CN116060145A - 一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，属于微流控技术应用领域，包括：基底；中间层，其中包括液滴生成单元，液滴生成单元包括：由内向外设置的油相预存腔、水相预存腔和液滴生成腔，微通道芯片预留区，废液腔，以及用于连通油相预存腔和液滴生成腔的第一通道和用于连通液滴生成腔和废液腔的第二通道；微通道芯片，放置于微通道芯片预留区，底部有用于连通水相预存腔和液滴生成腔的矩体微通道，通道深度小于液滴生成腔；上盖，其上设置有用于连通相应腔室的油相加样孔、水相加样孔和气孔；以及填充于基底、中间层、微通道芯片和上盖之间空隙的密封胶。本发明能够降低液滴生成的成本，并且无需额外操作即可保证乳化无死体积。

Description

一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片
技术领域
本发明属于微流控技术应用领域，更具体地，涉及一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片。
背景技术
传统微流控液滴生成方法借助特定通道结构诱导水相和油相的相互剪切生成液滴，具有液滴生成稳定、可重现性高、均一性良好等优点，但需要多个泵提供动力，这使得液滴的生成离不开前期调试，从而造成样本损耗。不同于这些方法，台阶乳化方法使水相通过一个台阶进入油相时，由于“瑞利-泰勒”不稳定性而生成液滴，这种方法避免了多动力的需求，同时保留了前述优点。相较于传统泵驱动的微流控芯片，离心驱动的微流控芯片以离心力为动力，在离心机的作用下能快速进入指定转速，无需额外调试，从而不会造成样本损耗。
现有离心驱动台阶乳化生成液滴的微流控芯片要求待乳化水相位于近心端腔室，该腔室通过一“U”型管与远心端油相腔室相连，油相腔室深度大于“U”型管，从而构成台阶。通过此种结构，水相经过“U”型管到达台阶处从而生成液滴。在液滴批量生成时，为了避免液滴在喷口周围碰撞挤压而导致液滴融合，此种结构要求采用密度更大的重油，液滴生成后在浮力作用下远离喷口朝近心端汇集。现有的方式具有液滴生成稳定、成像便利的优点；但是也存在油相活性剂昂贵、需要额外操作以保证水相无残留的缺点。
为了构建台阶结构，现有方法采用微铣削技术雕刻PMMA等高分子聚合材料，或通过软光刻技术套刻多层PDMS通道，这些方法极大的提高了微流控芯片的生产成本，限制了其工业量产。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其目的在于，降低液滴生成的成本，并且无需额外操作即可保证乳化无死体积。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，包括：
基底；
与基底粘合的中间层；中间层上设置有一个或多个液滴生成单元，液滴生成单元包括：由内向外依次设置的油相预存腔、水相预存腔和液滴生成腔，设置在水相预存腔和液滴生成腔之间的微通道芯片预留区，废液腔，以及用于连通油相预存腔和液滴生成腔的第一通道和用于连通液滴生成腔和废液腔的第二通道；
放置于微通道芯片预留区内的微通道芯片，其与基底不可逆键合，且底部设置有用于连通水相预存腔和液滴生成腔的矩体微通道；矩体微通道的深度小于液滴生成腔；
覆盖于中间层和微通道芯片之上的上盖；上盖包括：与微通道芯片预留区连接的密封区，与水相加样预存腔连通的水相加样孔，与油相预存腔连通的油相加样孔，与废液腔连通的气孔；
以及填充于基底、中间层、微通道芯片和上盖之间空隙的密封胶；
基底、中间层和上盖均为圆盘状，且中心设置有相互对齐的定位孔。
进一步地，水相预存腔的近心端水平宽度比远心端大，且远心端宽度逐渐减小；远心端中与近心端相连接的两条边为同圆的两段圆弧。
进一步地，油相预存腔的底部为圆弧状。
进一步地，液滴生成腔的底部为圆弧状。
进一步地，废液腔设置有两个，且第二通道对应地设置有两个；
两个废液腔分别位于微流控芯片预留区的两侧，且两个废液腔的近心端曲面为同圆的两段圆弧。
