CN208288041U - 一种液滴微流控芯片及成型装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液滴微流控芯片及成型装置，液滴微流控芯片包括：底板、流道层、支撑层和密封层，流道层叠置在底板的上方，流道层的底面上设有用于形成液滴的流道，底板密封流道，流道层的顶面上设有多个连接柱；支撑层，叠置在流道层的上方，支撑层具有供连接柱穿设的连接孔；密封层，叠置在支撑层的上方，本实用新型技术方案克服现有技术中液滴微流控芯片需采用注射泵进行驱动，对芯片的键合强度要求较高；芯片需要与外部液路及接头相连，在添加样品和试剂时不便于操作的问题。

Description

一种液滴微流控芯片及成型装置

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，具体涉及一种液滴微流控芯片及成型装置。

背景技术

液滴微流控技术不同于传统的连续流微流控系统，液滴微流控技术采用互不相溶的两相流体形成微液滴，对分散的液滴进行操控，是一种非连续流微流控技术。

液滴微流控技术具有诸多特点：液滴之间相互独立，无交叉污染和扩散；体积小，样品和试剂的用量少；表面积大，热传递速度快；生成速率快，通量高；液滴尺寸均一，单分散性良好。由于技术特点突出，液滴微流控技术被广泛应用于功能材料合成、生命科学和食品加工等领域。

目前，最常用的液滴生成方法是采用注射泵进行驱动的，主要存在以下缺点：

1、液滴微流控芯片需要与外部设备及管路接头连接，集成度低，装置复杂，不便于操作。由于需要通过外部管路和接头输运样品和试剂，实际操作过程中需要大量的样品和试剂，并且管接头存在死体积，容易造成样品和试剂的损失；当样品量较少时又难以操作。

2、注射泵是通过提供正压驱动力的方式驱动液体的，对芯片的键合强度要求较高，此种驱动方式压力过大时容易导致芯片泄漏。并且常规的注射泵采用步进电机驱动液体，存在脉冲效应，难以精确控制液体的流速和压力，这会影响液体流速的稳定性，降低液滴尺寸的均一性。压力驱动泵响应时间短，稳定性高，便可以用于替代注射泵，但是其价格昂贵，这限制了其应用范围。

因此，现需要一种在添加样品和试剂时操作较为方便，并且对芯片键合强度要求较低的液滴微流控芯片，在保证液滴尺寸一致性的同时，实现液滴制备过程的精确操控。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种液滴微流控芯片及成型装置，以解决现有技术中液滴微流控芯片需采用注射泵进行驱动，对芯片的键合强度要求较高；芯片需要与外部液路及接头相连，在添加样品和试剂时不便于操作的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种液滴微流控芯片，包括：底板、流道层、支撑层和密封层，流道层，叠置在底板的上方，流道层的底面上设有用于形成液滴的流道，底板密封流道，流道层的顶面上设有多个连接柱；支撑层，叠置在流道层的上方，支撑层具有供连接柱穿设的连接孔；密封层，叠置在支撑层的上方；其中，密封层、部分连接柱及流道层上的对应位置均设有样品腔、油腔和液滴收集腔，密封层、部分连接柱及流道层之间对应的样品腔、油腔和液滴收集腔相互连通，流道层上的密封层、部分连接柱及流道层与流道连通，其余部分的连接柱连接密封层和流道层。

进一步地，流道的高度h与流道层的厚度Ht的关系为：10×h≤Ht≤100×h，和/或，流道的高度h与底板的厚度Hb的关系为：10×h≤Hb≤50×h。

进一步地，液滴收集腔的体积Vd等于油腔的体积Vo与样品腔的体积Vs之和。

进一步地，其余部分的连接柱穿设的连接孔的直径和数量分别为D和N，支撑层的面积为S，其中，2S/25πD²≤N≤S/2πD²，D为1～10mm。

进一步地，流道包括分别与油腔、样品腔及液滴收集腔对应连通的油路通道、样品通道和液滴通道。

进一步地，液滴微流控芯片还包括叠置在支撑层的上方且围绕在密封层四周的围栏，围栏和支撑层一体成型或分体成型。

进一步地，密封层、多个连接柱、流道层形成第一柔性芯片，围栏和支撑层形成硬质芯片，底板形成第二柔性芯片，在硬质芯片上通过模塑法成型出第一柔性芯片，第二柔性芯片也通过模塑法成型。

