CN117101747A - 微流控芯片结构及其切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流控芯片结构及其切割方法。微流控芯片结构包括第一基板和设置于所述第一基板第一面的多行微流控重复单元，所述微流控重复单元包括相对的两行微流控结构和位于所述两行微流控结构之间的清洗通道；所述微流控结构包括液体入口和液体出口，所述液体出口的尺寸小于所述液体入口的尺寸；在所述微流控重复单元中，位于不同行且对应的两个所述微流控结构的液体出口相对；所述微流控结构的液体出口与所述清洗通道连通，所述清洗通道对应所述微流控芯片结构的切割道。本发明能够改善微流控芯片结构切割时产生的颗粒物进入微流控芯片内部的情况。

Description

微流控芯片结构及其切割方法

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其涉及一种微流控芯片结构及其切割方法。

背景技术

微流控芯片可以将由液体入口进入的液体经其液体出口变成束流，在空气中撞击导致束流破裂，从而形成很多的小液滴，在医疗领域有着重要的应用。

微流控芯片制备时，通常由一个微流控芯片结构切割而形成多个微流控芯片，然而，现有的微流控芯片结构在切割时会使得大量颗粒物进入到微流控芯片内，从而带来流道异物，最后在使用中堵塞流道出口，带来束流异常，进而导致微流控芯片功能丧失。

发明内容

本发明提供了一种微流控芯片结构及其切割方法，以改善微流控芯片结构切割时产生的颗粒物进入微流控芯片内部的情况。

根据本发明的一方面，提供了一种微流控芯片结构，包括第一基板和设置于所述第一基板第一面的多行微流控重复单元，所述微流控重复单元包括相对的两行微流控结构和位于所述两行微流控结构之间的清洗通道；所述微流控结构包括液体入口和液体出口，所述液体出口的尺寸小于所述液体入口的尺寸；

在所述微流控重复单元中，位于不同行且对应的两个所述微流控结构的液体出口相对；所述微流控结构的液体出口与所述清洗通道连通，所述清洗通道对应所述微流控芯片结构的切割道。

可选地，沿所述微流控芯片结构的厚度方向，所述液体出口的深度与对应的所述清洗通道的深度相同，且位置对应。

可选地，沿所述多行微流控重复单元的排列方向，所述清洗通道的宽度小于1毫米。

可选地，相邻的两个所述微流控重复单元中，相对的两个所述微流控结构的液体入口相接。

可选地，所述微流控结构包括多个液体入口，且相邻的两个所述微流控重复单元中，相对的两个所述微流控结构的液体入口一一对应相接。

可选地，所述微流控结构包括划分为第一液体出口和第二液体出口的多个液体出口，所述第一液体出口的延伸方向与所述第二液体出口的延伸方向之间的夹角位于30度至120度之间；且所述微流控结构包括至少两个所述第一液体出口和至少两个所述第二液体出口。

可选地，所述微流控芯片结构还包括设置于所述第一基板另一面的多个微流控重复单元，位于所述第一基板第二面的所述多个微流控重复单元与位于所述第一基板第一面的所述多个微流控重复单元一一对应。

根据本发明的另一方面，还提供了一种微流控芯片结构的切割方法，所述微流控芯片结构包括如上所述的微流控芯片结构；

所述微流控芯片结构的切割方法包括：

多次沿所述微流控芯片结构的切割道进行切割，以将所述微流控芯片结构切割为多个微流控芯片，其中，每个所述微流控芯片包含至少一个所述微流控结构。

可选地，所述多次沿所述微流控芯片结构的切割道进行切割包括：

利用激光沿所述微流控芯片结构的切割道进行多次切割。

可选地，所述微流控芯片结构还包括设置于所述第一基板另一面的多个微流控重复单元，位于所述第一基板第二面的所述多个微流控重复单元与位于所述第一基板第一面的所述多个微流控重复单元一一对应；

所述多次沿所述微流控芯片结构的切割道进行切割包括：

利用切割刀片沿所述微流控芯片结构的切割道进行多次切割。

本发明实施例的技术方案，采用的微流控芯片结构，包括第一基板和设置于第一基板第一面的多行微流控重复单元，微流控重复单元包括相对的两行微流控结构和位于两行微流控结构之间的清洗通道；微流控结构包括液体入口和液体出口，液体出口的尺寸小于液体入口的尺寸；在微流控重复单元中，位于不同行且对应的两个微流控结构的液体出口相对；微流控结构的液体出口与清洗通道连通，清洗通道对应微流控芯片结构的切割道。因为预留有清洗通道，清洗液会顺着清洗通道流动；并且由于液体出口对液体出口的排布方式，沿列方向，清洗液两侧相应的流阻相同，而行方向X对应的流阻较小，因而清洗液不会或很少会经过液体出口流入微流控结构内部，进而可以改善微流控芯片结构切割时产生的颗粒物进入微流控芯片内部的情况。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的一种微流控芯片结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种微流控芯片结构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种微流控结构的放大示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种微流控结构的放大图；

