CN109908983A - 一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片 - Google Patents
一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109908983A CN109908983A CN201910313729.7A CN201910313729A CN109908983A CN 109908983 A CN109908983 A CN 109908983A CN 201910313729 A CN201910313729 A CN 201910313729A CN 109908983 A CN109908983 A CN 109908983A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microlayer model
- pdms
- channel
- micro
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 84
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims abstract description 159
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims abstract description 159
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 159
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims abstract description 159
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 156
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 148
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 67
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 37
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 claims description 24
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000001723 curing Methods 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- YTJSFYQNRXLOIC-UHFFFAOYSA-N octadecylsilane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[SiH3] YTJSFYQNRXLOIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 12
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 11
- 238000002444 silanisation Methods 0.000 claims description 11
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 claims description 8
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 238000000016 photochemical curing Methods 0.000 claims description 5
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 5
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 4
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 4
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 3
- 229940008099 dimethicone Drugs 0.000 claims description 3
- LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N dimethyldichlorosilane Chemical compound C[Si](C)(Cl)Cl LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 210000005239 tubule Anatomy 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 210000000479 mitotic spindle apparatus Anatomy 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，涉及一种具有三维锥形结构的微流控芯片。本发明的目的是要解决现有的微流控芯片难以实现百倍以上高比例的微液滴分裂提取的问题。微流控芯片包括玻璃基底、PDMS完整结构和玻璃毛细管，PDMS完整结构包括PDMS通道、微液滴入口和微液滴出口，玻璃毛细管的一端为锥形结构，另一端为微液滴分裂提取出口。利用注射泵将油包水微液滴从微液滴入口注入，在负压的作用下，油包水微液滴的子液滴进入玻璃毛细管中，油包水微液滴在PDMS通道的水平通道中油包水微液滴的推动下向水平通道下游流动，子液滴与母液滴分离。本发明适用于对微液滴进行高比例分裂提取。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有三维锥形结构的微流控芯片。
背景技术
液滴微流控技术由于其具有微型化、区室化和并行化等优点，在微纳反应、生物医学和个人洗护等领域有广泛的应用前景与研究价值。而液滴分裂提取作为微液滴的基本操纵技术之一，对于增强微液滴的可操作性和灵活性、提高液滴的产量以及提高液滴微流体芯片的处理效率和拓宽芯片的应用范围有重要意义。目前，虽然有很多被动式和主动式的微液滴分裂技术，但是，由于表面张力的作用使得微液滴在微通道的内部呈现球形的结构，传统二维结构的微液滴分裂装置很难实现百倍以上(即母液滴与子液滴的体积比)的微液滴提取。到目前为止，实现百倍以上高比例的微液滴分裂提取还是一项技术难题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有的微流控芯片难以实现百倍以上高比例的微液滴分裂提取的问题，而提供一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片。
一种具有三维锥形结构的微流控芯片，包括玻璃基底、PDMS完整结构和玻璃毛细管，PDMS完整结构包括PDMS通道、微液滴入口和微液滴出口；
玻璃毛细管的一端为锥形结构，锥形结构的端口为微液滴分裂提取入口，玻璃毛细管的另一端为微液滴分裂提取出口；
PDMS完整结构与玻璃基底通过键合连接在一起，PDMS通道为水平通道和竖直通道组成的“T”字形通道，PDMS通道的水平通道的一端为微液滴入口，另一端为微液滴出口，玻璃毛细管从PDMS通道的竖直通道伸入，玻璃毛细管的外壁与PDMS通道的竖直通道的内壁粘合在一起，玻璃毛细管的微液滴分裂提取入口伸入PDMS通道的水平通道中的距离为d，d为0～1000μm。
一种具有三维锥形结构的微流控芯片的制备方法，按以下步骤完成：
一、清洗：将两个玻璃片进行清洗，再用去离子水冲洗，冲洗完成后用氮气吹干，放入温度为80℃～85℃的恒温干燥箱中干燥8min～12min，得到两个玻璃基底；
二、粘接：将两个玻璃基底从干燥箱中取出，待玻璃片冷却后，用无影胶将黄铜板粘贴到一个玻璃基底上；
步骤二中所述的黄铜板为“T”字形板；
三、光固化：用320nm～430nm的UV光源照射黄铜板与玻璃基底的粘贴部分5s～10s，并用丙酮清洗粘贴部分多余的无影胶；
四、浇注及固化成型：将PDMS与其配套的固化剂以质量比10：1的比例混合，搅拌均匀，置于真空釜中抽真空30min～35min，得到PDMS和固化剂的混合物，将黄铜板与玻璃基底硅烷化处理后，在硅烷化处理后的黄铜板与玻璃基底的表面浇注PDMS和固化剂的混合物，再抽真空15min～30min，然后平整置于恒温干燥箱中，在65℃～115℃条件下固化25min～60min，得到固化后的PDMS；将固化后的PDMS从黄铜板与玻璃基底上揭下，在固化后的PDMS上PDMS通道水平通道的两端位置用打孔器打孔，两个孔分别为微液滴入口和微液滴出口，得到PDMS完整结构，并将黄铜板从玻璃基底上揭下；
五、键合：将PDMS完整结构与经步骤一处理过的另一个玻璃基底放到等离子机的腔室内，进行等离子化处理，处理后将PDMS完整结构按压到玻璃基底上，并放在温度为75℃～90℃的热板上加热1h～2h；
六、玻璃毛细管的封装：将玻璃毛细管的外壁与PDMS通道的竖直通道的内壁粘合在一起。
利用一种具有三维锥形结构的微流控芯片高比例分裂提取微液滴的方法，其特征在于按以下步骤完成：
利用注射泵将油包水微液滴从PDMS通道的微液滴入口注入，油包水微液滴靠近并接触玻璃毛细管的微液滴分裂提取入口，微液滴分裂提取出口与负压泵连通，在负压的作用下，油包水微液滴的子液滴进入玻璃毛细管中，油包水微液滴在PDMS通道的水平通道中油包水微液滴的推动下向水平通道下游流动，子液滴与母液滴完成分离，分离后的母液滴经微液滴出口流出，子液滴经微液滴分裂提取出口流出；
注射泵控制油包水微液滴在微液滴入口注入的流速为80μL/min～200μL/min，负压泵控制子液滴在微液滴分裂提取出口的流速为1μL/min～16μL/min；
PDMS通道的水平通道和竖直通道均为长方体结构，PDMS完整结构的微液滴入口和微液滴出口的直径与PDMS通道的水平通道内部横截面的边长相同，PDMS通道的竖直通道的内壁外切于玻璃毛细管的外壁；
油包水微液滴的直径与PDMS通道的水平通道内部横截面的边长的比为1～3:3，油包水微液滴的直径与微液滴分裂提取入口的内径的比为2～20：1，玻璃毛细管的微液滴分裂提取入口伸入PDMS通道的水平通道中的距离d与PDMS通道的水平通道内部横截面的边长的比为0～2：3。
本发明的原理：