进一步地，密封层、连接柱、流道层和底板均为PDMS材料。

进一步地，支撑层和围栏为硬质聚合物材料。

进一步地，流道层的厚度为0.5～5mm。

进一步地，底板的厚度为0.5～10mm。

进一步地，支撑层的厚度为1～10mm。

进一步地，围栏和密封层的厚度均为0.5～5mm。

本实用新型还提供了一种成型液滴微流控芯片的成型装置，包括：流道成型装置和底板成型装置，流道成型装置包括：第一底座、模具、第一成型板、固定板和多个成型柱，第一底座，第一底座具有第一放置凹槽；模具，放置在第一放置凹槽中，模具的表面上设有用于生成流道的成型结构；第一成型板，叠置在第一底座的上方，第一成型板具有放置腔，放置腔内放置支撑层；固定板，设置在第一成型板上并具有多个安装孔；多个成型柱，多个成型柱分别穿过对应的安装孔插入支撑层上的部分连接孔中，成型柱的直径D2小于对应的连接孔的直径D1，模具、第一成型板、支撑层及成型柱形成成型腔。

进一步地，每个成型柱的直径D2和相对应的每个连接孔的直径D1，满足如下关系：1.2×D2≤D1≤2×D2。

进一步地，第一底座上设有第一固定孔，第一成型板上设有第二固定孔，流道成型装置还包括第一连接件，第一连接件从第二固定孔中穿过固定在第一固定孔；第一底座上设有第一定位孔，第一成型板上设有第二定位孔，固定板上设有第三定位孔，流道成型装置还包括定位件，定位件依次从第三定位孔、第二定位孔穿过后与第一定位孔配合。

进一步地，底板成型装置包括：第二底座、成型底片、第二成型板和第二连接件，第二底座，具有第二放置凹槽；成型底片，放置在第二放置凹槽中，成型底片的表面平整光滑；第二成型板，叠置在成型底片的上方并具有对应于成型底片的成型通孔；第二连接件，第二成型板和第二底座通过第二连接件连接。

本实用新型技术方案，具有如下优点：使用这种液滴微流控芯片生成液滴时，直接将负压接头与液滴收集腔相连接，利用负压罐作为负压源，驱动两相流体形成微液滴，压力响应时间短，液体流动更加稳定，液滴的一致性更好；同时降低了对芯片键合强度的要求，成本低，生成液滴的操作方式也比较简单方便；并且该芯片不需要与外部液路及接头直接相连，可以通过移液器添加样品和试剂，不会造成样品和试剂的损失，也不受样品和试剂的体积大小影响，添加样品和试剂较为方便。本实用新型的液滴微流控芯片可以采用负压或正压进行驱动，优选负压驱动。

这种液滴微流控芯片的材料包括硅橡胶PDMS和透明聚合物板，其中PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)是一种柔性高分子聚合物，透明聚合物板为PMMA、PC、PP、PS、ABS等硬质聚合物。PDMS材料柔软，弹性好，易于实现微流道的模塑成型；引入硬质聚合物，能够提高液滴微流控芯片整体的硬度，便于连接压力源。将柔性材料和硬质材料进行组合，取长补短，形成柔性+硬质液滴微流控芯片，制作工艺简单，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。在附图中：

