CN108927233A - 一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构及其制作方法，涉及微流控芯片技术领域，其结构包括载体、铺设于载体上的亲水层、设于亲水层上的进液口、出液口以及连接在进液口和出液口之间的微流通道，所述微流通道包括两条疏水壁和双脊柱通道，所述双脊柱通道为疏水性材质制成的双脊柱通道，所述两条疏水壁分别和进液口、出液口连接以形成流体通道，所述双脊柱通道设于流体通道内用于引导流体从进液口单向流向出液口，本发明具有操作稳定，体积小，成本低和使用性广。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片技术领域，特别是涉及一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构及其制作方法。
背景技术
微流控芯片是一种新型的技术平台，在几平方厘米的芯片上，完成常规的化学或生物实验室所涉及的制备、反应、分离、检测等基本操作。微流控芯片在使用时，只需要在出液口的蓄液池中加入待测液体，向进液口所在的储液凹坑中加入待测液体即可。微流控芯片检测装置的优点是，用很少的样品，分析速度快，便于携带。
要实现微流控芯片的分析检测的自动化和集成化，就要尽可能多的将反应分析集成到芯片上，减少对芯片外部操作的需要，微流控芯片多为一次性使用产品，这样可以省去复杂的清洗和废液处理等液路系统。这种微流控芯片可以一次性的检测多种试剂，而不会使得各种试剂间发生反应。不仅节约了时间更节约了空间，而且注入的液体的流速也很快，加快了反应的时间。
然而，现有技术的微流控芯片，一般都需要设置防回流装置，如公开号为106902905A的中国发明专利，公开了用于微流控芯片液体控制防回流装置及其微流控芯片，该防回流装置，包括微流控流道和防回流结构，防回流结构位于微流控流道的上方，具有防回流流道；防回流流道能够抬升防回流结构安装位置处的微流控流道液面高度；当微流控流道接通气路时，在气路提供的气压驱动下，克服防回流流道所抬升的该处微流控流道液面高度的压力，促使防回流装置两侧的微流控流道中的流体处于流通状态。
具有防回流装置的微流控芯片需要外部控制装置，控制不稳定，且其体积大、成本高和使用范围窄。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，该无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构具有操作稳定，体积小，成本低和使用性广。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，包括载体、铺设于载体上的亲水层、设于亲水层上的进液口、出液口以及连接在进液口和出液口之间的微流通道，所述微流通道包括两条疏水壁和双脊柱通道，所述双脊柱通道为疏水性材质制成的双脊柱通道，所述两条疏水壁分别和进液口、出液口连接以形成流体通道，所述双脊柱通道设于流体通道内用于引导流体从进液口单向流向出液口。
其中，所述双脊柱通道包括多个“八”字形的引流口，多个引流口有序排列在流体通道中，所述“八”字形的引流口的大开口朝向出液口。
其中，所述“八”字形的引流口的大开口的宽度为3至7mm，所述“八”字形的引流口的小开口的宽度为0.6至0.8mm。
其中，所述双脊柱通道的每个脊柱与疏水壁的夹角为13至17度。
其中，所述出液口设有储液凹坑。
其中，所述储液凹坑的深度为0.3至0.5mm。
其中，所述微流控芯片结构还包括盖子，所述盖子设有与所述进液口和出液口一一对应的滴液孔。
其中，所述疏水壁是气相为氧化硅的疏水壁。
其中，所述流体通道铺设有疏水性的气相二氧化硅层。
一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构的制作方法，包括如下步骤：
步骤一：在载体上先用激光加工出微流通道；
步骤二：在微流通道上铺设一层亲水层；
步骤三：用疏水性材质制作疏水壁，以形成流体通道；
步骤四：在疏水壁上铺设气相二氧化硅；
步骤五：最后用疏水性材质制作双脊柱通道，双脊柱通道位于流体通道内。
其中，所述步骤一具体是：配置百分之五到百分之八的二氧化钛的水溶液，充分搅拌均匀，滴适量二氧化钛水溶液到载体上，把溶液平铺到载体上，在一定的温度下加热，二氧化钛薄膜就会固定在载体上。
本发明的有益效果：本发明的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构包括载体、铺设于载体上的亲水层、设于亲水层上的进液口、出液口以及连接在进液口和出液口之间的微流通道，所述微流通道包括两条疏水壁和双脊柱通道，所述双脊柱通道为疏水性材质制成的双脊柱通道，所述两条疏水壁分别和进液口、出液口连接以形成流体通道，所述双脊柱通道设于流体通道内用于引导流体从进液口单向流向出液口，本发明具有操作稳定，体积小，成本低和使用性广。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的一种所述微流控芯片的结构示意图。
图2是本发明的另一种微流控芯片的通道示意图。
图3是图2的微流控芯片配合盖子的示意图。
图4是本发明的第三种微流控芯片的通道示意图。
图中包括有：
载体1、二氧化钛薄膜2、疏水壁3、双脊柱通道4、进液口5、储液凹坑6、盖子7、滴液孔71。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本实施例的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，图1为本发明提供的一种微流控芯片的俯视图。1为载体，2为在载体上铺设的一层二氧化钛薄膜。二氧化钛薄膜的制作方法是：配置百分之五到百分之八的二氧化钛的水溶液，充分搅拌均匀，大约搅拌四十分钟后，滴两滴二氧化钛水溶液到载体上，然后用小推子把溶液平铺到载体上，在四十度的温度下加热十五分钟。二氧化钛薄膜就会固定在载体上。
