CN215694086U - 一种微流控通道单元及微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微流控通道单元及微流控芯片，涉及微流控技术领域。微流控通道单元包括至少一个S形的通道部件，通道部件包括层叠设置的上部和下部，上部设有上通道，下部设有下通道，上通道和下通道在通道部件的两端连通，分别形成入口内接通道和出口内接通道，入口内接通道和出口内接通道均与外部连通以实现液体的流入或流出。本实用新型提供的微流控通道单元能够弱化液体流速、粘度等对反应液混合程度的影响，提高反应液在通道中的混合程度。本实用新型还提供了一种微流控芯片，利用该微流控芯片进行处理，能够保障反应液混合均匀，利于反应进行。

Description

一种微流控通道单元及微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，具体涉及一种微流控通道单元及微流控芯片。

背景技术

微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到毫升)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。由于具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(Lab on a Chip)和微全分析系统(micro-Total Analytical System)。微流控芯片在生化领域可以作为连续反应、检测的装置，使用微流控芯片时，反应过程被限制在狭窄和封闭的空间中，流体动力学、传热/传质速率以及反应时间分布都不同于传统的过程，因此，微流控芯片有着独特的方法来加强混合、控制流动状态、加速质量和热传输、监测反应进程。

在生化领域，不同反应液的有效混合是完成目标化学反应的重要前提条件。对于连续搅拌式反应器(固定容器)、管式反应器等传统反应器，反应液的混合主要是通过机械或磁力搅拌进行，通过主动改变搅拌速率可以很容易地调节混合强度。但在微流控芯片中，混合多以被动方式进行，混合强度不仅与液体流速相关，还与通道结构密切相关。

现有的微流控芯片的通道主要为传统直型或曲面型结构，液体的流速、粘度以及通道的直径都会影响反应液的混合程度，流速越慢，粘度越大，反应液混合程度越低，反应液中元素浓度分布越不均匀。在现有的微流控芯片的使用中，限制反应液混合程度的因素过多、影响过大，导致反应液容易出现混合不均的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微流控通道单元，该通道单元能够弱化液体流速、粘度等对反应液混合程度的影响，提高反应液在通道中的混合程度。

本实用新型的另一目的在于提供一种微流控芯片，利用该微流控芯片进行处理，能够保障反应液混合均匀，利于反应进行。

本实用新型解决技术问题是采用以下技术方案来实现的：

一种微流控通道单元，包括：

至少一个S形的通道部件，通道部件包括层叠设置的上部和下部，上部设有上通道，下部设有下通道，上通道和下通道在通道部件的两端连通，分别形成入口内接通道和出口内接通道，入口内接通道和出口内接通道均与外部连通以实现液体的流入或流出。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，通道部件为多个，每两个相邻的通道部件均反向设置。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，微流控通道单元还包括连接部，连接部设有连接通道，一个通道部件的出口内接通道通过连接通道与相邻的另一个通道部件的入口内接通道连通。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，通道部件还包括层叠设置于上部和下部之间的中间部，连接通道在中间部的位置连通相邻两个通道部件的出口内接通道和入口内接通道。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，上部、下部和中间部的厚度均为450～550μm。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，上通道、下通道、入口内接通道、出口内接通道和连接通道的内径相同。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，上通道和下通道的通道截面均为多边形。

另外，一种微流控芯片，包括：

多组相互连通的微流控通道单元；每组微流控通道单元包括至少一个S形的通道部件，通道部件包括层叠设置的上部和下部，上部设有上通道，下部设有下通道，上通道和下通道在通道部件的两端连通，分别形成入口内接通道和出口内接通道，入口内接通道和出口内接通道均与外部连通以实现液体的流入或流出；

其中，相邻的两组微流控通道单元通过出口内接通道、入口内接通道连通。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，多组微流控通道单元并列排布；并且相邻的两组微流控通道单元形成U形结构，和/或相邻的三组微流控通道单元形成S形结构。

可选的，在本实用新型的一些实施例中，多组相互连通的微流控通道单元包括首端微流控通道单元和末端微流控通道单元，微流控芯片还包括入液管和出液管，入液管与首端微流控通道单元的通道部件的入口内接通道连通，出液管与末端微流控通道单元的通道部件的出口内接通道连通。

