CN108246187A - 一种微流体芯片生产乳液或者气泡的方法 - Google Patents

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Abstract

一种微流体芯片生产乳液或者气泡的方法，包括以下步骤：(1)使用工程绘图软件AutoCAD或Clewin5绘制二维平面的微流体管道图；(2)在透明塑料薄膜上打印出管道模板，管道颜色为黑色，其余部分仍为透明塑料薄膜，使用紫外光刻蚀技术刻蚀光固化聚合物SU‑8，在硅片上制备倒模；(3)将倒模放置于敞口的培养皿或者玻璃皿内，使用聚二甲基硅氧烷和固化剂按照10∶1的比例调匀，仔细倾倒于倒模上，使聚二甲基硅氧烷厚度约为3到5毫米，放入70度烘箱加热1小时，固化聚二甲基硅氧烷；(4)揭模得固化后的微流体管道，将微流体管道与玻璃片基底使用紫外等离子体方法键合，得微流体芯片；(5)使用微流体芯片生产乳液或者气泡。

Description

一种微流体芯片生产乳液或者气泡的方法
技术领域
本发明涉及微流体、微制造技术领域，具体地说，是涉及一种微流体芯片生产乳液或者气泡的方法。
背景技术
液滴微流体技术已经被广泛应用于许多的化学和生物领域中，由于其对于单一液滴性质的高度可控性，也往往被人们称为“数字化流体”、“可编程的流体”。借助于现代微米、纳米制造技术的发展和进步，人们可以设计并制造出尺寸类似小型电子元件的微流体芯片/平台，来进行对于微液滴的快速控制或者反应。阶梯式乳化(step-emulsification)微流体技术是其中一种得到广泛使用的液滴微流体技术，它根据流体力学中的柏普拉托--瑞利不稳定性原理(Plateau-Rayleigh Instability)，使得乳化的液滴大小均一、尺寸微小，受到了研究者的高度重视。
然而，传统的宏观乳化方式缺乏对于乳液液滴的精确调控，传统的阶梯乳化微流体反应又往往只能在低流速，低流量下运行，为了保证液滴的高度均一性，不得不牺牲了反应的通量。我们在此提出一种全新的微流体管道设计方法，该方法通过集成数条乃至数十条平行的阶梯式微流体管道，可以保证微流体芯片在高通量、高流速下运行，同时兼顾了流体的层流性质，确保了生产的液滴连续、均一、可控，另外我们在微流体通道中加入了微柱状过滤器的设置，可以保证微流体反应不受杂质、堵塞的影响，反应可以持续进行24小时以上。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种微流体芯片生产乳液或者气泡的方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种微流体芯片生产乳液或者气泡的方法，包括以下步骤：
1.使用工程绘图软件AutoCAD或Clewin5绘制二维平面的微流体管道图，设计的最小部件尺寸应不小于5微米；
2.在透明塑料薄膜上打印出管道模板，管道颜色为黑色，其余部分仍为透明塑料薄膜，使用紫外光刻蚀技术刻蚀光固化聚合物SU-8，在硅片上制备出高度为20-30微米的微流体管道的倒模；
3.将步骤(2)得到的倒模放置于敞口的培养皿或者玻璃皿内，使用聚二甲基硅氧烷和固化剂按照10∶1的比例调匀，仔细倾倒于倒模上，使聚二甲基硅氧烷厚度约为3到5毫米，放入70度烘箱加热1小时，固化聚二甲基硅氧烷，作为制作微流体管道的原材料；
4.揭模得到固化后的微流体管道，将固化后的聚二甲基硅氧烷微流体管道与玻璃片基底使用紫外等离子体方法键合，得到微流体芯片；
5.使用微流体芯片生产乳液或者气泡。
进一步地，步骤4中所述微流体通道包括两个进口，一个出口；每个进口包括一个微流体柱状过滤，气液/液液共流喷嘴处包括由多条阶梯型微管道组成的平行集成式微管道。
进一步地，步骤4中微流体芯片全部管道总体高度约为25微米，喷嘴处高度约为5微米，喷嘴宽度约为10微米，喷嘴后方蓄液池管道宽度约为1毫米，过滤柱之间的间隔约为5微米，其余普通管道宽度约为50微米。
本发明的微流体芯片生产乳液或者气泡的方法相比于传统的微流体乳化技术，具有以下
有益效果：
1.大大地提高乳液液滴的生产通量；
2.并能保持乳液液滴的尺寸均一性；
3.本技术中的微流体过滤器装置还可以有效地过滤反应溶剂中的固态杂质、灰尘以及溶剂中析出的沉淀物颗粒，使反应可以长时间运行，可以连续工作的时间比没有过滤装置的微流体反应器延长了数倍乃至数十倍；
4.在适度调节微流体管道内表面的润湿性的前提下，本装置可以进一步用作制备水一油乳液，或者双乳液等更复杂多样的乳液体系。
本发明有着广泛的工业化、商业化应用前景，可以被应用于(制造)化学微反应器、化妆品、环保产业、医疗产业、实验室研发、快速生化分析装置等领域，创造可观的经济效益。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
附图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种微流体芯片生产乳液或者气泡的方法，包括一个玻璃片基底和设计在基底上的一条由聚二甲基硅氧烷(PDMS)所组成微流体通道，该微流体通道包括两个进口，一个出口；每个进口包括一个微流体柱状过滤，气液/液液共流喷嘴处包括由多条阶梯型微管道组成的平行集成式微管道。通过设计和控制微流体管道各部分的的尺寸、形状，可以使得微流体芯片能在较长时间下连续稳定运行，生产出粒径单一分散的乳液或气泡，并可以保持生产的高通量。
本方法所涉及的玻璃基底为正常的显微镜用载玻片，聚二甲基硅氧烷为(CAS号：9016-00-6)商品级，光固化聚合物SU-8(2025)为商品级。
该方法具体包括以下步骤：
1.使用工程绘图软件AutoCAD或Clewin5绘制二维平面的微流体管道图，设计的最小部件尺寸应不小于5微米；
2.在透明塑料薄膜上打印出管道模板，管道颜色为黑色，其余部分仍为透明塑料薄膜，使用紫外光刻蚀技术(soft-lithography)刻蚀光固化聚合物SU-8(2025)，可以在硅片上制备出高度为20～30微米的微流体管道的倒模；
3.将上一步得到的倒模放置于敞口的培养皿或者玻璃皿内，使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和固化剂按照10∶1的比例调匀，仔细倾倒于倒模上，使聚二甲基硅氧烷PDMS厚度约为3到5毫米，放入70度烘箱加热1小时，即可固化聚二甲基硅氧烷PDMS，作为制作微流体管道的原材料；
4.揭模即得到固化后的微流体管道，将固化后的聚二甲基硅氧烷PDMS微流体管道与玻璃片基底使用紫外等离子体(UV plasma treatment)方法键合，就得到了最终的微流体芯片；
5.使用微流体芯片生产乳液或者气泡。
本方法制备的PDMS微流体芯片全部管道总体高度约为25微米，喷嘴处进行特殊化处理高度约为5微米。喷嘴宽度约为10微米，蓄液池管道宽度约为1毫米，过滤柱之间的间隔约为5微米，其余普通管道宽度约为50微米。以上尺寸均可根据生产需要实际调节。
本方法适用的流体很广，包括水相流体(比如水和其他物质的水溶液)、油相流体(比如与水不互溶的有机溶液)、气相流体(比如氮气，氧气，空气或其他气体的混合物)，要求水相与油相(或气体)互不相溶或者溶解度较低。在室温和正常大气压下即可反应。在生产或使用的过程中，一般以油相流体或者气体作为分散相，以水相流体作为连续相，进行乳液液滴的制备。所得到的乳液为油/水乳液或者微米气泡水溶液。
应该理解，尽管参考其示例性的实施方案，已经对本发明进行具体地显示和描述，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不背离由权利要求书所定义的本发明的精神和范围的条件下，可以在其中进行各种形式和细节的变化，可以进行各种实施方案的任意组合。