图1示出了本实用新型的第一种实施方式中提供的液滴微流控芯片的整体结构示意图；

图2示出了图1的液滴微流控芯片的分解结构示意图；

图3示出了图1的液滴微流控芯片的俯视图；

图4示出了图3的液滴微流控芯片沿A-A剖线的剖面图和A处细节放大图；

图5示出了图3的液滴微流控芯片的沿B-B剖线的剖面图；

图6示出了根据本实用新型的成型装置的流道成型装置的整体结构示意图；

图7示出了图6的流道成型装置的分解结构示意图；

图8示出了图6的流道成型装置的俯视图；

图9示出了图6的流道成型装置浇注前沿C-C剖线的剖面图；

图10示出了图6的流道成型装置浇注后沿C-C剖线的剖面图；

图11示出了图10的流道成型装置脱模后的零件的剖面图；

图12示出了根据本实用新型的成型装置的底板成型装置的整体结构示意图；

图13示出了图12的底板成型装置的分解结构示意图；

图14示出了本实用新型的第二种实施方式中提供的四通道液滴微流控芯片的立体图和俯视图；

图15示出了本实用新型的第三种实施方式中提供的八通道液滴微流控芯片的立体图和俯视图；

图16示出了本实用新型的第四种实施方式中提供的轴对称液滴微流控芯片的立体图和俯视图；

图17示出了本实用新型的第五种实施方式中提供的八通道轴对称液滴微流控芯片的立体图和俯视图；

图18示出了本实用新型的第六种实施方式中提供的中心对称液滴微流控芯片的立体图和俯视图。

其中，上述附图中的附图标记为：

10、底板；20、流道层；21、连接柱；211、样品腔；212、油腔；213、液滴收集腔；22、流道；221、油路通道；222、样品通道；223、液滴通道；30、支撑层；31、连接孔；32、围栏；40、密封层；50、第一底座；51、第一固定孔；52、第一定位孔；53、第一放置凹槽；60、模具；70、第一成型板；71、放置腔；711、倒角；72、第二固定孔；73、第二定位孔；80、固定板；81、安装孔；82、第三定位孔；90、成型柱；100、第一连接件；110、定位件；120、第二底座；121、第二放置凹槽；122、成型底片；140、第二成型板；141、成型通孔；150、第二连接件。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1至图5所示，本实用新型提供了一种液滴微流控芯片，包括：底板10、流道层20、支撑层30和密封层40，流道层20叠置在底板10的上方，流道层20的底面上设有用于形成液滴的流道22，底板10密封流道，流道层20的顶面上设有多个连接柱21；支撑层30叠置在流道层20的上方，支撑层30具有供连接柱21穿设的连接孔31；密封层40叠置在支撑层30的上方；其中，密封层40、部分连接柱21及流道层20上的对应位置均设有样品腔211、油腔212和液滴收集腔213，密封层40、部分连接柱21及流道层20之间对应的样品腔211、油腔212和液滴收集腔213相互连通，流道层20上的密封层40、部分连接柱21及流道层20与流道22连通，其余部分的连接柱21连接密封层40和流道层20。

使用这种液滴微流控芯片生成液滴时，直接将负压接头与液滴收集腔相连接，利用负压罐作为负压源，驱动两相流体形成微液滴，压力响应时间短，液体流动更加稳定，液滴的一致性更好；同时降低了对芯片键合强度的要求，成本低，生成液滴的操作方式也比较简单方便；并且该芯片不需要与外部液路及接头直接相连，可以通过移液器添加样品和试剂，不会造成样品和试剂的损失，也不受样品和试剂的体积大小影响，添加样品和试剂较为方便。本实用新型的液滴微流控芯片可以采用负压或正压进行驱动，优选负压驱动。

这种液滴微流控芯片的材料包括硅橡胶PDMS和透明聚合物板，其中PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)是一种柔性高分子聚合物，透明聚合物板为PMMA、PC、PP、PS、ABS等硬质聚合物。PDMS材料柔软，弹性好，易于实现微流道的模塑成型；引入硬质聚合物，能够提高液滴微流控芯片整体的硬度，便于连接压力源。将柔性材料和硬质材料进行组合，取长补短，形成柔性+硬质液滴微流控芯片，制作工艺简单，成本低。

在制作过程中，通过模塑法使支撑层30与流道层20等一体成型，同时形成了样品腔211、油腔212和液滴收集腔213，因此这种液滴微流控芯片不仅结构简单，并且制作过程也相对简单。

具体地，流道22的高度h与流道层20的厚度Ht的关系为：10×h≤Ht≤100×h，流道的高度h与底板10的厚度Hb的关系为：10×h≤Hb≤50×h。流道层20通过连接柱21固定在支撑层30上，流道层20需要满足一定的厚度和硬度，当两者比值较小，即Ht较小时，流道层20硬度不足，在脱模过程中容易从支撑层30上脱落下来，因此，需要通过增加流道层20的厚度Ht来提高它的硬度。流道的高度h一般为几十微米到一两百微米，从下表1的实验结果可知，Ht＝10h时便于脱模，Ht越大，所需要的PDMS越多，考虑制作成本，选择如下范围10×h≤Ht≤100×h；底板10厚度过薄，在操作过程中底板10容易变形甚至破裂，不便于键合，从下表2的实验结果表明，Hb＝10h时便于取放和键合，硬度和强度均较为适宜，底板10的厚度Hb越大，所需要的PDMS越多，考虑制作成本，选择如下范围：10×h≤Hb≤50×h。