图5为本发明实施例提供的一种微流控结构的放大示意图；

图6为本发明实施例提供的一种微流控芯片结构的爆炸结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种微流控芯片结构的切割方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等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。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术中提到的现有的微流控芯片结构在切割时存在容易使得产生的颗粒物进入微流控芯片内部的问题，发明人经过仔细研究发现，产生此技术问题的原因在于：如图1所示，图1为现有的一种微流控芯片结构的结构示意图，微流控芯片结构包括阵列排布的多个微流控结构11’，微流控结构11’包括多个液体入口111’和两个液体出口112’，由于液体出口112’的尺寸较小，从液体入口111’进入的液体经过液体出口112’后会变成束流。现有技术中，微流控结构的排布方式为液体入口对液体出口，在切割时，由于液体出口较小，相应的流阻较大，而液体入口较大，相应的流阻较小。切割时由于液体一边流阻大，一边流阻小，清洗液会大量流向流阻较小的区域，也即会大量经由液体入口流入到微流控结构内部，进而使得切割产生的颗粒物跟随清洗液流入到微流控芯片内部。

针对上述技术问题，本发明提出如下解决方案：

图2为本发明实施例提供的一种微流控芯片结构的结构示意图，参考图2，微流控芯片结构包括第一基板(未示出)和设置于第一基板第一面的多个微流控重复单元1，微流控重复单元1包括相对的两行微流控结构11和位于微流控结构11之间的清洗通道12；微流控结构11包括液体入口111和液体出口112，液体出口112的尺寸小于液体入口111的尺寸；在微流控重复单元1中，位于不同行且对应的两个微流控结构11的液体出口112相对；微流控结构11的液体出口112与清洗通道12连通，清洗通道12对应微流控芯片结构11的切割道。

具体地，第一基板例如是玻璃基板，第一基板的第一面上形成有多个微流控结构12。通过对微流控芯片结构进行切割，可以形成多个微流控芯片，每个微流控芯片均包括切割后的一部分第一基板以及位于第一基板上的至少一个微流控结构12。微流控结构12例如是硅片制成，微流控结构12在行方向X和列方向Y上呈阵列排布。如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种微流控结构的放大示意图，微流控结构12可以包含两个液体出口112和多个液体入口111，两个液体出口112的延伸方向相互垂直，从而使得出射的液体相互垂直，经过碰撞后被雾化。微流控结构12包含有多个液体入口111，液体入口111的尺寸要大于液体出口112的尺寸(本实施例所指的尺寸为沿行方向X的尺寸)，例如液体出口112的尺寸为10微米，而液体入口111的尺寸大于液体出口112的尺寸的十倍以上。事实上，关于微流控结构中液体入口和液体出口的具体尺寸设计可参考现有技术，本发明实施例不作具体限定。

在本实施例中，多个微流控结构12不是类似图1中液体出口与液体入口相对，而是如图2中所示的液体出口112与液体出口112相对，并且在相对的液体出口112之间预留清洗通道12。清洗通道12对应切割道，当沿行方向进行切割时会产生大量的颗粒，因而清洗时清洗液中会含有大量的颗粒，但因为预留有清洗通道12，清洗液会顺着清洗通道12流动；并且由于液体出口112对液体出口112的排布方式，沿列方向Y，清洗液两侧相应的流阻相同，而行方向X对应的流阻较小，因而清洗液不会或很少会经过液体出口112流入微流控结构内部，进而可以改善微流控芯片结构切割时产生的颗粒物进入微流控芯片内部的情况。另外，对于相邻的两行微流控重复单元1，在切割时也需要切割开，由于相邻部分均为液体入口111，清洗液两侧对应的流阻也是相同的，因而大量的清洗液会沿着行方向X流动，也即沿液体入口进入到微流控结构11的颗粒也较少，也可以改善微流控芯片结构切割时产生的颗粒物进入微流控芯片内部的情况。

本实施例的技术方案，采用的微流控芯片结构，包括第一基板和设置于第一基板第一面的多行微流控重复单元，微流控重复单元包括相对的两行微流控结构和位于两行微流控结构之间的清洗通道；微流控结构包括液体入口和液体出口，液体出口的尺寸小于液体入口的尺寸；在微流控重复单元中，位于不同行且对应的两个微流控结构的液体出口相对；微流控结构的液体出口与清洗通道连通，清洗通道对应微流控芯片结构的切割道。因为预留有清洗通道，清洗液会顺着清洗通道流动；并且由于液体出口对液体出口的排布方式，沿列方向，清洗液两侧相应的流阻相同，而行方向X对应的流阻较小，因而清洗液不会或很少会经过液体出口流入微流控结构内部，进而可以改善微流控芯片结构切割时产生的颗粒物进入微流控芯片内部的情况。