在一些可选的实施例中，液滴生成腔远心端曲面由下至上向近心端曲面倾斜，且液滴生成单元还包括：与液滴生成腔连通且设置于液滴生成腔上方的液滴平铺腔。
在一些可选的实施例中，液滴生成单元还包括：设置于液滴生成腔外侧且与液滴生成腔相连的液滴平铺腔，以及设置于液体生成腔和液体平铺腔之间的主动阀。
进一步地，上方基底由石英玻璃制成，上方微通道芯片由PDMS制成，上方中间层由PMMA制成。
进一步地，液滴生成腔的厚度为所生成液滴直径的2～3.5倍。
按照本发明的另一个方面，提供了另一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，包括：离心定位器，以及一个或多个卡式芯片；
离心定位器上设置有定位孔与装载卡式芯片的卡槽；
卡式芯片包括：
基底；
与基底粘合的中间层；中间层包括一个液滴生成单元，液滴生成单元包括：依次设置的油相预存腔、水相预存腔和液滴生成腔，设置在水相预存腔和液滴生成腔之间的微通道芯片预留区，废液腔，以及用于连通油相预存腔和液滴生成腔的第一通道和用于连通液滴生成腔和废液腔的第二通道；
放置于微通道芯片预留区内的微通道芯片，其与基底不可逆键合，且底部设置有用于连通水相预存腔和液滴生成腔的矩体微通道；矩体微通道的深度小于液滴生成腔；
覆盖于中间层和微通道芯片之上的上盖；上盖包括：与微通道芯片预留区连接的密封区，与水相加样预存腔连通的水相加样孔，与油相预存腔连通的油相加样孔，与废液腔连通的气孔；
以及填充于基底、中间层、微通道芯片和上盖之间空隙的密封胶；
乳化时，油相预存腔位于近心端，液滴生成腔位于远心端。
进一步地，水相预存腔的近心端水平宽度比远心端大，且远心端宽度逐渐减小；远心端中与近心端相连接的两条边为同圆的两段圆弧。
进一步地，油相预存腔的底部为圆弧状。
进一步地，液滴生成腔的底部为圆弧状。
进一步地，废液腔设置有两个，且第二通道对应地设置有两个；
两个废液腔分别位于微流控芯片预留区的两侧，且两个废液腔的近心端曲面为同圆的两段圆弧。
在一些可选的实施方式中，液滴生成腔远心端曲面由下至上向近心端曲面倾斜，且液滴生成单元还包括：与液滴生成腔连通且设置于液滴生成腔上方的液滴平铺腔。
在一些可选的实施方式中，液滴生成单元还包括：设置于液滴生成腔外侧且与液滴生成腔相连的液滴平铺腔，以及设置于液体生成腔和液体平铺腔之间的主动阀。
进一步地，上方基底由石英玻璃制成，上方微通道芯片由PDMS制成，上方中间层由PMMA制成。
进一步地，液滴生成腔的厚度为所生成液滴直径的2～3.5倍。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片(包括圆盘式芯片和卡式芯片)，其中位于近心端的水相预存腔和位于远心端的液滴生成腔之间通过微通道底部的矩体微通道连接，并且该矩体微通道的深度小于液滴生成腔的深度，从而由基底、矩体微通道和液滴生成腔形成台阶，基于该台阶结构，本发明直接使用密度更小的轻油，即可完成乳化，一方面，轻油及其活性剂工业生产成熟，价格低廉，能进一步减少成本，另一方面，在使用轻油的情况下，无需额外操作即可保证乳化无死体积，从而最大化减少人工操作，确保样品无损耗。
(2)本发明提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，在其优选方案中，水相预存腔的近心端水相预存腔的近心端水平宽度比远心端大，且远心端宽度逐渐减小；远心端中与近心端相连接的两条边为同圆的两段圆弧，通过这种水相预存腔的结构设计，向水相预存腔加入水相后，再加入适量油相，能够使得在离心作用下油相液面处于近心端水平位置较宽的部位，水相通过矩体微通道到达台阶乳化生成液滴，并完全乳化后，油相液面仍处于近心端水平位置较宽的部位，从而最小化液滴生成过程中台阶处压力的变化，保证液滴生成的稳定性和水相的无死体积生成。
(3)本发明提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，在其优选方案中，油相预存腔的底部为圆弧状，由此能够使油相预存腔中的油相在离心作用下无死体积进入液滴生成腔中。