表1

表2

具体地，液滴收集腔213的体积Vd等于油腔212的体积Vo与样品腔211的体积Vs之和。由于油腔212和样品腔211中的液体最终流向液滴收集腔213，因此三者关系应满足Vo+Vs＝Vd。

具体地，油腔212、样品腔211和液滴收集腔213的体积是相应液体体积的1-5倍，优选1.5-3倍。由下表3的实验结果可知，为确保液体不会溢出，两者的体积比至少为1.5：1，考虑到制作成本和芯片可用空间，两者比值不能大于3:1。

表3

腔室体积与液体体积的比值	是否容易溢出(Y/N)
		1:1	Y
1.2:1	Y
		1.3:1	Y
1.4:	Y
		1.5:1	N

具体地，其余部分的连接柱21穿设的连接孔31的直径和数量分别为D和N，支撑层30的面积为S，其中，2S/25πD²≤N≤S/2πD²，D为1～10mm。连接孔31的作用是连接密封层40和流道层20，连接孔31数量过少，连接效果差，流道层20容易脱落；连接孔31数量过多，虽然保证了连接效果，但是会导致支撑层30的强度减小，容易造成支撑层30变形，生成液滴时密封层40的密封效果会降低，容易漏气，而且支撑层30容易断裂，由下表4的试验结果可知：连接孔31数量与支撑层30的面积关系为1:50≤NπD²/(4S)≤1:8时，既2S/25πD²≤N≤S/2πD²时，流道层20与连接柱21最不容易脱落并且支撑层30的强度可以满足液滴生成所需的要求。

表4

具体地，连接孔31可以是圆形、方形、三角形、菱形等，优选圆形，连接孔31直径D为1-10mm，优选2-3mm，连接孔31也可以带有内螺纹，方便固定连接密封层40与流道层20。

具体地，连接柱21的直径和高度由连接孔31的直径和高度决定。由于连接柱21是通过模塑法浇注形成的，因此连接孔31的尺寸决定了连接柱21的尺寸。连接柱21用于将密封层40和流道层20固定在支撑层30上。

具体地，流道包括分别与油腔212、样品腔211及液滴收集腔213对应连通的油路通道221、样品通道222和液滴通道223。采用流动聚焦法生成液滴，将负压驱动装置与收集腔相连，在负压驱动力的作用下，样品通道222内的分散相样品被两侧油路通道221的连续相油剪切形成液滴。流道为PDMS材料，便于进行表面改性。

具体地，液滴微流控芯片还包括叠置在支撑层30的上方且围绕在密封层40四周的围栏32，围栏32和支撑层30一体成型或分体成型。在利用模塑法浇注零件的过程中，围栏32用于确定密封层40的厚度，围栏32为金属或者硬质聚合物板，优选硬质聚合物板，支撑层30为透明硬质聚合物板，方便对液滴生成过程进行实时观察，硬质透明聚合物板为PMMA、PC、PP、PS、ABS等，硬质透明聚合物板可以重复使用，金属为铝合金、不锈钢等。

具体地，密封层40、多个连接柱21、流道层20形成第一柔性芯片，围栏32和支撑层30形成硬质芯片，底板10形成第二柔性芯片，在硬质芯片上通过模塑法成型出第一柔性芯片，第二柔性芯片也通过模塑法成型。

具体地，密封层40、多个连接柱21、流道层20和底板10均为柔性PDMS材料。采用相同的材料降低了芯片封接键合的难度，便于后续进行改性处理，并且PDMS和硬质聚合物板均为透明材料，便于对液滴生成过程进行实时观察。