相对于现有技术，本实用新型包括以下有益效果：本方案改变了微流控通道单元的内部结构，设置了上通道和下通道，层叠设置的上通道、下通道又在通道部件的两端汇合连通，在该结构下，液体流动阻力增加，液体的瞬时流动方向会发生多次改变，如此，液体中的物质在不同于液体流向的方向上的扩散概率提高，液体均匀混合程度得到提高。而且，通道部件为S形，S形的结构也能够一定程度上促进液体在不同于其流向的方向上产生分速度，从而促进液体的混合。本方案通过结构设置能够提高液体在通道中的混合程度，弱化液体流速和粘度对反应液等液体混合程度的影响，实用性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本实用新型实施例提供的通道部件的轴测图；

图2是本实用新型实施例提供的通道部件内部通道情况的示意图；

图3是本实用新型实施例提供的微流控通道单元的主视图；

图4是本实用新型实施例提供的微流控通道单元的中间部的剖视示意图；

图5是本实用新型实施例提供的微流控芯片的主视图；

图6是图5的A部放大图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是就附图的图面方向而言的；而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。

本实用新型的实施例提供了一种微流控通道单元，包括：

至少一个S形的通道部件10，参见图1(其中利用虚线区分部位)，通道部件10包括层叠设置的上部101和下部102，参见图2，上部101设有上通道103，下部102设有下通道104，上通道103和下通道104在通道部件10的两端连通，分别形成入口内接通道105和出口内接通道106，入口内接通道105和出口内接通道106均与外部连通以实现液体的流入或流出。

在该结构下，不同液体容易在不同于其流向的方向上产生分速度，避免了仅产生流向速度，从而避免了多种液体仅形成层流，该结构促进了液体之间的均匀混合。

其中，S形为广义的S形，只要是类似S形即可，比如“己”字形、“已”字形，通道部件10的整体外形结构为S形，其内设置上通道103、下通道104等。通道部件10的入口内接通道105和出口内接通道106与外部连通，可以是与外部自然界连通，也可以是与外部管道连通，还可以是与外部另一个通道部件10连通，只要能够实现液体流入入口内接通道105或流出出口内接通道106即可。多个通道部件10时，通道部件10之间可以通过外部连接管道连通，而端部的通道部件10可以连通自然界，也可以连通进液或出液的管道。

本实施例中，通道部件10为多个，每两个相邻的通道部件10均反向设置。具体的，通道部件10为两个，两个S形的通道部件10朝向相反，构成一个结构单元。当然，在其他实施例中，通道部件10也可以为其他数量，比如一个、三个、五个、八个、十三个、二十个，并且，在其他实施例中，相邻的两个S形的通道部件10也可以同向设置，利用例如V形的管道实现连通。另外，在本实施例中，多个通道部件10竖向排列。即，两个朝向相反的S形的通道部件10的S凹口或S凸部并不呈相对状态。

参见图2和图3，基于通道部件10为两个，因此本实施例提供的微流控通道单元还包括了连接部107，连接部107设有连接通道108，一个通道部件10的出口内接通道106通过连接通道108与相邻的另一个通道部件10的入口内接通道105连通。两个反向设置的S形的通道部件10由连接部107连通，形成的整体图形也类似于S形，参见图3，此种结构可以使通道内的液体在短时间内快速改变流动方向——即图1所示的X方向和Y方向，液体在流动过程中在互相垂直的两个方向上快速切换，如此极大地促进了物质在混合液中的扩散。连接部107的个数设置视需求而定，若微流控通道单元需要与其他的微流控通道单元连接，则端部的通道部件10连接的均为连接部107，若微流控通道单元需要与进液或出液的管道连接，则端部的通道部件10连接的可以不为连接部107。连接部107的两端可伸入相邻的两个通道部件10的出口内接通道106和入口内接通道105中，则连接通道108也伸入通道部件10中；连接部107的两端也可以设置成与相邻的两个通道部件10对接，则连接通道108分别与两个通道部件10的出口内接通道106、入口内接通道105对接。图3示出了两个连接部107，两个连接部107均伸入通道部件10，但图中仅完全示出一个连接部107两端的情况。图3也可以看做是从图1所示的Z方向观察到的微流控通道单元的上部101的示意图。

