[發明專利]一種快速溫度躍升微流芯片系統

有效

• 申請號: 201610116013.4
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105665046B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 邊風剛;李怡雯;洪春霞;王劼
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;B01L7/00;G01N23/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 鄧琪,宋麗榮

技術領域

本發明涉及一種用于研究反應動力學的芯片系統，更具體地涉及一種與同步輻射測量相結合的快速溫度躍升微流芯片系統。

背景技術

反應動力學的研究是研究反應機理的主要途徑。對于反應半衰期短于1s的快反應，采用常規分析技術無法對反應進行研究。反應動力學具有多種研究方法，包括連續流/停流技術、溫度躍升弛豫技術、閃光光解技術等等。其中，溫度躍升弛豫技術是一種研究溶液中快反應的常用實驗技術，即在短暫時間內對平衡體系施加一個溫度擾動，并且結合檢測設備，例如色譜、質譜、核磁共振及吸收光譜等系統，通過測定溶液的某一特性來監測反應進程。因此，溫度躍升弛豫裝置設計的關鍵是選取一個與檢測手段相匹配的迅速升溫方案。

同步輻射裝置是利用電子在磁場中做高速運動產生同步輻射光的大型科學實驗裝置。同步輻射光源是一種新型光源，覆蓋了X射線、真空紫外、可見光到遠紅外波段，而且連續可調。同步輻射光源具有高通亮、高空間分辨、高時間分辨特征，是探測物質結構及解析反應機理強有力的工具。

目前，產生溫度躍升的方法主要有電容器放電、微波以及脈沖激光。利用電容器放電法產生溫度跳變，需要較高的鹽濃度和離子強度，并且導電溶液需加上數千伏的電壓，這將導致分子的極化等不利影響；微波法僅適用于極性溶液；脈沖激光法需考慮吸收介質在某一激光波長的光敏度。考慮到上述溫度躍升裝置的復雜性，若與同步輻射光源探測手段相結合，還需要根據具體的線站要求和布局，進行軟件及硬件多方面改造，較為不便。

近年來，同步輻射結合微流控混合型芯片實驗技術逐漸成為反應動力學研究熱點。微流控芯片將生物和化學領域中所涉及的基本操作單元集成到幾個平方厘米的芯片上，由微通道形成網絡，以可控流體貫穿整個系統。利用微流體的動力聚焦混合方式或低雷諾數下的層流混合機制，將反應物在微流芯片內快速推進并迅速混合，以同步輻射光為探針，實現反應動力學動態研究。同步輻射結合微流芯片實驗系統組成方便、成本低、功能集成度高。

但是，到目前為止，將微流芯片用于同步輻射反應動力學的研究主要是利用微尺度下流體的流動特性，使得溶液快速混合，主要應用在連續流/停流技術中。而利用微通道內流體流動換熱明顯強于常規尺度換熱的特性，將微流芯片與同步輻射相結合應用到溫度躍升弛豫的研究尚未見報道。

發明內容

本發明旨在提供一種快速溫度躍升微流芯片系統，該系統可結合同步輻射X射線測量技術，用于溫度躍升弛豫的反應動力學相關研究。

本發明所述的快速溫度躍升微流芯片系統，包括：芯片，該芯片包括基片、蓋片、電磁閥、制冷裝置和加熱裝置，基片具有微流通道，該微流通道依次形成恒溫儲液區、溫度跳變區和測試區，蓋片覆蓋并密封基片，電磁閥連通微流通道，制冷裝置緊貼基片的恒溫儲液區設置，加熱裝置緊貼基片的溫度跳變區設置，測試區暴露于同步輻射光的照射下進行測試；用于安裝固定該芯片的支架；用于調節支架的位置的二維調整平臺，該二維調整平臺包括水平位置調節模塊和垂直位置調節模塊；以及注射泵，該注射泵具有本體和與該本體相連的第一閥口，所述閥口與芯片的微流通道連通。

微流通道包括相對獨立的第一微通道、第二微通道和第三微通道，其中，第一微通道的入口端與注射泵相連通，第一微通道的出口端與電磁閥相連，第二微通道的入口端與樣品液體相連通，第二微通道的出口端與電磁閥相連，第三微通道的入口端與電磁閥相連。

微流通道還包括依次設置于第三微通道下游的第四微通道和第五微通道，該第四微通道形成溫度跳變區，該第五微通道形成測試區。

第四微通道為寬度先發散后收斂的微通道。優選地，該第四微通道為矩形-梯形微通道。

與第一、第二、第三和第五微通道相比，第四微通道的寬度較大且深度較小。

該芯片還包括有設置于第一微通道的測試位置處的溫感探頭。

該注射泵還包括與空氣連通的第二閥口。

該注射泵還包括與清洗液連通的第三閥口。

該支架包括底板和垂直于該底板的安裝板，該安裝板具有貫通孔，芯片被固定于該貫通孔內。

該加熱裝置為濺射在玻璃基底上的圖案化的Pt電極。