具体地，流道层20的厚度为0.5～5mm，优选1-3mm。既能满足厚度和硬度的要求，又能满足成本的要求，因此选择此范围。

具体地，底板10厚度为0.5～10mm，优选1-3mm，底板10用于密封流道，形成密闭通道，底板10厚度过薄，在生成液滴的操作过程中底板10容易变形甚至破裂，不便于键合，底板10厚度过厚会使制作成本变高，因此选择此范围，

具体地，支撑层30的厚度为1～10mm。支撑层30用于给密封层40和流道提供硬支撑，便于固定芯片，实现芯片与负压系统的快速连接和分离。支撑层30的强度需要满足液滴生成条件，不易断裂，并且考虑到成本要求选择此范围。

具体地，围栏32和密封层40的厚度均为0.5～5mm，密封层40的厚度由围栏32的高度决定。密封层40用于在液滴生成过程中，实现微流控芯片与负压系统之间的密封，进而保持压力稳定。

如图6、图7、图8和图12所示，本实用新型还提供一种成型上述液滴微流控芯片的成型装置，包括：流道成型装置和底板成型装置，流道成型装置包括：第一底座50、模具60、第一成型板70、固定板80和多个成型柱90，第一底座50具有第一放置凹槽53；模具60放置在第一放置凹槽53中，模具60的表面上设有用于生成流道的结构；第一成型板70叠置在第一底座50的上方，第一成型板70具有放置腔71，放置腔71内放置支撑层30；固定板80设置在第一成型板70上并具有多个安装孔81；多个成型柱90分别穿过对应的安装孔81插入支撑层30上的部分连接孔31中，成型柱90的直径D2小于对应的连接孔31的直径D1，模具60、第一成型板70、支撑层30及成型柱90形成成型腔。

流道成型装置用于制作液滴微流控芯片的流道层20、连接柱21、样品腔211、油腔212、液滴收集腔213和密封层40，上述结构与支撑层30结构为一体成型结构，实现无缝连接。成型柱90用于形成样品腔211、油腔212、液滴收集腔213，因此成型柱90的外径是对应腔室的内径。利用流道成型装置可以方便制作液滴微流控芯片，操作简单；底板成型装置用于制作底板10结构，制作过程简单方便。

具体地，第一底座50、第一成型板70、固定板80的材料为聚合物或金属，优选金属，可以保证它们的硬度。

具体地，成型柱90的材料为聚合物或金属，优选聚合物，如氟塑料。

具体地，模具60的材料为硅片、金属、玻璃或聚合物，优选硅片。

具体地，每个成型柱90的直径D2和相对应的每个连接孔31的直径D1，满足如下关系：1.2×D2≤D1≤2×D2。成型柱90和连接孔31用于制作样品腔、油腔和液滴收集腔，连接孔直径大于成型柱直径，浇注过后，使得成型柱和连接孔之间形成具有一定厚度的PDMS层，此PDMS层形成了连接柱，脱模后密封层通过PDMS层和流道层连接，这样三个腔室和流道层最终全部被同一材料PDMS所包裹，腔室内壁不会有任何的漏液点。此外，连接孔直径大于成型柱直径，便于脱模过程中拔出成型柱，PDMS层需要满足一定的厚度，这样拔出成型柱时PDMS层不易断裂。

具体地，第一底座50上设有第一固定孔51，第一成型板70上设有第二固定孔72，流道成型装置还包括第一连接件100，第一连接件100从第二固定孔72中穿过固定在第一固定孔51；第一底座50上设有第一定位孔52，第一成型板70上设有第二定位孔73，固定板80上设有第三定位孔82，流道成型装置还包括定位件110，定位件110依次从第三定位孔82、第二定位孔73穿过后与第一定位孔52配合。优选地，第一连接件100为螺钉，定位件110为销钉。

具体地，第一底座50的四周设有至少一个台阶结构，以便于分开第一底座50和第一成型板70。台阶结构设置在第一底座50的直边或者直角处，台阶结构可以是三角形、矩形、半圆形，或者是任何方便将第一底座50和第一成型板70分开的结构，第一底座50的台阶结构的高度为0.2-5mm，优选2-3mm。

如图7所示，具体地，放置腔71的内圈四角处设置有倒角711，倒角711一方面便于脱模时将液滴微流控芯片从放置腔71中取出；另一方面，防止在浇注时PDMS从放置腔71中溢出，倒角711为30-80度，优选45-60度。