本发明一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，PDMS通道的水平通道内部横截面的边长按照油包水微液滴尺寸进行调整设置，玻璃毛细管锥形结构口的内径大小和玻璃毛细管的锥形结构口伸入PDMS通道的水平通道中的距离d的调节，以及利用注射泵控制油包水微液滴从微液滴入口注入和负压泵控制微液滴分裂提取出口子液滴的流出速度，实现了利用微流控芯片将油包水微液滴进行高比例分裂提取。
本发明的优点：
1、本发明一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，可以用于微液滴高比例分裂提取，分裂提取后母液滴与子液滴的体积比最高可以达到150:1，以及将油包水微液滴分裂提取成不同比例的母液滴和子液滴，操作简单，微液滴样品分配比例可以控制；
2、通过较高比例的样品分配和取样操作，实现极微小样品的取样功能，在生物医学检测领域中稀有病毒的快速检测方面，实现极微小样品的取样功能，显著降低了样品的消耗，具有突出的优势；
3、微液滴的分裂提取操作在微流控芯片中进行，显著的降低了人为因素对样品的污染。
本发明适用于对微液滴进行高比例分裂提取。
附图说明
图1为实施例一所述的一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片的俯视图；
图2为图1中A的局部放大图；
图3为实施例一所述的PDMS完整结构的俯视图；
图4为实施例一所述的玻璃毛细管；
图5为实施例三所述的一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片分裂提取微液滴的三维示意图；
图6为实施例三中单个油包水微液滴的分裂提取过程，第一排从左到右依次为单个油包水微液滴0s、0.1s、0.3s和0.37s时的分裂提取情况，第二排从左到右依次为单个油包水微液滴0.57s、0.77s、0.9s和1.03s时的分裂提取情况；
图7为实施例二所述的一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片的加工工艺流程图；a为清洗，b为粘接，c为光固化，d为浇注，e为固化成型，f为键合；
图8为实施例二所述的黄铜板的示意图。
其中，1.玻璃基底；2.PDMS完整结构；3.PDMS通道；4.微液滴分裂提取入口；5.微液滴出口；6.玻璃毛细管；7.微液滴分裂提取出口；8.微液滴入口；9.黄铜板。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，包括玻璃基底1、PDMS完整结构2和玻璃毛细管6，PDMS完整结构2包括PDMS通道3、微液滴入口8和微液滴出口5；
玻璃毛细管6的一端为锥形结构，锥形结构的端口为微液滴分裂提取入口4，玻璃毛细管6的另一端为微液滴分裂提取出口7；
PDMS完整结构2与玻璃基底1通过键合连接在一起，PDMS通道3为水平通道和竖直通道组成的“T”字形通道，PDMS通道3的水平通道的一端为微液滴入口8，另一端为微液滴出口5，玻璃毛细管6从PDMS通道3的竖直通道伸入，玻璃毛细管6的外壁与PDMS通道3的竖直通道的内壁粘合在一起，玻璃毛细管6的微液滴分裂提取入口4伸入PDMS通道3的水平通道中的距离为d，d为0～1000μm。
本实施方式的原理：
一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长按照油包水微液滴尺寸进行调整设置，玻璃毛细管6锥形结构口4的内径大小和玻璃毛细管6的锥形结构口4伸入PDMS通道3的水平通道中的距离d的调节，以及利用注射泵控制油包水微液滴从微液滴入口8注入和负压泵控制微液滴分裂提取出口7子液滴的流出速度，实现了利用微流控芯片将油包水微液滴进行高比例分裂提取。
本实施方式的优点：
1、一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，可以用于微液滴高比例分裂提取，分裂提取后母液滴与子液滴的体积比最高可以达到150:1，以及将油包水微液滴分裂提取成不同比例的母液滴和子液滴，操作简单，微液滴样品分配比例可以控制；
2、通过较高比例的样品分配和取样操作，实现极微小样品的取样功能，在生物医学检测领域中稀有病毒的快速检测方面，实现极微小样品的取样功能，显著降低了样品的消耗，具有突出的优势；
3、微液滴的分裂提取操作在微流控芯片中进行，显著的降低了人为因素对样品的污染。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述PDMS通道3的水平通道和竖直通道均为长方体结构，PDMS完整结构2的微液滴入口8和微液滴出口5的直径与PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长相同，PDMS通道3的竖直通道的内壁外切于玻璃毛细管6的外壁，玻璃毛细管6的微液滴分裂提取入口4伸入PDMS通道3的水平通道中的距离d与PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长的比为0～2：3。。
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：一种具有三维锥形结构的微流控芯片的制备方法，按以下步骤完成：
一、清洗：将两个玻璃片进行清洗，再用去离子水冲洗，冲洗完成后用氮气吹干，放入温度为80℃～85℃的恒温干燥箱中干燥8min～12min，得到两个玻璃基底1；
二、粘接：将两个玻璃基底1从干燥箱中取出，待玻璃片冷却后，用无影胶将黄铜板粘贴到一个玻璃基底1上；
步骤二中所述的黄铜板为“T”字形板；