在一些实施方式中，如图4所示，图4为本发明实施例提供的又一种微流控结构的放大图，微流控结构还可包括滤孔113和滤道114，滤孔113和滤道114可以防止使用时液体出口112堵塞。

在一些实施方式中，微流控结构可以通过刻蚀的方式形成，通过将硅片图形化从而可以形成图2中所示的微流控结构11和清洗通道12。清洗通道12与微流控结构的通道经由同一工艺形成，也即两者均是将原有位置处的硅刻蚀掉之后而形成。这样就使得沿微流控芯片结构的厚度方向，液体出口112的深度与对应的清洗通道12的深度相同且位置对应。一方面，在形成微流控结构时便形成了清洗通道，工艺步骤较少，有利于节约工艺成本。另一方面，液体入口与清洗通道之间没有高度差，可以进一步改善微流控芯片结构切割时产生的颗粒物进入微流控芯片内部的情况。

可选地，继续参考图2，沿多行微流控重复单元1的排列方向，也即列方向Y，清洗通道12的宽度小于1毫米，优选地可以大于或等于10微米。

具体地，清洗通道12对应着切割道，本实施例中对微流控芯片结构进行切割时，由于需要切割硅片以及玻璃，因而需要进行多次切割，而每次切割时由于具有精度误差，因而可以设置的切割道较宽，进而可以保证玻璃和硅片均能够被切割掉。需要说明的是，在一些实施方式中，微流控结构的芯片可以是多层结构，清洗通道并不是完全贯穿多层硅片形成，而是贯穿部分硅片形成。切割时，可以采用激光切割，在激光切割后，还需要执行将两个依然有物理接触的微流控芯片分离，在分离过程中会产生大量的颗粒；当采用激光切割时，切割道的宽度可以是10微米。切割的方式也可以是切割刀片进行切割，此时切割道的宽度可以是80微米。并且设置清洗通道12的宽度小于1毫米，可以避免清洗通道过宽，使得微流控重复单元1的集成度较低。

可以理解的是，在相邻两列微流控结构12之间也存在切割道，但由于相邻两列微流控结构之间不存在液体出入口，因而两列之间的切割道的位置以及切割方式可参考现有技术。

可选地，继续参考图2，相邻的两个微流控重复单元1中，相对的两个微流控结构12的液体入口111相接。换句话说，相对的两个液体入口111之间不设置清洗通道，原因在于液体入口111相对于液体出口112而言其流阻也较小，若设置清洗通道，当清洗液在清洗通道中残留后，时间较长时仍会有较多的清洗液进入到液体入口111中。而直接设置相对的液体入口相接，不设置清洗通道，可以使得清洗时液体短时间内快速的流到微流控结构外部，进一步改善微流控芯片结构切割时产生的颗粒物进入微流控芯片内部的情况。

优选地，如图2所示，微流控结构12包含有多个液体入口111，且相邻的两个微流控重复单元1中，相对的两个微流控结构12的液体入口一一对应相接。这样设置，一方面便于微流控结构的设计，图案化所需要的掩膜版结构较为简单；另一方面，切割液体入口时，清洗液两侧对应的流阻处处相同，也就不会因为流阻差而进入一侧的液体入口中。

可选地，图5为本发明实施例提供的一种微流控结构的放大示意图，参考图5，微流控结构包括划分为第一液体出口1121和第二液体出口1122的多个液体出口112，第一液体出口1122的延伸方向K1与第二液体出口1122的延伸方向K2之间的夹角位于30度至120度之间，优选地两者垂直；且微流控结构11包括至少两个第一液体出口1121和至少两个第二液体出口1122。

具体地，微流控结构11可关于其中线对称，第一液体出口1121和第二液体出口1122分置于中线的两侧。每个液体出口在行方向X上的尺寸均可以是相同的。本实施例中，由于在切割时避免了大量颗粒进入到微流控结构内，因而可以设置较多的液体出口112，从而可以增加出口通量。虽然设置较多的液体出口会导致流阻变小，但由于液体出口对液体出口的排列，清洗液两侧相应的流阻相同，因而并不会增加颗粒进入液体出口内的风险。

当然，在一些实施方式中，还可以对微流控芯片进行适当的表面修饰处理，以增加处理不同液体时的兼容性。

可选地，图6为本发明实施例提供的一种微流控芯片结构的爆炸结构示意图，参考图6，微流控芯片结构中第一基板21的两侧均设置有微流控重复单元(图6中仅示意出单个微流控结构)，位于第一基板12第二面的多个微流控重复单元与位于第一基板12第一面的多个微流控重复单元一一对应。