Claims (3)

1.一种微流体芯片生产乳液或者气泡的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)使用工程绘图软件AutoCAD或Clewin5绘制二维平面的微流体管道图，设计的最小部件尺寸应不小于5微米；
(2)在透明塑料薄膜上打印出管道模板，管道颜色为黑色，其余部分仍为透明塑料薄膜，使用紫外光刻蚀技术刻蚀光固化聚合物SU-8，在硅片上制备出高度为20-30微米的微流体管道的倒模；
(3)将步骤(2)得到的倒模放置于敞口的培养皿或者玻璃皿内，使用聚二甲基硅氧烷和固化剂按照10∶1的比例调匀，仔细倾倒于倒模上，使聚二甲基硅氧烷厚度约为3到5毫米，放入70度烘箱加热1小时，固化聚二甲基硅氧烷，作为制作微流体管道的原材料；
(4)揭模得到固化后的微流体管道，将固化后的聚二甲基硅氧烷微流体管道与玻璃片基底使用紫外等离子体方法键合，得到微流体芯片；
(5)使用微流体芯片生产乳液或者气泡。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中所述微流体通道包括两个进口，一个出口；每个进口包括一个微流体柱状过滤，气液/液液共流喷嘴处包括由多条阶梯型微管道组成的平行集成式微管道。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(4)中微流体芯片全部管道总体高度约为25微米，喷嘴处高度约为5微米，喷嘴宽度约为10微米，喷嘴后方蓄液池管道宽度约为1毫米，过滤柱之间的间隔约为5微米，其余普通管道宽度约为50微米。
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