三、光固化：用320nm～430nm的UV光源照射黄铜板与玻璃基底1的粘贴部分5s～10s，并用丙酮清洗粘贴部分多余的无影胶；
四、浇注及固化成型：将PDMS与其配套的固化剂以质量比10：1的比例混合，搅拌均匀，置于真空釜中抽真空30min～35min，得到PDMS和固化剂的混合物，将黄铜板与玻璃基底1硅烷化处理后，在硅烷化处理后的黄铜板与玻璃基底1的表面浇注PDMS和固化剂的混合物，再抽真空15min～30min，然后平整置于恒温干燥箱中，在65℃～115℃条件下固化25min～60min，得到固化后的PDMS；将固化后的PDMS从黄铜板与玻璃基底1上揭下，在固化后的PDMS上PDMS通道3水平通道的两端位置用打孔器打孔，两个孔分别为微液滴入口8和微液滴出口5，得到PDMS完整结构2，并将黄铜板从玻璃基底1上揭下；
五、键合：将PDMS完整结构2与经步骤一处理过的另一个玻璃基底1放到等离子机的腔室内，进行等离子化处理，处理后将PDMS完整结构2按压到玻璃基底1上，并放在温度为75℃～90℃的热板上加热1h～2h；
六、玻璃毛细管6的封装：将玻璃毛细管6的外壁与PDMS通道3的竖直通道的内壁粘合在一起。
其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述步骤四中硅烷化处理按以下步骤完成：
把锡箔纸包好的黄铜板与玻璃基底1放置在真空干燥箱中，向包好的黄铜板与玻璃基底1的锡箔纸中注入二甲基二氯硅烷，抽真空3min～5min，静置15min～20min。
其他步骤与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤五所述的等离子化处理按以下步骤完成：
将玻璃基底1和PDMS完整结构2上PDMS通道3的一侧朝上放到等离子机的腔室中，调节等离子腔室的压力为680mTorr～730mTorr，等离子机的发生功率为18w～22w，等离子化30～35秒后结束，取出玻璃基底1和PDMS完整结构2。
其他步骤与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤六所述的玻璃毛细管6经以下步骤处理：
(1)将三氯十八烷基硅烷与甲苯稀释混合，得到三氯十八烷基硅烷溶液；
步骤(1)中所述的三氯十八烷基硅烷与甲苯的体积比为50μL：10mL；
(2)依次用丙酮和超纯水将玻璃毛细管6的内外壁冲洗干净，用氮气吹干；
(3)将玻璃毛细管6在步骤一制备的三氯十八烷基硅烷溶液中浸泡30s～60s，然后置于140℃～180℃的热板上加热25min～45min。
其他步骤与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：利用一种具有三维锥形结构的微流控芯片高比例分裂提取微液滴的方法，按以下步骤完成：
利用注射泵将油包水微液滴从PDMS通道3的微液滴入口8注入，油包水微液滴靠近并接触玻璃毛细管6的微液滴分裂提取入口4，微液滴分裂提取出口7与负压泵连通，在负压的作用下，油包水微液滴的子液滴进入玻璃毛细管6中，油包水微液滴在PDMS通道3的水平通道中油包水微液滴的推动下向水平通道下游流动，子液滴与母液滴完成分离，分离后的母液滴经微液滴出口5流出，子液滴经微液滴分裂提取出口7流出；
注射泵控制油包水微液滴在微液滴入口8注入的流速为80μL/min～200μL/min，负压泵控制子液滴在微液滴分裂提取出口7的流速为1μL/min～16μL/min；
PDMS通道3的水平通道和竖直通道均为长方体结构，PDMS完整结构2的微液滴入口8和微液滴出口5的直径与PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长相同，PDMS通道3的竖直通道的内壁外切于玻璃毛细管6的外壁；
油包水微液滴的直径与PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长的比为1～3:3，油包水微液滴的直径与微液滴分裂提取入口4的内径的比为2～20：1，玻璃毛细管6的微液滴分裂提取入口4伸入PDMS通道3的水平通道中的距离d与PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长的比为0～2：3。
其他步骤与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：油包水微液滴在微液滴入口8注入的流速为85μL/min～195μL/min，子液滴在微液滴分裂提取出口7的流速为2μL/min～15μL/min。
其他步骤与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：所述油包水微液滴按以下步骤制备：
(1)将聚乙烯醇溶解在去离子水中，在70℃～85℃的条件下搅拌10h～12h，然后用0.45μm的过滤器过滤，得到水相溶液，所述聚乙烯醇与去离子水的体积比为1：19～49；
(2)油相溶液：粘度为50cst～300cst的二甲基硅油；
(3)利用共轴流法制备油包水微液滴，外相油相流量为80μL/min～200μL/min，内相水相流量为8μL/min～16μL/min，制备的油包水微液滴直径为200μm～1200μm。
其他步骤与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：所述的每个油包水微液滴母液滴与子液滴的体积比为2:1～150:1。
