[發明專利]一種可實現液滴尺寸不依賴流量的微流控芯片

在審

• 申請號: 201810176538.6
• 申請日: 2018-03-03
• 公開（公告）號: CN108393103A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 劉趙淼;趙靜;逄燕
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種可實現液滴尺寸不依賴流量的微流控芯片，該微流控芯片為一種基于界面張力誘導下的微流控芯片，其特征在于：該微流控芯片基于界面張力誘導下的微通道結構通過改變幾何參數，得到最優的參數結構；

該微流控芯片包括上層微通道(1)、中間層薄膜(2)、下層微通道(3)；上層微通道(1)包括離散相通道(4)、離散相入口(5)、連續相通道(6)、連續相入口(7)、驅動相通道(8)、驅動相入口(9)、液滴生成腔(10)、主通道(11)、液滴觀測腔(12)、出口(13)；

下層微通道(3)包括凹槽(14)；離散相通道(4)和連續相通道(6)一端分別連接離散相入口(5)和連續相入口(7)；離散相通道(4)和連續相通道(6)另一端共同連接在液滴生成腔(10)上；液滴生成腔(10)另一端連接主通道(11)；驅動相入口(9)連接驅動相通道(8)后與主通道(11)共同連接在液滴觀測腔(12)的一端；液滴觀測腔(12)另一端連接出口(13)；上層微通道(1)和中間層薄膜(2)通過紫外線等離子鍵合機進行鍵合連接，再將下層微通道(3)中的凹槽(14)對準上層微通道(1)的液滴生成腔(10)，將下層微通道(3)與中間層薄膜(2)進行鍵合連接；

在下層微通道(3)中通入PDMS預制試劑，對上層微通道(1)進行施壓，利用熱固法將PDMS預制試劑進行固定，在液滴生成腔(10)的底部形成弧形壁面；兩相流體流動時，通道弧形壁面使離散相在前后兩端的曲率不同，當拉普拉斯壓力差無法繼續被界面變形平衡時，離散相形成液滴；離散相形成液滴過程中，由于流動阻力相對小，界面張力起主導作用，決定液滴斷裂的臨界條件。

2.根據權利要求1所述的一種可實現液滴尺寸不依賴流量的微流控芯片，其特征在于：考慮到該結構中兩相流量對液滴影響很小，為保證液滴能順利通過，不在液滴觀測腔(12)中停留，故在液滴觀測腔(12)處接入驅動相通道(8)；同時常規微尺度通道未設置液滴觀測腔(12)，但液滴生成腔(10)的底部形成弧形壁面，對液滴尺寸及運動形態的測量造成一定難度，因此在液滴生成腔(10)后連接主通道(11)，在主通道(11)后連接液滴觀測腔(12)，方便數據測量。

3.根據權利要求1所述的一種可實現液滴尺寸不依賴流量的微流控芯片，其特征在于：上層微通道(1)、中間層薄膜(2)和下層微通道(3)均由PDMS材料制成。

4.根據權利要求1所述的一種可實現液滴尺寸不依賴流量的微流控芯片，其特征在于：該微流控芯片的制作流程如下：

1)采用PDMS澆筑的方式分別制作含通道結構的上層微通道(1)、下層微通道(3)和中間層薄膜(2)是在硅片上利用離心力甩制的PDMS薄膜；

2)采用紫外線光等離子鍵合機將澆鑄成型的上層微通道(1)和中間層薄膜(2)鍵合，再將下層微通道(3)中的凹槽(14)對準上層微通道(1)的液滴生成腔(10)，下層微通道(3)與上層微通道(1)進行鍵合；

3)在凹槽(14)內通入PDMS預制試劑，對上層微通道(1)進行施壓，利用熱固法將PDMS預制試劑固定，形成弧形壁面，得到界面張力誘導下的微通道結構。

5.根據權利要求1所述的一種可實現液滴尺寸不依賴流量的微流控芯片，其特征在于：該微流控芯片的具體工作過程如下：離散相液體從離散相入口(5)流入，連續相液體從連續相入口(7)流入；離散相液體和連續相液體在液滴生成腔(10)處交匯，離散相液體破裂生成液滴并隨連續相液體一起往下游流動，通過主通道進入液滴觀測腔(12)，最終通過出口(13)流出芯片。