(4)本发明提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，在其优选方案中，液滴生成腔的底部为圆弧状，由此能够使得离心过程中液滴生成腔中的液滴受力均匀，有利于保证液滴生成的稳定性。
(5)本发明提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，在其优选方案中，两个废液腔的近心端曲面为同圆的两段圆弧，由此能够保证废液腔内的压强恒定，从而保证液滴生成的稳定性。
(6)本发明提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，在其优选方案中，液滴生成腔远心端曲面由下至上向近心端曲面倾斜，且单独设置有液滴平铺腔，基于该结构，在液滴生成完成并堆积于液滴生成腔底部后，将整个微流控芯片进行水平180°翻转，并进行离心，即可使液滴顺着液滴生成腔倾斜的远心端曲面进入液滴平铺腔并成单层排列，实现平铺；通过单独设置的液滴平铺腔，本发明可以实现主动的平铺，且整个过程操作步骤更少，更可控，也更自动化。
(7)本发明提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，在其优选方案中，在液滴生成腔外侧还设置了与液滴生成腔相连的液滴平铺腔，并在二者之间设置了主动阀，基于该结构，在液滴生成完成并堆积于液滴生成腔底部后，通过使主动阀中固化的可溶性材料溶解，并进行离心，即可使液滴进入液滴平铺腔并成单层排列，实现平铺；通过单独设置的液滴平铺腔，本发明可以实现主动的平铺，且整个过程操作步骤更少，更可控，也更自动化。
(8)本发明提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，在其优选方案中，台阶由多种材料组合而成，具体来说，组成台阶的基底、矩体微通道以及液滴生成腔分别由石英玻璃、PDMS和PMMA制作而成，这使得制作工艺更加简化，加工速度进一步提高，生产成本进一步降低。
(9)本发明提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，在其优选方案中，液滴生成腔的厚度为所生成液滴直径的2～3.5倍，通过该设计，在液滴生成后，将微流控芯片水平放置5-15分钟，即可使得液滴近心端呈单层排列，远心端呈双层排列，大大简化了平铺操作。
附图说明
图1为本发明实施例1中离心驱动液滴生成的微流控芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例1中离心驱动液滴生成的微流控芯片的主视图；
图3为本发明实施例1中离心驱动液滴生成的微流控芯片的爆炸图；
图4为本发明实施例1中离心驱动液滴生成的微流控芯片的俯视图；
图5为本发明实施例1台阶结构的示意图；
图6为本发明实施例1台阶乳化过程CFD仿真图；
图7为本发明实施例1中液滴生成图及其直径频率直方分布图；
图8为本发明实施例2中离心驱动液滴生成与平铺的卡式芯片的结构示意图；
图9为本发明实施例2中装载了卡式芯片的离心定位器结构示意图；
图10为本发明实施例2中离心驱动液滴生成与高通量平铺的卡式芯片液滴平铺原理图；
图11为本发明实施例3中离心驱动液滴生成与高通量平铺的微流控芯片结构示意图；
图12为本发明实施例3中离心驱动液滴生成与高通量平铺的微流控芯片主体结构示意图；
图13为本发明实施例4中主动阀辅助液滴高通量平铺的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1-基底；基底定位孔11；
2-中间层2；211-油相预存腔，212-水相预存腔，213-液滴生成腔，214-废液腔，215-液滴平铺腔，22-微通道芯片预留区，231-第一通道，232-第二通道，24-中间层定位孔；
3-微通道芯片；31-矩体微通道；