其他步骤与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：如图1、图2、图3和图4所示，一种具有三维锥形结构的微流控芯片，包括玻璃基底1、PDMS完整结构2和玻璃毛细管6，PDMS完整结构2包括PDMS通道3、微液滴入口8和微液滴出口5；
玻璃毛细管6的一端为锥形结构，锥形结构的端口为微液滴分裂提取入口4，玻璃毛细管6的另一端为微液滴分裂提取出口7；
PDMS完整结构2与玻璃基底1通过键合连接在一起，PDMS通道3为水平通道和竖直通道组成的“T”字形通道，PDMS通道3的水平通道的一端为微液滴入口8，另一端为微液滴出口5，玻璃毛细管6从PDMS通道3的竖直通道伸入，玻璃毛细管6的外壁与PDMS通道3的竖直通道的内壁粘合在一起，玻璃毛细管6的微液滴分裂提取入口4伸入PDMS通道3的水平通道中的距离为d；
PDMS通道3的水平通道和竖直通道均为长方体结构，PDMS完整结构2的微液滴入口8和微液滴出口5的直径与PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长相同，PDMS通道3的竖直通道的内壁外切于玻璃毛细管6的外壁，玻璃毛细管6的微液滴分裂提取入口4伸入PDMS通道3的水平通道中的距离d与PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长的比为2：3。
实施例二：如图7、图8所示，实施例一的一种具有三维锥形结构的微流控芯片，其制备方法按以下步骤完成：
一、清洗：使用长和宽分别为70mm与50mm的两个玻璃片作为制作玻璃基底的材料，用清洁剂和无水乙醇将玻璃片进行清洗，再用去离子水冲洗，冲洗完成后用氮气吹干，放入温度为80℃的恒温干燥箱中干燥10min，去除玻璃片表面残余的水分，得到两个玻璃基底1；
二、粘接：将两个玻璃基底1从干燥箱中取出，待玻璃片冷却后，用无影胶将黄铜板粘贴到一个玻璃基底1上；
步骤二中所述的黄铜板为“T”字形板；
三、光固化：用430nm的UV光源照射黄铜板与玻璃基底1的粘贴部分5s，并用丙酮清洗粘贴部分多余的无影胶；
四、浇注及固化成型：将PDMS与其配套的固化剂以质量比10：1的比例混合，用玻璃棒搅拌均匀，置于真空釜中抽真空30min，得到PDMS和固化剂的混合物，将黄铜板与玻璃基底1硅烷化处理后，在硅烷化处理后的黄铜板与玻璃基底1的表面浇注PDMS和固化剂的混合物，再抽真空20min，保证无气泡，然后平整置于恒温干燥箱中，在80℃条件下固化45min，得到固化后的PDMS；将固化后的PDMS从黄铜板与玻璃基底1上揭下，在固化后的PDMS上PDMS通道3水平通道的两端位置用打孔器打孔，两个孔分别为微液滴入口8和微液滴出口5，得到PDMS完整结构2，并将黄铜板从玻璃基底1上揭下；
五、键合：将PDMS完整结构2与经步骤一处理过的另一个玻璃基底1放到等离子机的腔室内，进行等离子化处理，处理后将PDMS完整结构2按压到玻璃基底1上，并放在温度为90℃的热板上加热1h，使PDMS完整结构与玻璃基底之间能够牢固的键合；
六、玻璃毛细管6的封装：将玻璃毛细管6的外壁与PDMS通道3的竖直通道的内壁粘合在一起。
步骤四中硅烷化处理按以下步骤完成：
把锡箔纸包好的黄铜板与玻璃基底1放置在真空干燥箱中，用移液器向包好的黄铜板与玻璃基底1的锡箔纸中注入二甲基二氯硅烷，抽真空3min，静置15min，使黄铜板与玻璃基底表面沉积一层硅烷，使PDMS与黄铜板与玻璃基底不粘连，容易将PDMS从黄铜板与玻璃基底上脱离。
步骤五所述的等离子化处理按以下步骤完成：
将玻璃基底1和PDMS完整结构2上PDMS通道3的一侧朝上放到等离子机的腔室中，调节等离子腔室的压力为700mTorr，等离子机的发生功率为20w，等离子化30秒后结束，取出玻璃基底1和PDMS完整结构2。
步骤六所述的玻璃毛细管6经以下步骤处理：
(1)将三氯十八烷基硅烷与甲苯稀释混合，得到三氯十八烷基硅烷溶液；
步骤(1)中所述的三氯十八烷基硅烷与甲苯的体积比为50μL：10mL；
(2)依次用丙酮和超纯水将玻璃毛细管6的内外壁冲洗干净，用氮气吹干；
(3)将玻璃毛细管6在步骤一制备的三氯十八烷基硅烷溶液中浸泡40s，然后置于160℃的热板上加热30min。
实施例三：如图5、图6所示，利用实施例二制备的一种具有三维锥形结构的微流控芯片，对微液滴进行高比例分裂提取。
油包水微液滴的制备：
(1)将聚乙烯醇溶解在去离子水中，在75℃的条件下搅拌12h，然后用0.45μm的过滤器过滤，得到水相溶液，所述聚乙烯醇与去离子水的体积比为1：49；
(2)油相溶液：粘度为50cst的二甲基硅油；
(3)利用共轴流法制备油包水微液滴，外相油相流量为100μL/min，内相水相流量为10μL/min，制备的油包水微液滴直径为937μm。
PDMS通道(3)的水平通道和竖直通道均为长方体结构，PDMS完整结构2的微液滴入口8和微液滴出口5的直径与PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长相同，PDMS通道(3)的竖直通道的内壁外切于玻璃毛细管(6)的外壁；
油包水微液滴的直径与PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长的比为2:3，油包水微液滴的直径与微液滴分裂提取入口4的内径的比为15：1，玻璃毛细管6的微液滴分裂提取入口4伸入PDMS通道3的水平通道中的距离d与PDMS通道3的水平通道内部横截面的边长的比为1：3。
