流道15凹设在所述中基片60朝向所述底板200的表面；所述上基片50、中基片60上分别设有与所述储油池11的内腔相对应的第四通孔501和第五通孔601，其中所述第四通孔501和第五通孔601用于将所述储油池11与所述油相流道13相连通。所述上基片50、中基片60上分别设有与所述储水池12的内腔相对应的第六通孔502和第七通孔602，所述第六通孔502和第七通孔602用于将所述储水池12与所述水相流道14相连通。所述中基片60上还设有与所述第一腔体80相对应的第八通孔603，所述第八通孔603用于将所述第一腔体80与所述液滴流道15相连通。这里的“相对应”设置是指同轴设置，举例来说，所述第四通孔501和第五通孔601与所述储油池11的内腔均是同轴上下地设置，优选地，第四通孔501和第五通孔601的尺寸均与所述储油池11的内腔尺寸相等。
将所述底板200与所述中基片60相贴合后，可以封闭所述油相流道13、水相流道14和液滴流道15、以及所述第五通孔601、第七通孔602和第八通孔603靠近底板200的一开口端。这样也间接地实现储油池11与储水池12底部的封闭。
此种情况下，所述上基片50的面积大于所述中基片60、大于底板200的面积，且中基片60、底板200均没有将上基片50上延伸部17的出口给封闭住。可选地，所述中基片60和底板200的面积相同。
可选地，所述上基片50的厚度为1-4mm；所述中基片60的厚度为1-4mm；所述底板200的厚度为0.5-2mm。
需要注意的是，将图15-图17中芯片的各分解结构组装之后得到的微流控液滴生成芯片，其整体结构与图8-图12所示的液滴微流控芯片极为类似。
利用本发明图1-图17任一图所示的微流控液滴生成芯片进行液滴的生成时，所得液滴的均一性较高(参见图18)，可使CV(变异系数)≤5％。液滴的大小可达到50-100μm。此外，生成的液滴的99％均被转移出去。
需要说明的是，根据上述说明书的揭示和和阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些等同修改和变更也应当在本发明的权利要求的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种微流控液滴生成芯片，其特征在于，包括基板及多个并排间隔设置的液滴生成单元，所述液滴生成单元包括储油池、储水池、油相流道、水相流道、液滴流道和液滴转移管，所述基板包括相对设置的第一表面和第二表面，所述储油池、储水池设在所述基板的第一表面上，所述油相流道、水相流道和液滴流道嵌设在所述基板内；所述液滴流道的相对两端分别设有混合入口和液滴出口；所述油相流道与所述水相流道的一端均交汇于所述混合入口，所述油相流道和所述水相流道的另一端分别连通至所述储油池和所述储水池；所述液滴转移管设在所述基板上，所述液滴出口与所述液滴转移管的内腔相连通，所述液滴转移管具有设于所述基板的第二表面的延伸部，所述延伸部的出口用于连接液滴收集器。
2.根据权利要求1所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述基板的第一表面还设有第一开孔，所述第一开孔与所述液滴转移管的内腔相连通。
3.根据权利要求2所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述基板包括相贴合的第一基片和第二基片，所述储油池、储水池设在所述第一基片背离所述第二基片的表面，所述第一表面为所述第一基片背离所述第二基片的表面；所述油相流道、水相流道和液滴流道设在所述第二基片朝向所述第一基片的表面；所述第一基片上分别开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔位于所述储油池与所述油相流道之间，用于将所述储油池与所述油相流道相连通；所述第二通孔位于所述储水池与所述水相流道之间，用于将所述储水池与所述水相流道相连通；
所述液滴转移管设置在所述第二基片上，且所述延伸部凸设于所述第二基片背离所述第一基片的一面；所述第二表面为所述第二基片背离所述第一基片的表面；所述第三通孔设在所述第一基片上。
4.根据权利要求1所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述液滴转移管还包括第一管道，所述第一管道设置在所述基板上，且部分凸设于所述基板的第一表面；所述第一管道内设有缓冲块，所述缓冲块将所述第一管道的内腔分隔为第一腔体、第二腔体及连通在所述第一腔体和所述第二腔体之间的通道；