这时用疏水性材质制作双脊柱通道，双脊柱通道包括多个“八”字形的引流口，多个引流口有序排列在流体通道中，所述“八”字形的引流口的大开口朝向出液口。经过实验验证，当双脊柱通道的每个脊柱与疏水壁的夹角为15度时，液体的流速最快，所以制作与疏水壁的夹角为15度的双脊柱通道。“八”字形的引流口的大开口的宽度为5mm，“八”字形的引流口的小开口的宽度为0.6mm，疏水壁也是用疏水性材质绘制而成，当然只靠疏水性材质的作用还是不够的，如果加的液体一次性过多的话，就会使得液体冲破疏水壁的阻拦而流出去。所以，在制作完疏水壁和双脊柱通道后，在流体通道中加入疏水性的气相二氧化硅，这样液体就不会漫过疏水壁。最后，将载体用紫外线照射15分钟后，一个微流通道就做成了。
当然，没有二氧化钛的流体通道，液体也会向前传播，但是，其阻力和摩擦力太大，会阻碍液体的输送，有了二氧化钛，液体可以输送得更快。双脊柱通道保持与液体的扩散方向一致，而且纳米二氧化钛颗粒与光的催化能力可以保证表面的耐久亲水性，并且疏水性的气相二氧化硅颗粒可以增强疏水壁的拒水性。
图1中的6为储液凹坑，储液凹坑为0.5mm，用于存储待测液体。因为在疏水壁的作用下，待测液体无法流入通道当中。4为双脊柱通道，双脊柱通道4与疏水壁3的方向夹角为15度。因为有疏水性的双脊柱的存在，所以液体只会由入液口进入，从出液口流出。而不会反向流入通道。5为进液口，检测试剂(也叫反应试剂)滴入进液口5。3为疏水壁，具有疏水性的气相为氧化硅的疏水壁3，使得液体不会冲破疏水壁3的阻拦而流出去。
图2为具有8个通道的微流控芯片，可以一次性检测8种不同的液体。在8个储液凹坑3中分别滴加8种不同的待测液体，然后在进液口1中加入要与其发生反应的检测试剂。可以发现检测试剂会从进液口1流入8个通道中，检测试剂会在8个储液凹坑3中分别与8种不同的待测液体发生反应，可以直接记录反应后的现象即可，这样既节省了时间，而且还具有操作简单，体积小，成本低等优点。
所述微流控芯片结构还包括盖子，如图3所示，所述盖子设有与所述进液口和出液口一一对应的滴液孔。
图4是具有3个通道的微流控芯片，可以一次性检测3种不同的液体。
本实施例提供的微流控芯片，具有操作稳定，体积小，成本低和使用性广。
本实施例的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构的制作方法，包括如下步骤：
步骤一：在载体上先用激光加工出0.3到0.5mm深的微流通道，加工后把通道内的杂质清除干净；
步骤二：在微流通道上铺设一层亲水层，亲水层具体为二氧化钛，配置百分之五到百分之八的二氧化钛的水溶液，充分搅拌均匀，大约搅拌四十分钟后，滴两滴二氧化钛水溶液到载体上，然后用小推子把溶液平铺到载体上，在四十度的温度下加热十五分钟，二氧化钛薄膜就会固定在微流通道上；
步骤三：用疏水性材质制作疏水壁，以形成流体通道；
步骤四：在疏水壁上铺设气相二氧化硅；
步骤五：最后用疏水性材质制作双脊柱通道，双脊柱通道位于流体通道内。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，其特征在于：包括载体、铺设于载体上的亲水层、设于亲水层上的进液口、出液口以及连接在进液口和出液口之间的微流通道，所述微流通道包括两条疏水壁和双脊柱通道，所述双脊柱通道为疏水性材质制成的双脊柱通道，所述两条疏水壁分别和进液口、出液口连接以形成流体通道，所述双脊柱通道设于流体通道内用于引导流体从进液口单向流向出液口。
2.如权利要求1所述的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，其特征在于：所述双脊柱通道包括多个“八”字形的引流口，多个引流口有序排列在流体通道中，所述“八”字形的引流口的大开口朝向出液口。
3.如权利要求2所述的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，其特征在于：所述“八”字形的引流口的大开口的宽度为3至7mm，所述“八”字形的引流口的小开口的宽度为0.6至0.8mm。
4.如权利要求1所述的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，其特征在于：所述双脊柱通道的每个脊柱与疏水壁的夹角为13至17度。
5.如权利要求1所述的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，其特征在于：所述出液口设有储液凹坑。
6.如权利要求1所述的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，其特征在于：所述微流控芯片结构还包括盖子，所述盖子设有与所述进液口和出液口一一对应的滴液孔。
7.如权利要求1所述的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，其特征在于：所述疏水壁是气相为氧化硅的疏水壁。
8.如权利要求1所述的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构，其特征在于：所述流体通道铺设有疏水性的气相二氧化硅层。
9.权利要求1至8所述的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：在载体上先用激光加工出微流通道；
步骤二：在微流通道上铺设一层亲水层；
步骤三：用疏水性材质制作疏水壁，以形成流体通道；
步骤四：在疏水壁上铺设气相二氧化硅；
步骤五：最后用疏水性材质制作双脊柱通道，双脊柱通道位于流体通道内。
10.如权利要求9所述的一种无外力控制单向液体运输的微流控芯片结构的制作方法，其特征在于：所述步骤二具体是：配置百分之五到百分之八的二氧化钛的水溶液，充分搅拌均匀，滴适量二氧化钛水溶液到载体上，把溶液平铺到载体上，在一定的温度下加热，二氧化钛薄膜就会固定在载体上。
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