一种具有三维锥形结构的微流控芯片对微液滴进行高比例分裂提取的方法，按以下步骤完成：
利用注射泵将油包水微液滴从PDMS通道3的微液滴入口8注入，油包水微液滴靠近并接触玻璃毛细管6的微液滴分裂提取入口4，在负压的作用下，油包水微液滴的子液滴进入玻璃毛细管6中，油包水微液滴在PDMS通道3的水平通道中油包水微液滴的推动下向水平通道下游流动，子液滴与母液滴完成分离，分离后的母液滴经微液滴出口5流出，子液滴经微液滴分裂提取出口7流出；
母液滴为整个油包水微液滴。经微液滴出口5流出的为子液滴分离后的母液滴，分离后的母液滴的体积为整个油包水微液滴的子液滴分离后的体积；
打开与显微镜相连接的计算机、显微镜和CCD照相机，观察设备运转是否正常，然后打开CellSens Entry图像采集软件，将微流控芯片固定在载物台上，调好芯片位置和焦距，实时观察显微镜载物台上的情景；
单个油包水微液滴的分裂提取过程如图6所示，整个分裂提取过程可分为三个阶段：1)从0s到0.3s，待分裂的母液滴逐渐靠近并接触玻璃毛细管6的锥形结构口4；2)从0.37s到0.57s，这个阶段母液滴与玻璃毛细管6的锥形结构口4有了充分的接触，完全充满了整个入口截面，此时，在负压的作用下，逐渐分裂的子液滴得到充分发展，不断增大；3)从0.77s到1.03s，母液滴在外界流体的不断推动下向水平通道下游前进，并开始脱离与玻璃毛细管6的锥形结构口4的接触，随着外界流体不断流入玻璃毛细管6，在界面张力和粘性剪切力的共同作用下，连接母液滴和子液滴的颈部开始变细并最终断裂，子液滴与母液滴脱离。
当注射泵控制油包水微液滴在微液滴入口8注入的流速为110μL/min，负压泵控制子液滴在微液滴分裂提取出口7的流速为1.5μL/min，分离子液滴后的母液滴在微液滴出口5与子液滴在微液滴分裂提取出口7的流速比约为72.33：1，此时分裂提取得到的子液滴的直径为188.21μm，而母液滴的直径为937μm，母液滴和子液滴的体积比达到123.4：1。
Claims (10)
1.一种具有三维锥形结构的微流控芯片，其特征在于它：包括玻璃基底(1)、PDMS完整结构(2)和玻璃毛细管(6)，PDMS完整结构(2)包括PDMS通道(3)、微液滴入口(8)和微液滴出口(5)；
玻璃毛细管(6)的一端为锥形结构，锥形结构的端口为微液滴分裂提取入口(4)，玻璃毛细管(6)的另一端为微液滴分裂提取出口(7)；
PDMS完整结构(2)与玻璃基底(1)通过键合连接在一起，PDMS通道(3)为水平通道和竖直通道组成的“T”字形通道，PDMS通道(3)的水平通道的一端为微液滴入口(8)，另一端为微液滴出口(5)，玻璃毛细管(6)从PDMS通道(3)的竖直通道伸入，玻璃毛细管(6)的外壁与PDMS通道(3)的竖直通道的内壁粘合在一起，玻璃毛细管(6)的微液滴分裂提取入口(4)伸入PDMS通道(3)的水平通道中的距离为d，d为0～1000μm。
2.根据权利要求1所述的一种具有三维锥形结构的微流控芯片，其特征在于所述PDMS通道(3)的水平通道和竖直通道均为长方体结构，PDMS完整结构(2)的微液滴入口(8)和微液滴出口(5)的直径与PDMS通道(3)的水平通道内部横截面的边长相同，PDMS通道(3)的竖直通道的内壁外切于玻璃毛细管(6)的外壁，玻璃毛细管(6)的微液滴分裂提取入口(4)伸入PDMS通道(3)的水平通道中的距离d与PDMS通道(3)的水平通道内部横截面的边长的比为0～2：3。
3.一种具有三维锥形结构的微流控芯片的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤完成：
一、清洗：将两个玻璃片进行清洗，再用去离子水冲洗，冲洗完成后用氮气吹干，放入温度为80℃～85℃的恒温干燥箱中干燥8min～12min，得到两个玻璃基底(1)；
二、粘接：将两个玻璃基底(1)从干燥箱中取出，待玻璃基底(1)冷却后，用无影胶将黄铜板粘贴到一个玻璃基底(1)上；
步骤二中所述的黄铜板为“T”字形板；
三、光固化：用320nm～430nm的UV光源照射黄铜板与玻璃基底(1)的粘贴部分5s～10s，并用丙酮清洗粘贴部分多余的无影胶；
四、浇注及固化成型：将PDMS与其配套的固化剂以质量比10：1的比例混合，搅拌均匀，置于真空釜中抽真空30min～35min，得到PDMS和固化剂的混合物，将黄铜板与玻璃基底(1)硅烷化处理后，在硅烷化处理后的黄铜板与玻璃基底(1)的表面浇注PDMS和固化剂的混合物，再抽真空15min～30min，然后平整置于恒温干燥箱中，在65℃～115℃条件下固化25min～60min，得到固化后的PDMS；将固化后的PDMS从黄铜板与玻璃基底(1)上揭下，在固化后的PDMS上PDMS通道(3)水平通道的两端位置用打孔器打孔，两个孔分别为微液滴入口(8)和微液滴出口(5)，得到PDMS完整结构(2)，并将黄铜板从玻璃基底(1)上揭下；
五、键合：将PDMS完整结构(2)与经步骤一处理过的另一个玻璃基底(1)放到等离子机的腔室内，进行等离子化处理，处理后将PDMS完整结构(2)按压到玻璃基底(1)上，并放在温度为75℃～90℃的热板上加热1h～2h；
六、玻璃毛细管(6)的封装：将玻璃毛细管(6)的外壁与PDMS通道(3)的竖直通道的内壁粘合在一起。
4.根据权利要求3所述的一种具有三维锥形结构的微流控芯片的制备方法，其特征在于所述步骤四中硅烷化处理按以下步骤完成：