4-上盖；41-气孔，421-油相加样孔，422-水相加样孔，43-密封区，44-上盖定位孔；
5-密封胶；
6-主动阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
针对现有的离心驱动台阶乳化生成液滴的微流控芯片通过设置连接近心端水相腔室和远心端油相腔室的“U”型管深度小于油相腔室形成的台阶，该连接结构要求采用密度更大的重油，因而存在油相活性剂昂贵、需要额外操作以保证水相无残留的技术问题，本发明提供了一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其整体思路在于：对液滴生成结构进行改进，直接利用竖直通道连接近心端的水相腔室和远心端的油相腔室，使得采用价格更低是、密度更小的轻油即可完成乳化，达到降低成本，且无需额外操作即可保证乳化无死体积的目的。
以下为实施例。
实施例1：
一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其结构如图1～图4所示，包括：基底1、中间层2、微通道芯片3、上盖4和密封胶5。
如图1和图3所示，基底1呈圆盘状，其中心设有基底定位孔11；可选地，本实施例中，基底1的材质为石英玻璃，且为亲水基底；应当说明的是，基底1为亲水状态或疏水状态与所生成的液滴大小相关，在实际应用中，可根据液滴大小相应设置，在本发明其他的一些实施例中，基底1也可以是疏水状态。
如图1、图3和图4所示，本实施例中，中间层2呈圆盘状，其中心设置有中间层定位孔24，且其上设置有4个圆盘中心对称设置的液滴生成单元。液滴生成单元包括：由内向外依次设置的油相预存腔211、水相预存腔212和液滴生成腔213，设置在水相预存腔212和液滴生成腔213之间的微通道芯片预留区22，废液腔214，以及用于连通油相预存腔211和液滴生成腔213的第一通道231和用于连通液滴生成腔213和废液腔214的第二通道232。可选地，本实施例中，中间层2由PMMA板材经激光雕刻后粘合而成，其中液滴生成腔213的厚度为0.5mm。
微通道芯片3放置于微通道芯片预留区22内；可选地，本实施例中，微通道芯片3为矩体PDMS芯片(长10mm，宽5mm，高约2mm)，采用传统软光刻技术加工成型后经刀模切割而成，其底部凹陷有十条贯穿的矩体微通道31(长5mm，宽50μm，高20μm)，间距300μm；微通道芯片3放置于微通道芯片预留区22后，与基底1进行氧等离子体键合。如图5所示，由于矩体微通道31的深度小于液滴生成腔213的深度，由基底1、矩体微通道31和液滴生成腔213构成台阶结构，并且由于构成台阶的三个部分由加工工艺成熟的多种材料组合而成，制作工艺更加简化，生产成本进一步降低。
上盖4覆盖于中间层2和微通道芯片3之上，如图3所示，上盖4上包括：与微通道芯片预留区22连接的密封区43，与水相加样预存腔连通的水相加样孔422，与油相预存腔211连通的油相加样孔421，与废液腔214连通的气孔41；上盖4同样呈圆盘状，其中心设置有上盖定位孔44。基底定位孔11、中间层定位孔24和上盖定位孔44重合，它们的中心为芯片离心的中心。
密封胶5被涂覆于微通道芯片预留区22、密封区43、微通道芯片3和上盖4之间的空隙；可选地，本实施例中，密封胶5为高黏度有机硅密封胶，在室温条件下静置一小时、与空气中水分子结合固化，使矩体微通道31为连接水相预存腔212和液滴生成腔213的唯一通道，并隔绝矩体微通道31口周围空气。如图3和图4所示，为了便于涂覆密封胶5，微通道芯片预留区22的形状与微通道芯片3的形状相匹配，以确保能够准确定位和固定微通道芯片3，并且在微通道芯片3放入后，微通道芯片预留区22仍留有一定空间；上盖4上的密封区43位置与微通道芯片预留区22一一对应，且形状相同。
利用本实施例提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片进行液滴生成与平铺的过程如下：
