[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

本發明公開了一種可實現液滴尺寸不依賴流量的微流控芯片，屬于微流控芯片技術領域。該微流控芯片突出界面張力及幾何構型對液滴生成的影響，減小液滴尺寸對速度的依賴性。該微流控芯片包括上層通道結構，中間層和下層通道結構。上層通道由離散相通道、連續相通道、液滴生成腔、液滴觀測腔連接組成；同時利用田口法減少試驗次數,確定液滴生成腔的最優幾何參數結構。本芯片使得液滴能均一穩定生成，不依賴兩相流量的變化,有助于突破液滴生成的驅動限制，擴大芯片性能維持穩定的速度范圍，使微液滴兩相流能夠適用于不同的驅動條件。

技術領域

本發明基于界面張力誘導下的微液滴生成通道結構，設計一種可滿足液滴尺寸不依賴于流量的微流控芯片，屬于微流控芯片技術領域。

背景技術

微流控芯片是指使用微管道(尺寸為數十到數百微米)處理或操縱微小流體的系統所涉及的科學和技術，是一門涉及化學、流體物理、微電子、新材料、生物學和生物醫學工程的新興交叉學科。與傳統的分析平臺相比，利用微流控芯片所制備的微液滴能有效的降低實驗成本，實驗中僅使用較少的量，可大大節約昂貴的生化試劑的使用，具有單分散性好；精確可控、大小均勻；生成頻率快(數萬赫茲，每秒可生成上百個液滴)；混合充分、反應時間快；通量高、無交叉污染等優勢。在DNA和聚合酶鏈反應分析、血液檢測、蛋白質結晶、單細胞培養、顆粒合成等領域有廣泛的應用。

目前實驗中液滴微流控技術依賴于配套驅動設備所提供的精準液體流速，造成微液滴的生成對速度的依賴性尤為突出。這不僅使得微流控技術難以適用于快速簡易的手動操作，限制了其在檢測和反應等方面的應用，而且，常用驅動設備提供的流動速度具有波動性，容易造成微流控芯片的性能不穩定。因此，需要弱化液滴微流控技術對流速精度的要求，將不穩定的驅動輸入條件轉化為穩定的輸出結果，以擴大微流控芯片適用的流速范圍。田口方法是一種低成本、高效益的質量工程方法，它強調產品質量的提高不是通過檢驗，而是通過設計。田口方法可以分析各個幾何參數的敏感性，確定最優參數組合，它是基于L9正交陣列(Orthogonal Array)實驗實現參數優化，使用L9正交陣列使分析中所需的數量從34581個減至9個，可大大減少實驗數量。

液體的流動速度是通過改變兩相界面受力來影響液滴微流控芯片的功能。多相流動過程中，弱化與流動速度相關的作用力，突出幾何結構和流動介質物性參數決定的界面張力，可降低兩相流動速度對液滴生成及流動行為的影響。因此，本發明實現一種可使液滴尺寸對速度依賴性較小的基于界面張力誘導下的微流控芯片，并利用田口方法對通道幾何尺寸進行完善，得到最優芯片結構。該芯片有助于突破液滴生成的驅動限制，擴大芯片性能維持穩定的速度范圍，使微液滴兩相流能夠適用于不同的驅動條件。

發明內容

本發明基于界面張力誘導下的微通道結構，通過改變通道結構的幾何尺寸，利用田口方法實驗得到各個幾何參數的敏感性，目的得到一種可實現液滴尺寸不依賴流量的微流控芯片。

本發明采用的技術方案為一種基于界面張力誘導下的微流控芯片，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。