为了进一步促进液体在入口内接通道105、出口内接通道106的位置产生分速度，参见图1和图2，通道部件10还包括层叠设置于上部101和下部102之间的中间部109，连接通道108在中间部109的位置连通相邻两个通道部件10的出口内接通道106和入口内接通道105。若连接部107的两端伸入相邻的两个通道部件10的出口内接通道106和入口内接通道105，则出口内接通道106和入口内接通道105均为直向型，与连接通道108共同构成类似T形的结构；若连接部107的两端与相邻的两个通道部件10对接，则出口内接通道106和入口内接通道105可设置成类似T形的结构，在通道部件10的端口处与连接通道108连通。本实施例中，出口内接通道106和入口内接通道105均为纵向管道，连接通道108为横向管道，参见图2，图2示出了单个通道部件10的内部通道的情况，即上通道103、下通道104、入口内接通道105、出口内接通道106、连接通道108的连通情况，需要说明的是，图2中上通道103和下通道104仅示出了邻近入口内接通道105和出口内接通道106的局部通道，如图1所示的S形弯折部分未在图中示出。另外，图4也可以看做是从图1所示的Z方向观察到的微流控通道单元的中间部109的剖视示意图。

上通道103和下通道104均可全程实现液体流动，出口内接通道106和入口内接通道105设置于通道部件10的端部，连接通道108伸入中间部109以连通一个通道部件10的出口内接通道106和另一个通道部件10的入口内接通道105，出口内接通道106、入口内接通道105、连接通道108均可实现液体的流动，但中间部109的其他部分为实体结构，无法供液体流动。

液体在微流控通道单元中的流动方式主要为：在一个通道部件10中，因弯道作用沿上通道103和下通道104在图1所示的X方向、Y方向流动，接着液体沿出口内接通道106在Z方向流动，然后流经连接通道108，再流入另一个通道部件10的入口内接通道105。

本实施例中，上部101、下部102和中间部109的厚度均为500μm，在其他实施例中，三者的厚度可以作其他限定，可以相同，也可以不相同，只要满足上部101、下部102和中间部109的厚度在450～550μm即可。

为了实现微流控通道单元各部分吸收的能量相近，并且液体混合均匀，本实施例中，上通道103、下通道104、入口内接通道105、出口内接通道106和连接通道108的内径相同。当然，在其他实施例中，各通道的内径也可以不相同，或者部分相同，例如上通道103、下通道104和连接通道108的内径相同。

使用时，微流控通道单元为图3所示的竖向状态，为了进一步促进液体在不同于纵向的流向上产生横向分速度，上通道103和下通道104的通道截面均为多边形。如此，能够保证上通道103和下通道104的内部具有通道棱边，而非光滑曲面，从而降低层流出现的概率。

另外，参见图5～6，本实用新型的实施例还提供了一种微流控芯片，包括多组相互连通的上述的微流控通道单元，其中，相邻的两组微流控通道单元通过出口内接通道106、入口内接通道105连通。当每组的微流控通道单元包括一个S形的通道部件10时，则多组微流控通道单元之间的连通即为多个S形的通道部件10之间的连通；当每组的微流控通道单元包括多个S形的通道部件10时，则多组微流控通道单元之间的连通即为：一组微流控通道单元的末端通道部件与另一组微流控通道单元的首端通道部件连通，当然，末端通道部件与首端通道部件之间的连通也是通过出口内接通道106、入口内接通道105实现的，具体连通的方式可以是通过上述的连接部107实现连接，也可以通过其他连接管道实现连通。本实施例中，微流控通道单元之间通过连接部107连接。需要说明的是，末端通道部件与首端通道部件构型相同，末端、首端的定义可以根据液体流向来定义。另外，本实施例中，微流控通道单元为31组，每组微流控通道单元包括11个结构单元，如上所述，每个结构单元包括2个通道部件10，因此，每组微流控通道单元包括22个通道部件10。

需要说明的是，图5为微流控芯片使用时的方向状态，在该状态下，通道部件10竖向排列，由此亦可知，通道部件10在图1中仅为部件说明所处的状态，并不为实际使用状态，结合图所进行的方向描述也仅是为了清楚描述方案，并不作为本实用新型的限制。另外，图3也可视为图6的虚线B部放大图。

进一步的，31组微流控通道单元并列排布；并且相邻的两组微流控通道单元形成U形结构，和/或相邻的三组微流控通道单元形成S形结构。本实施例中，相邻的两组微流控通道单元形成U形结构，并且相邻的三组微流控通道单元形成S形结构。此种设置，能够进一步促进液体在不同于其流向的方向上产生分速度，进而促进液体的混合。在其他实施例中，可以仅设置成相邻的两组微流控通道单元形成U形结构，或者相邻的三组微流控通道单元形成S形结构。需要说明的是，此处提到的U形为广义的形状，只要是类似该形状结构均可，例如V形，或者拐角不平滑的类U形结构。