首先，通过油相加样孔421向油相预存腔211加入200μl棕榈酸异丙酯(含7％w/wEM180)，在3000RPM转速下离心，油相可通过第一通道231进入并充满液滴生成腔213，液滴生成腔213中原有的空气沿腔室中间连接的第二通道232进入废液腔214，并经气孔41排出芯片；容易理解的是，为了确保油相充满液滴生成腔213，油相预存腔211的体积略大于液滴生成腔213的体积。停止离心后，在毛细作用下，油相浸润矩体微通道31；为了便于油相浸润矩体微通道31，使液滴生成更为稳定，本实施例中，矩体微通道31预先进行了疏水处理。
然后，通过水相加样孔422向水相预存腔212中先后加入10μl红色色素(水相)和200μl油相，3000RPM离心10分钟，水相全部通过台阶产生液滴，生成过程的CFD仿真时间序列如图6所示，其中第一行为液滴生成过程的俯视图，第二行为液滴生成过程的侧视图；生成的液滴于液滴生成腔213底部堆积，油相中的表面活性剂保护液滴碰撞、挤压后不融合。由于液滴生成腔213厚度大于所生成的液滴直径，液滴呈多层排列。
接着，将芯片倾斜10-20°，使液滴生成腔213底端位于空间上位、离心中心位于空间下位静置10分钟后，液滴呈单层排列。通过共聚焦显微镜获取二维液滴阵列的拼接图像，如图7左侧图像所示，结果显示，液滴平铺功能效果良好，不会造成液滴融合；进一步通过MATLAB软件中的图像处理工具包获取液滴直径，绘制直径频率直方分布图，如图7右侧图像所示，结果显示，液滴直径的均值约142μm，差异系数约3.1％，具有良好的均一性。
本实施例通过将芯片倾斜的方式实现液滴平铺，应当说明的是，这仅为本发明一种可选的实施例，不应理解为对本发明的为一限定，在本发明其他的一些实施例中，也可以通过对液滴生成腔213的大小进行特殊设计来简化液滴平铺的过程，具体来说，可设置液滴生成腔213的厚度为所生成液滴直径的2～3.5倍，通过该设计，在液滴生成后，将微流控芯片水平放置5-15分钟，即可使得液滴近心端呈单层排列，远心端呈双层排列，大大简化了平铺操作。
参阅图3和图4，为了进一步优化液滴生成的效果，本实施例对芯片结构进一步作出了改进。具体如下：
参阅图3和图4，本实施例中，水相预存腔212的近心端水平宽度比远心端大，且远心端宽度逐渐减小；远心端中与近心端相连接的两条边为同圆的两段圆弧；通过这种结构设计，向水相预存腔212加入水相后，再加入适量油相，能够使得在离心作用下油相液面处于近心端水平位置较宽的部位，水相通过矩体微通道31到达台阶乳化生成液滴，并完全乳化后，油相液面仍处于近心端水平位置较宽的部位，从而最小化液滴生成过程中台阶处压力的变化，保证液滴生成的稳定性和水相的无死体积生成。
参阅图3和图4，本实施例中，油相预存腔211的底部为圆弧状，由此能够使油相预存腔211中的油相在离心作用下无死体积进入液滴生成腔213中；液滴生成腔213的底部也为圆弧状，由此能够使得离心过程中液滴生成腔213中的液滴受力均匀，有利于保证液滴生成的稳定性。
参阅图3和图4，本实施例中，废液腔214设置有两个，第二通道232相应地也设置有两个，分别用于连通液滴生成腔213和两个废液腔214，并且为了便于离心过程中气体的排除，第二通道232尽可能地靠近微通道芯片3；两个废液腔214分别位于微通道芯片预留区22两侧，且两个废液腔214的近心端曲面为同圆的两段圆弧，由此能够保证废液腔214内的压强恒定，从而保证液滴生成的稳定性。
参阅图3和图4，本实施例中，为了使油相预存腔211中的油相在离心作用下进入液滴生成腔213中的速度加快，第一通道231同样设置了一对，且分别设置在油相预存腔211底端的两侧。
本实施例中，芯片中的多个液滴生成单元可以分别采用不同尺寸的所述矩体微通道31，在相同转速下离心，同一个芯片中多个液滴生成单元可以分别生成直径不同的均一液滴。同样需要说明的是，本实施例中，液滴生成单元的个数、各腔室的尺寸等，均可根据实际需要进行灵活调整。
实施例2：
一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，不同于实施例1中的圆盘式芯片，本实施例具体包括离心定位器，以及一个或多个卡式芯片；