所述第一腔体与所述液滴出口相连通，所述第二腔体与所述液滴转移管的延伸部相连通，以使生成的液滴依次流经所述第一腔体、所述通道、第二腔体并通过所述延伸部的出口转移出去。
5.根据权利要求4所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述缓冲块的相对两端分别连接至所述第一管道的内壁；所述第一管道具有远离所述基板的第一表面的第一端面，所述缓冲块具有朝向所述第一端面的第二端面，所述第二端面内缩在所述第一管道内；
所述第一腔体包括相对设置的第一开口端和第二开口端，所述第二腔体包括相对设置的第三开口端和第四开口端，在靠近所述第二开口端处，所述液滴出口与所述第一腔体相连通；所述第四开口端与所述延伸部相连通；所述第一开口端、第三开口端均朝向所述第一端面，且所述第一开口端距所述第一端面的距离小于所述第三开口端距所述第一端面的距离。
6.根据权利要求5所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述基板包括第一基片和第二基片，所述储油池、储水池设在所述第一基片背离所述第二基片的表面，所述第一表面为所述第一基片背离所述第二基片的表面；所述油相流道、水相流道和液滴流道设在所述第一基片朝向所述第二基片的表面；所述第一基片上分别开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔位于所述储油池与所述油相流道之间，用于将所述储油池与所述油相流道相连通；所述第二通孔位于所述储水池与所述水相流道之间，用于将所述储水池与所述水相流道相连通；
所述液滴转移管设置在所述第一基片上，且所述延伸部凸设于所述第一基片朝向所述第二基片的表面；所述第一管道部分凸设于所述第一基片背离所述第二基片的表面，所述第一表面与第二表面分别为所述第一基片的两个相对表面；所述缓冲块还具有与所述第二端面相对设置的第三端面，所述第三端面与所述第二基片表面贴合；
所述第二基片与所述第一基片相贴合，并封闭所述油相流道、水相流道和液滴流道，以及所述第一通孔和所述第二通孔靠近底板的的开口端及所述第一腔体的第二开口端。
7.根据权利要求5所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述基板包括依次贴合的上基片、中基片和底板，所述储油池和储水池设在所述上基片背离所述中基片的表面，所述第一管道设在所述上基片上，且部分凸设于所述上基片背离所述中基片的表面；所述缓冲块还具有与所述第二端面相对设置的第三端面，所述第三端面与所述中基片表面贴合；所述延伸部凸设于所述上基片朝向所述中基片的表面，所述第一表面与第二表面分别为所述上基片的两个相对表面；
所述油相流道、水相流道和液滴流道设在所述中基片朝向所述底板的表面；所述上基片、中基片上分别设有与所述储油池的内腔相对应的第四通孔和第五通孔，所述第四通孔和第五通孔用于将所述储油池与所述油相流道相连通；所述上基片、中基片上分别设有与所述储水池的内腔相对应的第六通孔和第七通孔，所述第六通孔和第七通孔用于将所述储水池与所述水相流道相连通；所述中基片上还设有与所述第一腔体相对应的第八通孔，所述第八通孔用于将所述第一腔体与所述液滴流道相连通；
所述底板与所述中基片相贴合，并封闭所述油相流道、水相流道和液滴流道、以及所述第五通孔、第七通孔和第八通孔靠近底板的开口端。
8.根据权利要求4-7任一项所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述第一腔体的内径小于所述第二腔体的内径；所述第二腔体的内径等于所述延伸部的内径。
9.根据权利要求1-8任一项所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，沿所述储油池的入口向所述混合入口的方向，所述油相流道的流道内径在靠近所述混合入口处逐渐减小；沿所述储水池的入口向所述混合入口的方向，所述水相引入流道的流道内径在靠近所述混合入口逐渐减小。
10.根据权利要求9所述的微流控液滴生成芯片，其特征在于，所述水相流道的宽度范围为10-200μm；所述油相流道的宽度范围为20-200μm；所述液滴流道的宽度为30-200μm；所述油相流道、水相流道和液滴流道的深度范围均为10-100μm；
所述储油池的内腔直径为0.2-0.6mm，所述储油池的高度为2-6mm；所述储水池的内腔直径为0.2-0.6mm，所述储水池的高度为2-6mm。
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