31组相互连通的微流控通道单元包括首端微流控通道单元和末端微流控通道单元，微流控芯片还包括入液管20和出液管30，入液管20与首端微流控通道单元的通道部件10的入口内接通道105连通，出液管30与末端微流控通道单元的通道部件10的出口内接通道106连通。同理，末端微流控通道单元与首端微流控通道单元构型相同，此处的末端、首端的定义主要为区分，其可以根据液体流向来定义。本实施例中，入液管20包括四根管道，使用时，不同的液体从四根管道中注入，然后汇聚，在微流控通道单元中实现充分混合。四根入液管20与首端微流控通道单元的首端通道部件的入口内接通道105连通，首端微流控通道单元的末端通道部件的出口内接通道106与下一微流控通道单元连通，而末端微流控通道单元的末端通道部件的出口内接通道106与出液管30连通。

由于几乎所有的自底向上合成的纳米晶材料的形成都遵循成核和生长的规律，而反应前驱液的饱和度和反应物浓度分布是影响纳米晶成核和生长的主要因素之一。因此，反应前驱液的混合均匀程度决定了反应体系的饱和度和反应物的浓度分布，对纳米晶的合成具有重要意义。因此，本实用新型提供的微流控通道单元及微流控芯片特别适用于纳米晶材料的合成，可用于QLED的量子点芯片结构制备，其能够改变常规微流控芯片中主要以流速决定不同液体间混合程度的方式，使得在合成可接受的任意流速范围内，不同反应前驱液能够均匀混合，并且，此种结构还能够促使微流控芯片外的热量(能量)因通道内液体的高度混合而更加均匀分布。当然，在其他实施例中，也可以将微流控通道单元和微流控芯片用于其他生化物质，例如用于磁性材料制备、蛋白质分析、药物筛查。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种微流控通道单元，其特征在于，包括：

至少一个S形的通道部件，所述通道部件包括层叠设置的上部和下部，所述上部设有上通道，所述下部设有下通道，所述上通道和所述下通道在所述通道部件的两端连通，分别形成入口内接通道和出口内接通道，所述入口内接通道和所述出口内接通道均与外部连通以实现液体的流入或流出。

2.根据权利要求1所述的微流控通道单元，其特征在于，所述通道部件为多个，每两个相邻的所述通道部件均反向设置。

3.根据权利要求2所述的微流控通道单元，其特征在于，所述微流控通道单元还包括连接部，所述连接部设有连接通道，一个所述通道部件的所述出口内接通道通过所述连接通道与相邻的另一个所述通道部件的所述入口内接通道连通。

4.根据权利要求3所述的微流控通道单元，其特征在于，所述通道部件还包括层叠设置于所述上部和所述下部之间的中间部，所述连接通道在所述中间部的位置连通相邻两个所述通道部件的所述出口内接通道和所述入口内接通道。

5.根据权利要求4所述的微流控通道单元，其特征在于，所述上部、所述下部和所述中间部的厚度均为450～550μm。

6.根据权利要求3所述的微流控通道单元，其特征在于，所述上通道、所述下通道、所述入口内接通道、所述出口内接通道和所述连接通道的内径相同。

7.根据权利要求1所述的微流控通道单元，其特征在于，所述上通道和所述下通道的通道截面均为多边形。

8.一种微流控芯片，其特征在于，包括：

多组相互连通的微流控通道单元；每组所述微流控通道单元包括至少一个S形的通道部件，所述通道部件包括层叠设置的上部和下部，所述上部设有上通道，所述下部设有下通道，所述上通道和所述下通道在所述通道部件的两端连通，分别形成入口内接通道和出口内接通道，所述入口内接通道和所述出口内接通道均与外部连通以实现液体的流入或流出；

其中，相邻的两组所述微流控通道单元通过所述出口内接通道、所述入口内接通道连通。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，多组所述微流控通道单元并列排布；并且相邻的两组所述微流控通道单元形成U形结构，和/或相邻的三组所述微流控通道单元形成S形结构。

10.根据权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，多组相互连通的微流控通道单元包括首端微流控通道单元和末端微流控通道单元，所述微流控芯片还包括入液管和出液管，所述入液管与所述首端微流控通道单元的所述通道部件的所述入口内接通道连通，所述出液管与所述末端微流控通道单元的所述通道部件的所述出口内接通道连通。

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