[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)液滴對/氣泡對同步運(yùn)動并融合的微流控芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810197407.6
• 申請日: 2018-03-11
• 公開（公告）號: CN108212236B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉趙淼;王翔;逄燕
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 11203 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)液滴對/氣泡對同步運(yùn)動并融合的微流控芯片，離散相入口設(shè)置在連續(xù)相入口圍護(hù)的中間，稀釋入口設(shè)置在離散相入口的通道與連續(xù)相入口的通道連接后的交匯通道上；離散相入口的通道與連續(xù)相入口的通道交匯處為交匯處a，連續(xù)相將離散相擠斷成離散化的液滴/氣泡；生成后的液滴/氣泡在微通道的引導(dǎo)下流向稀釋交匯處b；交匯通道與T形通道連接處為分裂交匯處c，液滴/氣泡流過分裂交匯處c時分裂成兩個相等的液滴/氣泡，由于T形通道液滴對/氣泡對會同步到達(dá)融合交匯處d；最終所有的流體從出口流出并收集處理。本發(fā)明在對稱結(jié)構(gòu)和對稱流動的作用下，液滴對同步流動到交匯處相遇，滿足了液滴對融合特性的研究。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型微流控芯片，利用通道結(jié)構(gòu)引導(dǎo)液滴/氣泡以實(shí)現(xiàn)液滴對/氣泡對的同步運(yùn)動和相遇融合。

背景技術(shù)

微液滴技術(shù)是微流控技術(shù)的重要分支之一，近年來得到迅速發(fā)展。微液滴系統(tǒng)具有體積小，比表面積大，速度快，通量高，大小均勻，體系封閉等突出優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在物理、化學(xué)、生物以及多學(xué)科交叉領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用。

液滴融合是一項非常重要的液滴控制技術(shù)，以液滴為運(yùn)輸體來實(shí)現(xiàn)試劑按需加載，可以廣泛應(yīng)用于試劑混合、粒子合成、復(fù)合材料制備、DNA與血液分析、食品檢測等領(lǐng)域。通常將液滴融合方式分成主動融合和被動融合兩種。其中，主動方式需要外加電場或振動等外部能量源，而被動方式通過調(diào)節(jié)通道結(jié)構(gòu)或表面性質(zhì)等來實(shí)現(xiàn)無外加能量場條件下的融合。根據(jù)液膜排液原理可知，隨著兩個液滴的逐漸接近，連續(xù)相開始持續(xù)排液，當(dāng)液滴之間的距離達(dá)到臨界值后，兩相界面變得不穩(wěn)定同時范德華力開始驅(qū)使液滴融合直至液膜突然破裂。對于被動融合方式來說，兩液滴要相遇接觸才可能融合，所以液滴對同步到達(dá)匯合位置是液滴融合的首要條件。通常一對要融合的液滴由兩個生成結(jié)構(gòu)來單獨(dú)生成，這種方式中的液滴生成頻率難以得到控制來保證液滴對的穩(wěn)定相遇；柱狀陣列結(jié)構(gòu)可以減少液滴對的到達(dá)時間差，但也只能保證時間差在一個較小的范圍，且柱狀結(jié)構(gòu)涉及到較多幾何參數(shù)，如單個柱的尺寸以及相互間隔等，設(shè)計一個性能較好的液滴同步結(jié)構(gòu)需要對這些結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，包括大量的實(shí)驗和數(shù)值模擬。因此，需要設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單又能很好滿足液滴對同步運(yùn)動并實(shí)現(xiàn)被動融合的微流控芯片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所述的新型微流控芯片，通過微通道結(jié)構(gòu)的對稱分裂實(shí)現(xiàn)液滴對/氣泡對的同步運(yùn)動和相遇融合，“液滴對/氣泡對”指一對相遇融合的液滴/氣泡。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種實(shí)現(xiàn)液滴對/氣泡對同步運(yùn)動并融合的微流控芯片，該微流控芯片由蓋片和基片配合組成，蓋片和基片不可逆地鍵合在一起；微流控芯片中的蓋片和基片的材質(zhì)相同，均為PDMS(聚二甲基硅氧烷)或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，以保證流體流動時四周接觸的壁面材質(zhì)相同以及芯片整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定鍵合；流動流體和微流控芯片的材質(zhì)是相互對應(yīng)的，由于PDMS本身是親油疏水的，所以PDMS制得的微流控芯片使用時連續(xù)相是油，而PMMA本身是親水疏油的，所以芯片材質(zhì)為PMMA時連續(xù)相是水。

微流控芯片的微通道結(jié)構(gòu)設(shè)置在蓋片直接接觸基片的一側(cè)，蓋片和基片中間形成的空間為流體流動的區(qū)域。工作時，離散相從離散相入口2通入，連續(xù)相分別從連續(xù)相入口1和稀釋入口3通入，連續(xù)相入口1與一個封閉的通道連接，連續(xù)相入口1將封閉的通道分為兩個對稱的部分，離散相入口2設(shè)置在封閉的通道中間，稀釋入口3設(shè)置在離散相入口2的通道與連續(xù)相入口1的通道連接后的交匯通道上；離散相入口2的通道與封閉的通道交匯處為生成交匯處a，互不相溶的兩種流體在生成交匯處a相遇后，連續(xù)相將離散相擠斷成離散化的液滴/氣泡，通過調(diào)節(jié)離散相和連續(xù)相流量來控制液滴/氣泡的大小和頻率；生成后的液滴/氣泡在微通道的引導(dǎo)下流向稀釋交匯處b，通過稀釋流調(diào)節(jié)液滴/氣泡的間距；交匯通道與一個上下對稱的T形通道連接，交匯通道與T形通道連接處為分裂交匯處c，液滴/氣泡流過分裂交匯處c時分裂成兩個相等的液滴/氣泡，由于T形通道結(jié)構(gòu)和流動的對稱性，液滴對/氣泡對會同步到達(dá)融合交匯處d；最終所有的流體從出口4流出并收集處理。