流道成型装置的具体组装方法如下：首先利用硅脂对第一成型板70与模具60之间进行密封，目的是为了防止浇注过程中液态PDMS产生泄漏，并且利用硅脂进行密封便于更换模具60，放置完硅模具60，第一成型板70和第一底座50通过销钉进行定位并通过螺钉固定，将固定有围栏32的支撑层30放入放置腔71内，为防止在浇注过程中PDMS从支撑层30底部泄漏出去，采用硅脂或双面胶带密封放置腔71和支撑层30。将固定板80置于第一成型板70的上方，固定板80、第一成型板70和第一底座50三者通过销钉进行定位，最后将成型柱90插入安装孔81内。至此，流道成型装置完成组装。

如图12和图13所示，具体地，底板成型装置包括：第二底座120、成型底片122、第二成型板140和第二连接件150，第二底座120，具有第二放置凹槽121；成型底片122，放置在第二放置凹槽121中，成型底片122的表面平整光滑；第二成型板140，叠置在成型底片122的上方并具有对应于成型底片122的成型通孔141；第二连接件150，第二成型板140和第二底座120通过第二连接件150连接。

具体地，第二底座120的四周设置有至少一个台阶结构，以便于分开第二底座120和所述第二成型板140。

底板成型装置的具体组装方法如下：将成型底片122即硅片放置在第二放置凹槽121中，利用硅脂、双面胶带或环氧胶水密封硅片和第二成型板140，优选环氧胶水，硅片可以确保获得表面平整光滑的底板10，再利用螺钉将第二底座120和第二成型板140固定在一起，至此完成对底板成型装置的组装。

本实用新型还提供一种使用上述成型装置制备液滴微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：

将模具60放在第一放置凹槽53中，将第一成型板70叠置在第一底座50上，通过密封材料将模具60与第一成型板70之间进行密封，将支撑层30放置在放置腔71中，支撑层30与第一成型板70之间通过密封材料密封，将固定板80放置在第一成型板70上，将成型柱90插入到安装孔81中；

按一定质量比配制PDMS，充分搅拌后，抽真空排除气泡，将液态PDMS通过所述连接孔31缓慢倒入成型腔内，静置待PDMS自流平后加热固化成型；

依次取下固定板80、成型柱90，将固化后的零件从放置腔71中取出，完成脱模；

对零件和底板10处理待键合面，处理后迅速贴合，形成密闭通道。

具体地，底板成型装置包括：第二底座120，具有第二放置凹槽121；成型底片122，放置在第二放置凹槽121中，成型底片122的表面平整光滑；第二成型板140，叠置在成型底片122的上方并具有对应于成型底片122的成型通孔141，在对底板10处理待键合面之前还包括如下步骤：将成型底片122放置在第二底座120的第二放置凹槽121中，将第二成型板140叠置在第二底座120上，将液态PDMS倒入第二成型板140的成型通孔141中，静置待PDMS自流平后加热固化成型；将底板10从成型通孔141中取出，完成脱模。

具体地，在形成密闭通道之后还包括如下步骤：对密闭通道进行疏水处理，处理后吹洗密闭通道。

具体地，疏水处理包括以下步骤：将表面活性剂加入油腔212和样品腔211，浸润一段时间后，对液滴收集腔施加负压，排出油腔212和样品腔211内的表面活性剂。

结合图9、图10和图11，对液滴微流控芯片的制备方法进行详细说明：

组装流道成型装置和底板成型装置；

按一定质量比配制PDMS，充分搅拌后，抽真空排除气泡；

将液态PDMS通过支撑层30的连接孔31缓慢倒入第一成型板70的放置腔71内，静置待PDMS自流平；将液态PDMS倒入第二成型板140的成型通孔141内，静置待PDMS自流平；

将流道成型装置和底板成型装置放入烘箱或热板内加热，固化成型，PDMS的固化温度应低于硬质透明聚合物的软化点；

依次取下销钉、固定板80、成型柱90，将固化后的零件从放置腔71内取出，将底板10从第二成型板140内取出，完成脱模；

将完成浇注的零件和底放入氧等离子体处理设备中，利用氧等离子体处理待键合面；

取出零件和底板10板，迅速贴合，形成密闭通道；

利用液相改性方法对密闭通道进行疏水处理，将表面活性剂加入油腔212和样品腔211，活性剂在毛细力的作用下迅速充满流道。浸润一段时间后，在液滴收集腔施加负压，排出油腔212和样品腔211内的活性剂；

