[發明專利]用于生成球狀微氣泡的微流控芯片

有效

• 申請號: 201610002404.3
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105688721B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 包福兵;項素娟;凃程旭;林建忠
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: B01F13/00
• 分類號: B01F13/00;B01L3/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司33100
• 代理人: 王佳健

技術領域

本發明涉及一種微流控芯片，尤其涉及一種生成球狀微米量級氣泡的微流控芯片，屬于流體機械領域。

背景技術

近年來，微米量級氣泡因其具有的獨特流體力學特性和尺度效應，在醫學、石油、環境、采礦、化工、動力、冶金、核能等領域獲得了廣泛應用。尤其在生物醫學領域，各種基于微氣泡的超聲測量技術、藥物靶向輸送及基因介導治療技術獲得了迅速發展。生成的微氣泡大小、穩定性等都會影響其在各個領域應用的效果。因此，深入研究微氣泡的形成機理和流動特性，能夠奠定微氣泡在多領域實際應用的的理論基礎。

隨著國內外學者對微氣泡的深入研究，出現了越來越多的微氣泡制備技術，如：同軸靜電霧化法、超聲空化法、乳化法、冷凍干燥法、霧化法、高壓均質法、界面聚合法和微流元件法等。微流元件法也就是采用微流控芯片制備微氣泡，是比較新的方式，這種方式可以通過精確的控制液體與氣體從而控制氣泡的結構、成分及尺寸，由于制備的每一個氣泡的方式幾乎一致，可以保證微氣泡的尺寸和多分散性。

但是采用微流控芯片制備微米量級氣泡的過程中，由于現有微流控芯片內微通道結構的限制，實驗過程中通過控制液體與氣體獲得微氣泡的過程比較漫長而且繁瑣，不易操作，且生成的微氣泡為扁平狀而非立體球狀微氣泡。而球狀微氣泡更適用于微氣泡流動特性和運動機理的進一步研究和分析。因此，針對現有微流控芯片內通道結構的不足。

發明內容

本發明的目的是針對現有微流控芯片生成微氣泡過程中的不足，提供了一種新的微流控芯片。該微流控芯片對芯片內微通道進行改進，對微通道的結構重新進行設計，改變通道各部分的尺寸。由此達到實驗過程中通過簡單操作便可生成比現有尺寸更小的微米量級球狀微氣泡的目的。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種用于生成球狀微氣泡的微流控芯片。微流控芯片整體由兩片內微通道結構不同的芯片鍵合而成，兩片芯片的鍵合面均采用光刻蝕技術刻蝕出一定厚度與寬度的微通道。其中第一芯片內有兩條液體微通道，一條氣體微通道、微氣泡生成通道和微氣泡輸出通道，兩條液體微通道和氣體微通道交界處存在一定角度的夾角；第二芯片內有與第一芯片結構尺寸相同的液體微通道、氣體微通道和微氣泡輸出通道，但沒有微氣泡生成微通道。兩片芯片鍵合而成后，同時向微通道內注入液體和氣體，通過調節液體流量，控制氣體壓強，采用不同氣體或者不同粘度的液體可以生成不同直徑大小的微氣泡。

進一步說，微流控芯片長40mm，寬20mm，每片芯片內兩條液體微通道尺寸相同，液體微通道寬30μm；氣體微通道寬40μm，微氣泡輸出通道寬100μm，液體微通道、氣體微通道刻蝕深度均為20μm，微氣泡輸出通道刻蝕深度40μm，微氣泡生成通道寬10μm，刻蝕深度10μm；微氣泡生成通道刻蝕相同的寬和深度構成正方形的面，液體微通道與氣體微通道之間的夾角為70°。

本發明與現有技術相比，具有的有益效果是：

1、現有微流控芯片內微通道的結構均是單面刻蝕，生成的微氣泡是圓餅狀二維氣泡。本發明提出微流控芯片由不同微通道結構的第一芯片和第二芯片鍵合而成，芯片內液體通道、氣體通道、微氣泡生成通道和微氣泡輸出通道的寬度、刻蝕深度均有所不同，特別是第一芯片內刻蝕有微氣泡生成通道，寬10μm，深度10μm，側面剖視微氣泡生成通道是一個正方形的截面；第二芯片未刻蝕出微氣泡生成通道，其他通道的寬度深度等尺寸均與芯片一相同。內微通道結構與尺寸改進后的微流控芯片可生成立體球狀微米量級微氣泡，突破了微流元件生成的微氣泡在結構形狀方面的局限性。

2、針對現有的液體微通道與氣體微通道之間的垂直結構在實驗過程中帶來的弊端，提出將液體微通道與氣體微通道之間的角度改為70°夾角的改進。微氣泡生成實驗過程中，液相由兩側流出，對氣體產生夾流聚焦的效果，氣相受到來自兩側液相的對稱剪切力作用，破碎生成氣泡，改進后的微通道結構相比原來的結構，微氣泡的生成過程更為穩定，生成微氣泡大小的可控范圍更寬，能生成直徑小于氣體微通道尺寸的微氣泡。

3、本發明通過改變微流控芯片內微通道的結構，調節微通道各部分不同尺寸， 采用該微流控芯片用于生成微米量級微氣泡的實驗過程中，操作更加簡便，并且生成的微氣泡直徑可控范圍更大，能生成更小直徑的微氣泡，最小直徑約20μm。生成的微氣泡是立體球狀氣泡，球狀微氣泡更適用于微氣泡運動機理及流動特性的進一步研究。

附圖說明

圖1是微流控芯片中的第一芯片俯視示意圖；

圖2是微流控芯片中的第二芯片俯視示意圖；