把锡箔纸包好的黄铜板与玻璃基底(1)放置在真空干燥箱中，向包好的黄铜板与玻璃基底(1)的锡箔纸中注入二甲基二氯硅烷，抽真空3min～5min，静置15min～20min。
5.根据权利要求3所述的一种具有三维锥形结构的微流控芯片的制备方法，其特征在于步骤五所述的等离子化处理按以下步骤完成：
将玻璃基底(1)和PDMS完整结构(2)上PDMS通道(3)的一侧朝上放到等离子机的腔室中，调节等离子腔室的压力为680mTorr～730mTorr，等离子机的发生功率为18w～22w，等离子化30～35秒后结束，取出玻璃基底(1)和PDMS完整结构(2)。
6.根据权利要求3所述的一种具有三维锥形结构的微流控芯片的制备方法，其特征在于步骤六所述的玻璃毛细管(6)经以下步骤处理：
(1)将三氯十八烷基硅烷与甲苯稀释混合，得到三氯十八烷基硅烷溶液；
步骤(1)中所述的三氯十八烷基硅烷与甲苯的体积比为50μL：10mL；
(2)依次用丙酮和超纯水将玻璃毛细管(6)的内外壁冲洗干净，用氮气吹干；
(3)将玻璃毛细管(6)在步骤一制备的三氯十八烷基硅烷溶液中浸泡30s～60s，然后置于140℃～180℃的热板上加热25min～45min。
7.利用一种具有三维锥形结构的微流控芯片高比例分裂提取微液滴的方法，其特征在于该方法按以下步骤完成：
利用注射泵将油包水微液滴从PDMS通道(3)的微液滴入口(8)注入，油包水微液滴靠近并接触玻璃毛细管(6)的微液滴分裂提取入口(4)，微液滴分裂提取出口(7)与负压泵连通，在负压的作用下，油包水微液滴的子液滴进入玻璃毛细管(6)中，油包水微液滴在PDMS通道(3)的水平通道中油包水微液滴的推动下向水平通道下游流动，子液滴与母液滴完成分离，分离后的母液滴经微液滴出口(5)流出，子液滴经微液滴分裂提取出口(7)流出；
注射泵控制油包水微液滴在微液滴入口(8)注入的流速为80μL/min～200μL/min，负压泵控制子液滴在微液滴分裂提取出口(7)的流速为1μL/min～16μL/min；
PDMS通道(3)的水平通道和竖直通道均为长方体结构，PDMS完整结构(2)的微液滴入口(8)和微液滴出口(5)的直径与PDMS通道(3)的水平通道内部横截面的边长相同，PDMS通道(3)的竖直通道的内壁外切于玻璃毛细管(6)的外壁；
油包水微液滴的直径与PDMS通道(3)的水平通道内部横截面的边长的比为1～3:3，油包水微液滴的直径与微液滴分裂提取入口(4)的内径的比为2～20：1，玻璃毛细管(6)的微液滴分裂提取入口(4)伸入PDMS通道(3)的水平通道中的距离d与PDMS通道(3)的水平通道内部横截面的边长的比为0～2：3。
8.根据权利要求7所述的利用一种具有三维锥形结构的微流控芯片高比例分裂提取微液滴的方法，其特征在于油包水微液滴在微液滴入口(8)注入的流速为85μL/min～195μL/min，子液滴在微液滴分裂提取出口(7)的流速为2μL/min～15μL/min。
9.根据权利要求7所述的利用一种具有三维锥形结构的微流控芯片高比例分裂提取微液滴的方法，其特征在于所述油包水微液滴按以下步骤制备：
(1)将聚乙烯醇溶解在去离子水中，在70℃～85℃的条件下搅拌10h～12h，然后用0.45μm的过滤器过滤，得到水相溶液，所述聚乙烯醇与去离子水的体积比为1：19～49；
(2)油相溶液：粘度为50cst～300cst的二甲基硅油；
(3)利用共轴流法制备油包水微液滴，外相油相流量为80μL/min～200μL/min，内相水相流量为8μL/min～16μL/min，制备的油包水微液滴直径为200μm～1200μm。
10.根据权利要求7所述的利用一种具有三维锥形结构的微流控芯片高比例分裂提取微液滴的方法，其特征在于所述的每个油包水微液滴母液滴与子液滴的体积比为2:1～150:1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910313729.7A CN109908983B (zh) | 2019-04-18 | 2019-04-18 | 一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910313729.7A CN109908983B (zh) | 2019-04-18 | 2019-04-18 | 一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109908983A true CN109908983A (zh) | 2019-06-21 |
| CN109908983B CN109908983B (zh) | 2021-07-27 |
Family
ID=66977755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910313729.7A Expired - Fee Related CN109908983B (zh) | 2019-04-18 | 2019-04-18 | 一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109908983B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113070108A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-07-06 | 清华大学 | 图案化水凝胶微粒制备方法及微流控装置 |