氮气吹洗流道，进一步排出流道内残留的活性剂。

上文介绍的是如何制作单通道液滴微流控芯片，在实际应用中为提高通量，需要实现多个样品并行生成液滴，采用相同的方法可以制备多通道液滴微流控芯片。

实施例2

如图14所示，本实施例提供一种四通道液滴微流控芯片，其是在实施例1基础上的变形，区别在于具有四组用于生成液滴的结构。本实施例可以使多个样品并行生成液滴，进而提高通量。

实施例3

如图15所示，本实施例提供一种八通道液滴微流控芯片，其是在实施例1基础上的变形，区别在于具有八组用于生成液滴的结构。本实施例可以使多个样品并行生成液滴，进而提高通量。

实施例4

如图16所示，本实施例提供一种轴对称液滴微流控芯片，其是在实施例1基础上的变形，区别在于具有一个收集腔，收集腔两边结构相互对称，收集腔的两边均设有一个油腔212和一个样品腔211。将单通道液滴微流控芯片进行阵列，即得到本实施例的轴对称微流控芯片，这种液滴微流控芯片可以将两组芯片生成的液滴均汇聚在同一个液滴收集腔，使得液滴生成速率提升一倍，从而实现高速批量生成液滴的功能。

实施例5

如图17所示，本实施例提供一种八通道轴对称液滴微流控芯片，其是在实施例4基础上的变形，区别在于具有八个收集腔，并以每个收集腔的圆心连成的直线为对称轴，对称轴两边结构相互对称，每个收集腔的两边均设有一个油腔212和一个样品腔211。通过阵列轴对称液滴微流控芯片可以得到本实施例的液滴微流控芯片，这种液滴微流控芯片不仅可以提高液滴生成速率，而且还可以满足多个样品并行生成液滴的需求。

实施例6

如图18所示，本实施例提供一种中心对称液滴微流控芯片，其是在实施例1基础上的变形，区别在于具有一个收集腔，并以这个收集腔的圆心为对称点设置若干个油腔212和样品腔211，使得液滴微流控芯片的俯视图为中心对称图形。本实施例的液滴微流控芯片将八个通道结构生成的液滴均汇聚在一个收集腔内，提升了液滴生成速率，从而实现高速批量生成液滴的功能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种液滴微流控芯片，其特征在于，包括：

底板(10)；

流道层(20)，叠置在所述底板(10)的上方，所述流道层(20)的底面上设有用于形成液滴的流道(22)，所述底板(10)密封所述流道(22)，所述流道层(20)的顶面上设有多个连接柱(21)；

支撑层(30)，叠置在所述流道层(20)的上方，所述支撑层(30)具有供所述连接柱(21)穿设的连接孔(31)；

密封层(40)，叠置在所述支撑层(30)的上方；

其中，所述密封层(40)、部分所述连接柱(21)及所述流道层(20)上的对应位置均设有样品腔(211)、油腔(212)和液滴收集腔(213)，所述密封层(40)、部分所述连接柱(21)及所述流道层(20)之间对应的所述样品腔(211)、所述油腔(212)和所述液滴收集腔(213)相互连通，所述流道层(20)上的所述密封层(40)、部分所述连接柱(21)及所述流道层(20)与所述流道(22)连通，其余部分的所述连接柱(21)连接所述密封层(40)和所述流道层(20)。

2.根据权利要求1所述的液滴微流控芯片，其特征在于，所述流道(22)的高度h与所述流道层(20)的厚度Ht的关系为：10×h≤Ht≤100×h，和/或，所述流道(22)的高度h与所述底板(10)的厚度Hb的关系为：10×h≤Hb≤50×h。