具体地，第一基板12的两侧完全设置有完全对称的微流控重复单元，这样设置可以形成堆叠起来的流道结构，从而进一步增加通道流量。并且该微流控芯片结构可以通过多次切割的方式，将微流控芯片结构切割成多个微流控芯片。可选地，第一基板21的厚度可以是10微米至70微米之间。微流控芯片结构还可包括相应的盖板31，盖板31覆盖相应的微流控结构11，盖板31也可以是由玻璃制成。

本发明实施例还提供了一种微流控芯片结构的切割方法，如图7所示，图7为本发明实施例提供的一种微流控芯片结构的切割方法的流程图。微流控芯片结构包括本发明任意实施例提供的微流控芯片结构。微流控芯片结构的切割方法包括：

步骤S401，多次沿微流控芯片结构的切割道进行切割，以将微流控芯片结构切割为多个微流控芯片，其中，每个微流控芯片包含至少一个微流控结构。

具体地，在传统的微流控芯片制作时，其无法将玻璃和硅片同时切割来形成微流控芯片。本实施例中，通过沿着切割道进行多次切割，不仅可以将玻璃切割开，还可以将硅片也切割开，进而可以形成多个微流控芯片。并且由于微流控结构液体出口对液体出口的排布方式，多次切割产生的大量颗粒也不会或者很少会进入到液体出口内部，因而上述制备方法的良品率也较高。

在一些实施方式中，当微流控芯片结构为单层时，也即仅包含有一层微流控结构时，可以采用激光切割的方式，也即利用激光沿微流控芯片结构的切割道进行多次切割。激光切割具有精度高，产生的颗粒少等优点。

而在其它一些实施方式中，当微流控芯片结构为多层时，也即图6所示的微流控芯片结构时，利用激光切割的效果不佳，可以采用切割刀片进行切割，也即利用切割刀片沿微流控芯片结构的切割道进行多次切割，从而将微流控芯片结构切割成为多个微流控芯片。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微流控芯片结构，其特征在于，包括第一基板和设置于所述第一基板第一面的多行微流控重复单元，所述微流控重复单元包括相对的两行微流控结构和位于所述两行微流控结构之间的清洗通道；所述微流控结构包括液体入口和液体出口，所述液体出口的尺寸小于所述液体入口的尺寸；

在所述微流控重复单元中，位于不同行且对应的两个所述微流控结构的液体出口相对；所述微流控结构的液体出口与所述清洗通道连通，所述清洗通道对应所述微流控芯片结构的切割道。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片结构，其特征在于，沿所述微流控芯片结构的厚度方向，所述液体出口的深度与对应的所述清洗通道的深度相同，且位置对应。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片结构，其特征在于，沿所述多行微流控重复单元的排列方向，所述清洗通道的宽度小于1毫米。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片结构，其特征在于，相邻的两个所述微流控重复单元中，相对的两个所述微流控结构的液体入口相接。

5.根据权利要求4所述的微流控芯片结构，其特征在于，所述微流控结构包括多个液体入口，且相邻的两个所述微流控重复单元中，相对的两个所述微流控结构的液体入口一一对应相接。

6.根据权利要求1所述的微流控芯片结构，其特征在于，所述微流控结构包括划分为第一液体出口和第二液体出口的多个液体出口，所述第一液体出口的延伸方向与所述第二液体出口的延伸方向之间的夹角位于30度至120度之间；且所述微流控结构包括至少两个所述第一液体出口和至少两个所述第二液体出口。

7.根据权利要求1所述的微流控芯片结构，其特征在于，所述微流控芯片结构还包括设置于所述第一基板另一面的多个微流控重复单元，位于所述第一基板第二面的所述多个微流控重复单元与位于所述第一基板第一面的所述多个微流控重复单元一一对应。

8.一种微流控芯片结构的切割方法，其特征在于，所述微流控芯片结构包括权利要求1-7任一项所述的微流控芯片结构；

所述微流控芯片结构的切割方法包括：

多次沿所述微流控芯片结构的切割道进行切割，以将所述微流控芯片结构切割为多个微流控芯片，其中，每个所述微流控芯片包含至少一个所述微流控结构。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片结构的切割方法，其特征在于，所述多次沿所述微流控芯片结构的切割道进行切割包括：

利用激光沿所述微流控芯片结构的切割道进行多次切割。

10.根据权利要求8所述的微流控芯片结构的切割方法，其特征在于，所述微流控芯片结构还包括设置于所述第一基板另一面的多个微流控重复单元，位于所述第一基板第二面的所述多个微流控重复单元与位于所述第一基板第一面的所述多个微流控重复单元一一对应；

所述多次沿所述微流控芯片结构的切割道进行切割包括：

利用切割刀片沿所述微流控芯片结构的切割道进行多次切割。