[發明專利]三維聚焦流合成液滴微流控芯片及其制作方法

在審

• 申請號: 201710359057.4
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107126987A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 錢翔;吳艷;王曉浩;張旻;董瑛
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司44223
• 代理人: 王震宇

技術領域

本發明涉及一種三維聚焦流合成液滴微流控芯片及其制作方法，該微流控芯片可以與質譜聯用、在氣液兩相流中用于產生微小液滴。

背景技術

微流體芯片特別是具備高密度、大規模、高通量、多功能等特點的集成微流體芯片，已經在化學和生物學等領域發揮著重要的作用。與宏觀尺度的實驗裝置相比，這一技術顯著降低了樣品的消耗量，提高了反應效率。同時也降低了實驗產生廢物對環境的污染；集成微流體芯片操作的并行優勢可以實現實驗的高通量、自動化控制；并且可以通過微閥微泵等微細結構進行精確控制。這使得微流體芯片在分析領域中具有不可替代的優勢。

亞微米液滴的直徑尺寸范圍在1nm到100μm。尺寸越小使比表面積比越高，相應的吸附能力、溶解能力、化學反應速率會有所提高，因此相對于大尺寸的材料，微納米材料的電性能、光性能、機械性能和化學性能具備特殊的優勢。其中，亞微米液滴因合成方式多樣、產量高、應用廣泛等特點被多個方向的研究學者青睞。將液滴固化可形成顆粒，在過去數十年時間的發展中，亞微米顆粒材料先被應用于工業產品的生成，后又被應用于化工業產品的合成。近幾年來又在生物醫學、微生物行業、分析行業和半導體行業得到廣泛的應用，例如藥物運輸、細胞封裝、生物降解、微生物傳感器等。這些研究都基于液滴合成系統。

研究中報道的具有較好亞微米液滴合成效果的微流體芯片多采用石英、玻璃材料。毛細管根據大小不同組裝成套管，形成自然的三維聚焦結構，可用于液滴生成。但是毛細管套管芯片不易形成聚焦流，生成幾微米的液滴難度較大，同時玻璃材料呈親水性，做油包水實驗需要預先對毛細管表面進行改性實驗。另一種常用材料是高聚物聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)，采用它制作一般的二維結構微流體新芯片，要得到好的聚焦流則比較困難，需要構造具有三維結構流道的微流體芯片。它相對前一種材料成本低很多，制作工藝簡單，制作時間短，可批量制作，所以對這種材料進行工藝上的創新研究具有很大的意義和價值。一種好的微流體芯片的結構、材料和制作方法，都能在成本和結構穩定性上給分析系統帶來很大的幫助。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種三維聚焦流合成液滴微流控芯片及其制作方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種三維聚焦流合成液滴微流控芯片，包含連續相層和離散相層；所述連續相層包含連續相流道(502)、連續相儲液池(503)、防堵塞陣列結構(507)、流體輸出流道(505)和流體輸出口(506)，所述離散相層包含離散相流道(501)、離散相儲液池(504)和收縮口(508)；所述連續相流道(502)從連續相儲液池(503)開始，經過所述防堵塞陣列結構(507)后形成一條流道，在中途分成兩條連續相流道(502)，對稱分布于所述離散相流道(501)兩側，并且最終在所述離散相流道(501)出口處相交相通，連續相流體360°對稱擠壓離散相流體使離散相流體形成聚焦流，流經所述收縮口(508)后進入所述流體輸出流道(505)；所述收縮口(508)的寬度小于所述離散相流道(501)的寬度以形成聚焦流動；所述連續相流道(502)的深度大于所述離散相流道(501)和所述收縮口(508)的深度，且所述離散相流道(501)出口在橫向和深度方向上位于所述連續相流道(502)的中間位置，形成三維立體結構。

所述結構適用于合成油包水型的液滴，即將水性流體作為離散相，油性流體作為連續相，整體三維微流道的壁面呈天然疏水性，有效阻礙離散相流體接觸壁面。同時可以通過表面改性實驗將整體流道壁面改性為親水性，則利于實現水包油型的液滴生成。

所述微流控芯片所用材料是高聚物聚二甲基硅氧烷即PDMS，所述微流控芯片由上下兩片PDMS鍵合形成，且兩片PDMS都包含有相同鏡像的流道結構。

所述離散相流道(501)與所述連續相流道(502)相交處的夾角為90°。

所述連續相層和所述離散相層直接從光刻膠形成的模具中脫模成型。

所述收縮口(508)的深度和所述離散相流道(501)的深度相同。

一種制作所述的三維聚焦流合成液滴微流控芯片的制作方法，包括以下步驟：

使用離散相層掩膜版和連續相層掩膜版進行模具制作；