3.根据权利要求1所述的液滴微流控芯片，其特征在于，所述液滴收集腔(213)的体积Vd等于所述油腔(212)的体积Vo与所述样品腔(211)的体积Vs之和。

4.根据权利要求1所述的液滴微流控芯片，其特征在于，其余部分的所述连接柱(21)穿设的所述连接孔(31)的直径和数量分别为D和N，所述支撑层(30)的面积为S，其中，2S/25πD²≤N≤S/2πD²，D为1～10mm。

5.根据权利要求1所述的液滴微流控芯片，其特征在于，所述流道(22)包括分别与所述油腔(212)、所述样品腔(211)及所述液滴收集腔(213)对应连通的油路通道(221)、样品通道(222)和液滴通道(223)。

6.根据权利要求1所述的液滴微流控芯片，其特征在于，所述液滴微流控芯片还包括叠置在所述支撑层(30)的上方且围绕在所述密封层(40)四周的围栏(32)，所述围栏(32)和所述支撑层(30)一体成型或分体成型。

7.根据权利要求6所述的液滴微流控芯片，其特征在于，所述密封层(40)、多个所述连接柱(21)、所述流道层(20)形成第一柔性芯片，所述围栏(32)和所述支撑层(30)形成硬质芯片，所述底板(10)形成第二柔性芯片，在所述硬质芯片上通过模塑法成型出所述第一柔性芯片，所述第二柔性芯片也通过模塑法成型。

8.根据权利要求7所述的液滴微流控芯片，其特征在于，所述密封层(40)、所述连接柱(21)和所述流道层(20)和所述底板(10)均为PDMS材料，和/或，所述支撑层(30)和所述围栏(32)为硬质聚合物材料。

9.根据权利要求7所述的液滴微流控芯片，其特征在于，所述流道层(20)的厚度为0.5～5mm，和/或，所述底板(10)的厚度为0.5～10mm，和/或，所述支撑层(30)的厚度为1～10mm，和/或，所述围栏(32)和所述密封层(40)的厚度均为0.5～5mm。

10.一种成型权利要求1至9中任意一项所述的液滴微流控芯片的成型装置，其特征在于，包括：流道成型装置和底板成型装置，所述流道成型装置包括：

第一底座(50)，所述第一底座(50)具有第一放置凹槽(53)；

模具(60)，放置在所述第一放置凹槽(53)中，所述模具(60)的表面上设有用于生成所述流道(22)的成型结构；

第一成型板(70)，叠置在所述第一底座(50)的上方，所述第一成型板(70)具有放置腔(71)，所述放置腔(71)内放置所述支撑层(30)；

固定板(80)，设置在所述第一成型板(70)上并具有多个安装孔(81)；

多个成型柱(90)，多个所述成型柱(90)分别穿过对应的所述安装孔(81)插入所述支撑层(30)上的部分所述连接孔(31)中，所述成型柱(90)的直径D2小于对应的所述连接孔(31)的直径D1，所述模具(60)、所述第一成型板(70)、所述支撑层(30)及所述成型柱(90)形成成型腔。

11.根据权利要求10所述的成型装置，其特征在于，每个所述成型柱(90)的直径D2和相对应的每个所述连接孔(31)的直径D1，满足如下关系：1.2×D2≤D1≤2×D2。

12.根据权利要求10所述的成型装置，其特征在于，所述第一底座(50)上设有第一固定孔(51)，所述第一成型板(70)上设有第二固定孔(72)，所述流道成型装置还包括第一连接件(100)，所述第一连接件(100)从所述第二固定孔(72)中穿过固定在所述第一固定孔(51)；

所述第一底座(50)上设有第一定位孔(52)，所述第一成型板(70)上设有第二定位孔(73)，所述固定板(80)上设有第三定位孔(82)，所述流道成型装置还包括定位件(110)，所述定位件(110)依次从所述第三定位孔(82)、所述第二定位孔(73)穿过后与所述第一定位孔(52)配合。

13.根据权利要求10所述的成型装置，其特征在于，所述底板成型装置包括：

第二底座(120)，具有第二放置凹槽(121)；

成型底片(122)，放置在所述第二放置凹槽(121)中，所述成型底片(122)的表面平整光滑；

第二成型板(140)，叠置在所述成型底片(122)的上方并具有对应于所述成型底片(122)的成型通孔(141)；

第二连接件(150)，所述第二成型板(140)和所述第二底座(120)通过所述第二连接件(150)连接。