[發明專利]一種用于提高液滴捕獲后極限承受流量的微流控芯片

有效

• 申請號: 201811575831.6
• 申請日: 2018-12-22
• 公開（公告）號: CN109569752B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 劉趙淼;李夢麒;逄燕;王颶
• 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

本發明公開了一種用于提高液滴捕獲后極限承受流量的微流控芯片，屬于微流控技術領域。該主體固體結構包括主通道、離散相入口、連續相入口、間距調節入口、旁支路通道、圓形捕獲腔、雙狹窄通道和流體出口。兩相流體從連續相和離散相入口進入，并于交匯處生成液滴序列。液滴序列經過間距調節入口得以擴展間距。由于旁支路阻力大于捕獲腔致使液滴流入捕獲腔，液滴捕獲后堵塞雙狹窄通道，后續液滴從旁支路流過。被捕獲液滴常用于生物監測,如DNA分子性能研究，因此需要調節連續相流速以促進內部對流，縮短反應時間，但當流速超過一定值，液滴會脫離捕獲腔。由于雙狹窄通道及界面張力的存在，液滴脫離捕獲腔時需要克服更強的拉普拉斯力，致使液滴能承受更高的極限流量。

技術領域

本發明涉及一種用于提高液滴捕獲后極限承受流量的微流控芯片，屬于微流控技術領域。

背景技術

微流控技術是一種以分析化學為基礎，以微機電加工技術為依托，以微管道網絡為結構特征操控阿升至納升(10^-18至10^-9L)流體的科學技術。基于液滴的多相微流控技術是其近年來快速發展的最重要分支，在石油開采、食品添加、生物制藥、化妝品制備等工業領域發揮著重要作用。單個液滴可被視為獨立的微反應器，具有高傳熱傳質效率，能大大減少昂貴試劑的消耗，同時兩相界面有效避免交叉污染。在血液檢測、單細胞篩選和DNA分析等應用中，離散相液滴生成及發生反應后保持靜止或固定在某個位置是進一步監測生化反應的關鍵。通過對通道幾何結構進行設計，使液滴在粘性剪切力作用下進入捕獲結構以實現停留液滴的目的。

在利用微流控芯片監測被捕獲液滴中生化反應時，通常通過提升連續相流速以促進內部物質對流，縮短反應時間。但當流速超過一定臨界值，液滴會被擠壓出捕獲腔，液滴脫離捕獲腔現象如圖2紅色線框所示。為提升液滴脫離捕獲腔時的臨界連續相流速，需要從液滴停留原理出發對通道幾何結構進行改進。

發明內容

本發明目的是提高液滴捕獲后極限承受流量。設計一種結構可靠，易于加工并且能有效停留液滴的捕獲單元。該捕獲單元需要可以提供比以往結構更高的臨界脫離連續相流速，使生化反應及其監測可以在更高流速范圍內進行。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于提高液滴捕獲后極限承受流量的微流控芯片，該微流控芯片包括主體固體結構1、連續相入口2、離散相入口3、主通道4、間距調節入口5、旁支路通道6、圓形捕獲腔7、雙狹窄通道8、流體出口9及下底板10。

連續相入口2、離散相入口3、主通道4、間距調節入口5、旁支路通道6、圓形捕獲腔7、雙狹窄通道8、流體出口9為主體固體結構1上的凹槽或孔洞結構，且各凹槽或孔洞結構為微流控芯片工作時液體流動區域；

離散相入口3和間距調節入口5并聯連接在主通道4上，主通道4的一端為連續相入口2，另一端為圓形捕獲腔7；圓形捕獲腔7的進液口處設有倒U形流道與流體出口9連接，圓形捕獲腔7與流體出口9之間通過雙狹窄通道8連接；

所述主體結構1和底板10通過氧離子上下鍵合固定，下底板10置于主體結構1底部，以支撐微流控芯片并提供流動空間；

雙狹窄通道8由兩個單獨的狹窄通道組成，其一位于液滴中軸，其長度為200μm；另一位于中軸上方50微米處，其長度由右端出口延伸至圓形捕獲腔7決定。兩個單獨的狹窄通道寬度均為30μm。

在主體固體結構1上的連續相入口2、主通道4及流體出口9寬度為150μm，離散相入口3及間距調節入口5寬度為80μm，旁支路通道6寬度為150μm，邊長為800μm；圓形捕獲腔7的半徑為200μm。