| CN113952892A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-01-21 | 花安堂生物科技集团有限公司 | 一种利用负压制备悬浮微液滴的方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105921188A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-07 | 东南大学 | 一种乳液多维度快速制备微流控装置 |
-
2019
- 2019-04-18 CN CN201910313729.7A patent/CN109908983B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105921188A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-07 | 东南大学 | 一种乳液多维度快速制备微流控装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| TATSURU MORITANI 等: "Generation of uniform-size droplets by multistep hydrodynamic", 《MICROFLUID NANOFLUID》 * |
| 侯立凯: "双乳液滴内核可控包裹与融合机制及实验研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113070108A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-07-06 | 清华大学 | 图案化水凝胶微粒制备方法及微流控装置 |
| CN113952892A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-01-21 | 花安堂生物科技集团有限公司 | 一种利用负压制备悬浮微液滴的方法 |
| CN113952892B (zh) * | 2021-12-03 | 2023-10-10 | 花安堂生物科技集团有限公司 | 一种利用负压制备悬浮微液滴的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109908983B (zh) | 2021-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103920544B (zh) | 一种pdms微流控芯片制备方法 | |
| CN109908983A (zh) | 一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片 | |
| CN103231518B (zh) | 一种聚二甲基硅氧烷阵列微孔薄膜制备方法 | |
| CN105749994B (zh) | 一种多层薄膜贴合的三维微流控芯片制作方法 | |
| CN101510518A (zh) | 一种微流控芯片的封接方法及其应用 | |
| CN207276626U (zh) | 一种微流控芯片检测控制系统 | |
| CN109107623B (zh) | 一种微流控芯片及制备方法 | |
| CN105498871A (zh) | 一种三维聚焦微流体芯片及其制作方法 | |
| CN105536894B (zh) | 一种基于交流电热的高通量微混合芯片与应用 | |
| CN108405003A (zh) | 一种剥离双乳液滴壳层的微流控芯片及使用方法 | |
| CN106925360A (zh) | 基于纳米纤维模板法的微流控芯片制作方法 | |
| CN110496657A (zh) | 一种可形成液态金属液滴的微流控芯片及其制备方法 | |
| CN108654710A (zh) | 一种用于溶液流速测量及微气泡计数的微流控芯片 | |
| CN108680970A (zh) | 一种微透镜阵列及其微流控芯片的制作方法及系统 | |
| CN109759157B (zh) | 一种用于微气泡分离的微流控芯片 | |
| CN111329066A (zh) | 一种利用微流控技术制备灵芝多糖微胶囊的方法 | |
| CN104056674B (zh) | 一种电喷雾微流体芯片、制作方法及掩膜版设备 | |
| CN105665045B (zh) | 一种微流控芯片及其制备方法 | |
| CN104190482B (zh) | 以感光干膜为抗腐蚀掩膜制作玻璃微流体装置的方法 | |
| CN110241017A (zh) | 数字化生物检测芯片及封装夹具 | |
| CN103537239A (zh) | 小体积[18f]氟核素标记反应器及其应用 | |
| CN111760600B (zh) | 一种微流控芯片及其制备方法与细胞分选方法 | |
| CN112934277A (zh) | 一种微流体芯片快速低耗样充样方法 | |
| CN105536897B (zh) | 上下两壁面可动的微流控芯片的制作方法 | |
| CN105036061B (zh) | 下壁面内凹的微通道的制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210727 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |