[發(fā)明專利]一種基于雙層通道的壓力耦合作用的微液滴生成芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711140869.6
• 申請(qǐng)日: 2017-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107913745B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 逄燕;王翔;劉趙淼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01L3/00
• 分類號(hào): B01L3/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙層通道的壓力耦合作用的微液滴生成芯片，芯片的主體結(jié)構(gòu)由上層芯片、微尺度薄膜和下層芯片組成；微流控芯片結(jié)構(gòu)采用T形通道示意為微液滴生成結(jié)構(gòu)a和微液滴生成結(jié)構(gòu)b，兩個(gè)T形通道以一個(gè)角度隔著微尺度薄膜交匯，交匯形狀為菱形，即兩通道的相互作用區(qū)域。本發(fā)明的微流控芯片可以實(shí)現(xiàn)薄膜兩側(cè)通道交匯結(jié)構(gòu)的壓力調(diào)節(jié)，通道壓力較高的一側(cè)會(huì)將薄膜擠壓凸出，產(chǎn)生壁面的變形和波動(dòng)并傳遞到薄膜另一側(cè)的通道中，從而很方便地實(shí)現(xiàn)交匯通道的壓力調(diào)節(jié)。該結(jié)構(gòu)用于兩側(cè)通道中壓力的自發(fā)調(diào)節(jié)和壁面波動(dòng)的耦合作用，最終實(shí)現(xiàn)薄膜兩側(cè)微液滴生成的相互作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于常規(guī)微流控芯片，利用微尺度薄膜容易變形的特性傳遞兩側(cè)通道交匯處壁面的變形和波動(dòng)，使兩側(cè)微液滴生成通道相互作用的新型微流控芯片。

背景技術(shù)

微流控技術(shù)通過(guò)在微米或納米尺度上對(duì)流體進(jìn)行一系列操作來(lái)實(shí)現(xiàn)特定功能，該技術(shù)涉及力學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域，并可以將各學(xué)科所包含的基本功能集成到特定芯片上。微流控技術(shù)具有特征尺度小、消耗試劑少、反應(yīng)速度塊、檢測(cè)效率高以及體系穩(wěn)定封閉等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在酶活性檢測(cè)、生物組織培養(yǎng)、材料合成、化學(xué)反應(yīng)觀察等方面實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用。

微流控芯片中各種功能是通過(guò)設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于一般微流控結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)尺度降低到微米級(jí)別，流速處于1μm/s～1cm/s，特征長(zhǎng)度處于1～100μm，計(jì)算得到的雷諾數(shù)小于100(一般處于10^-6～10)，液體主要以層流為主，因此，可以很方便地通過(guò)微通道結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)流體進(jìn)行精確控制。目前已有的通道結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：?jiǎn)蜗嘁后w的穩(wěn)定流動(dòng)、混合，微液滴的均勻生成、穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間停留、分裂，以及多液滴之間的融合、擠壓排序等。但是不論單相或多相液體在微通道中運(yùn)動(dòng)都會(huì)涉及到通道對(duì)液體的限制，而常規(guī)微流控芯片的通道抗變形能力較強(qiáng)，幾乎不會(huì)受到流動(dòng)液體的作用，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)液滴對(duì)通道壁面的作用。借助彈性薄膜的易變形特性可以反映出流動(dòng)液體對(duì)通道壁面的作用，也可以實(shí)現(xiàn)兩側(cè)交匯通道之間在流動(dòng)液體作用下的相互影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于雙層通道的壓力耦合作用的微液滴生成芯片，基于常用的微流控芯片結(jié)構(gòu)，結(jié)合彈性薄膜的易變形特性，通過(guò)兩層通道交匯處的壁面變形和波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)微液滴生成結(jié)構(gòu)之間的相互作用。本發(fā)明所述的微流控芯片主要結(jié)構(gòu)如下：

芯片的主體結(jié)構(gòu)由上層芯片1、微尺度薄膜2和下層芯片3組成；上層芯片1中含有微液滴生成結(jié)構(gòu)a4，下層芯片3中含有微液滴生成結(jié)構(gòu)b5；微液滴生成結(jié)構(gòu)a4和微液滴生成結(jié)構(gòu)b5都設(shè)置在兩側(cè)芯片接觸微尺度薄膜2的一側(cè)，并在設(shè)定位置按照設(shè)定的角度進(jìn)行交匯；由于微尺度薄膜要能夠通過(guò)變形來(lái)傳遞兩側(cè)的壓力變化，微尺度薄膜2的材質(zhì)為聚二甲基硅氧烷；上層芯片1和下層芯片2沒(méi)有材質(zhì)的限制，只要保證跟中間的微尺度薄膜穩(wěn)定鍵合即可，可以采用PDMS或者玻璃。

本發(fā)明的微流控芯片結(jié)構(gòu)采用T形通道示意為微液滴生成結(jié)構(gòu)a4和微液滴生成結(jié)構(gòu)b5，兩個(gè)T形通道以一個(gè)角度隔著微尺度薄膜交匯，交匯形狀為菱形，即兩通道的相互作用區(qū)域。實(shí)際使用中的微液滴生成結(jié)構(gòu)a4和微液滴生成結(jié)構(gòu)b5不僅限于T形通道，是任意微液滴生成結(jié)構(gòu)在特定位置的交匯形式。本發(fā)明的微流控芯片可以實(shí)現(xiàn)薄膜兩側(cè)通道交匯結(jié)構(gòu)的壓力調(diào)節(jié)，通道壓力較高的一側(cè)會(huì)將薄膜擠壓凸出，產(chǎn)生壁面的變形和波動(dòng)并傳遞到薄膜另一側(cè)的通道中，從而很方便地實(shí)現(xiàn)交匯通道的壓力調(diào)節(jié)。

該結(jié)構(gòu)用于兩側(cè)通道中壓力的自發(fā)調(diào)節(jié)和壁面波動(dòng)的耦合作用，最終實(shí)現(xiàn)薄膜兩側(cè)微液滴生成的相互作用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種基于雙層通道的壓力耦合作用的微液滴生成芯片的三維總體輪廓示意圖。

圖2是本發(fā)明上下兩層芯片中交匯通道結(jié)構(gòu)的俯視圖。

圖中：1、上層芯片，2、微尺度薄膜，3、下層芯片，4、微液滴生成結(jié)構(gòu)a，5、微液滴生成結(jié)構(gòu)b。

具體實(shí)施方式