离心定位器上设置有定位孔与装载卡式芯片的卡槽；
单个卡式芯片的结构如图8所示，与实施例1类似，本实施例中，单个卡式芯片同样包括基底、中间层、微通道芯片、上盖和密封胶；其中，中间层仅包括单个液滴生成单元，且该液滴生成单元的结构与上述实施例1中的液滴生成单元相同，具体可参考上述实施例1中的描述，在此将不做复述。
进行离心时，图8所示的卡式芯片需要被装载到离心定位器中进行离心，并且乳化时，油相预存腔位于近心端，液滴生成腔位于远心端。如图9所示，离心定位器可装载四个卡式芯片。
利用本实施例提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片进行液滴生成和平铺的过程如下：
如图10所示，离心定位器装载四个卡式芯片(分别标记为“1”、“2”、“3”、“4”)后，参照上述实施例1的加样方式添加样品离心生成液滴，生成的液滴将堆积于液滴生成腔的最外端；随后将各卡式芯片水平旋转180°重新装载，使堆积有液滴的端面位于最内侧，在60RPM转速下离心10分钟后，四个液滴生成单元中的液滴呈全部单层排列。
实施例3：
一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，本实施例与上述实施例1类似，所不同之处在于，如图11和图12所示，本实施例中，液滴生成腔213水平面积减小且厚度增大为2mm，远心端曲面由下至上向近心端曲面倾斜，且液滴生成单元还包括：与液滴生成腔213连通且设置于液滴生成腔上方的液滴平铺腔215，液滴平铺腔215大小与上述实施例1中的液滴生成腔的大小相同。
利用本实施例提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片进行液滴生成和平铺的过程如下：
参照上述实施例1的加样方式添加样品离心生成液滴，随后将芯片水平翻转180°，在60RPM转速下离心10分钟后，四个液滴生成单元中的液滴全部呈单层排列。
通过设置额外的液滴平铺腔并对液滴生成腔的结构进行相应的设计，本实施例可以实现主动的液滴平铺，且整个过程操作步骤更少，更可控，也更自动化。
对于卡式芯片，也可参考本实施例设置额外的液滴平铺腔。
实施例4：
一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，本实施例与上述实施例1类似，所不同之处在于，如图13所示，本实施例中，液滴生成单元还包括：设置于液滴生成腔213外侧且与液滴生成腔213相连的液滴平铺腔215，以及设置于液体生成腔213和液体平铺腔215之间的主动阀6；液滴生成腔213和液滴平铺腔215处于同一水平面。主动阀6中固化有石蜡。
利用本实施例提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片进行液滴生成和平铺的过程如下：
在常温下，参照上述实施例1的加样方式添加样品离心生成液滴，液滴生成后被主动阀中固化的石蜡阻挡，水相完全乳化后将芯片置于50℃环境下加热5分钟，固体石蜡完全溶解于油相，随后将芯片置于60RPM转速下离心10分钟后，四个液滴生成单元中的液滴全部呈单层排列。
通过在液滴生成腔的外侧设置额外的液滴平铺腔，并设置主动阀控制液滴平铺腔和液滴生成腔之间的连通关系，本实施例可以实现主动的液滴平铺，且整个过程操作步骤更少，更可控，也更自动化。
对于卡式芯片，也可参考本实施例设置额外的液滴平铺腔。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，包括：
基底；
与所述基底粘合的中间层；所述中间层上设置有一个或多个液滴生成单元，所述液滴生成单元包括：由内向外依次设置的油相预存腔、水相预存腔和液滴生成腔，设置在所述水相预存腔和所述液滴生成腔之间的微通道芯片预留区，废液腔，以及用于连通所述油相预存腔和所述液滴生成腔的第一通道和用于连通所述液滴生成腔和所述废液腔的第二通道；
放置于所述微通道芯片预留区内的微通道芯片，其与所述基底不可逆键合，且底部设置有用于连通所述水相预存腔和所述液滴生成腔的矩体微通道；所述矩体微通道的深度小于所述液滴生成腔；
覆盖于所述中间层和所述微通道芯片之上的上盖；所述上盖包括：与所述微通道芯片预留区连接的密封区，与所述水相加样预存腔连通的水相加样孔，与所述油相预存腔连通的油相加样孔，与所述废液腔连通的气孔；
以及填充于所述基底、所述中间层、所述微通道芯片和所述上盖之间空隙的密封胶；
所述基底、所述中间层和所述上盖均为圆盘状，且中心设置有相互对齐的定位孔。
2.一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，包括：离心定位器，以及一个或多个卡式芯片；
所述离心定位器上设置有定位孔与装载卡式芯片的卡槽；
所述卡式芯片包括：
基底；
与所述基底粘合的中间层；所述中间层包括一个液滴生成单元，所述液滴生成单元包括：依次设置的油相预存腔、水相预存腔和液滴生成腔，设置在所述水相预存腔和所述液滴生成腔之间的微通道芯片预留区，废液腔，以及用于连通所述油相预存腔和所述液滴生成腔的第一通道和用于连通所述液滴生成腔和所述废液腔的第二通道；
放置于所述微通道芯片预留区内的微通道芯片，其与所述基底不可逆键合，且底部设置有用于连通所述水相预存腔和所述液滴生成腔的矩体微通道；所述矩体微通道的深度小于所述液滴生成腔；
覆盖于所述中间层和所述微通道芯片之上的上盖；所述上盖包括：与所述微通道芯片预留区连接的密封区，与所述水相加样预存腔连通的水相加样孔，与所述油相预存腔连通的油相加样孔，与所述废液腔连通的气孔；
以及填充于所述基底、所述中间层、所述微通道芯片和所述上盖之间空隙的密封胶；
乳化时，所述油相预存腔位于近心端，所述液滴生成腔位于远心端。
3.如权利要求1或2所述的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，所述水相预存腔的近心端水平宽度比远心端大，且远心端宽度逐渐减小；远心端中与近心端相连接的两条边为同圆的两段圆弧。
4.如权利要求1或2所述的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，所述油相预存腔的底部为圆弧状。
5.如权利要求1或2所述的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，所述液滴生成腔的底部为圆弧状。
6.如权利要求1或2所述的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，所述废液腔设置有两个，且所述第二通道对应地设置有两个；
两个废液腔分别位于所述微流控芯片预留区的两侧，且两个废液腔的近心端曲面为同圆的两段圆弧。
7.如权利要求1或2所述的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，所述液滴生成腔远心端曲面由下至上向近心端曲面倾斜，且所述液滴生成单元还包括：与所述液滴生成腔连通且设置于所述液滴生成腔上方的液滴平铺腔。
8.如权利要求1或2所述的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，所述液滴生成单元还包括：设置于所述液滴生成腔外侧且与所述液滴生成腔相连的液滴平铺腔，以及设置于所述液体生成腔和所述液体平铺腔之间的主动阀。
9.如权利要求1或2所述的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，所述基底由石英玻璃制成，所述微通道芯片由PDMS制成，所述中间层由PMMA制成。
10.如权利要求1或2所述的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，所述液滴生成腔的厚度为所生成液滴直径的2～3.5倍。
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