[發明專利]一種分離影響液滴內部流動行為變量的微流控芯片

有效

• 申請號: 201811575899.4
• 申請日: 2018-12-22
• 公開（公告）號: CN109718874B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 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

1.一種分離影響液滴內部流動行為變量的微流控芯片，其特征在于：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)、間距調節入口(4)、垃圾過濾槽(5)、主通道(6)、觀測通道(7)、彎曲連接通道(8)、流體出口(9)及下底板(10)；

連續相入口(2)、離散相入口(3)、間距調節入口(4)、垃圾過濾槽(5)、主通道(6)、觀測通道(7)、彎曲連接通道(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該微流控芯片工作時液體流動區域；

所述主體固體結構(1)和下底板(10)通過氧離子上下鍵合固定，下底板(10)置于主體固體結構(1)底部，以支撐芯片主體固體結構并提供流動空間；

連續相入口(2)、離散相入口(3)、間距調節入口(4)和流體出口(9)為設置在主體固體結構(1)上的上下貫通孔洞結構；

離散相入口(3)和間距調節入口(4)并聯設置在主通道(6)的外側，各個主通道(6)平行布置，各個主通道(6)的端部通過彎曲連接通道(8)連接；觀測通道(7)設置在最后一個主通道(6)的底部并與流體出口(9)連接；離散相入口(3)和間距調節入口(4)與主通道(6)之間設有垃圾過濾槽(5)；

主通道(6)長度范圍設定在6-12厘米以避免通道整體流動阻力過大影響液滴生成；垃圾過濾槽(5)內部阻擋單元間距設定為40微米，以阻擋40微米以上的固體垃圾；觀測通道(7)距離上游彎曲連接通道(8)1厘米以上，以保證彎曲連接通道(8)處流場不干擾液滴運動。

2.根據權利要求1所述的一種分離影響液滴內部流動行為變量的微流控芯片，其特征在于：所述主體固體結構(1)和下底板(10)由聚二甲基硅氧烷制成。

3.根據權利要求1所述的一種分離影響液滴內部流動行為變量的微流控芯片，其特征在于：該微流控芯片的工作過程如下，

通過連續相入口(2)和離散相入口(3)調節特定流量，生成所需尺寸液滴；當液滴充滿整個主通道(6)時，暫停從連續相入口(2)和離散相入口(3)的液體注入；由于微尺度下，韋伯數We＝ρv²l/σ遠遠小于1，式中ρ為流體密度，v為特征流速，l為特征長度，σ為流體的表面張力系數，因此界面張力起主導作用，液滴速度將很快降低至0；待主通道(6)中液滴速度穩定降至0后，僅從連續相入口(2)通入所需研究流量，從而實現分離液滴流速對其內部流動行為的影響，并從觀測通道(7)進行液滴相關數據捕獲；

研究液滴間距對其內部流動行為影響時，通過連續相入口(2)和離散相入口(3)調節特定流量，生成所需尺寸液滴；由于初始生成時，存在一個最短間距，因此在研究更短間距時，需要先生成大尺寸液滴，再通過間距調節入口(4)回抽通道內的所有流體，從而實現液滴體積及間距的進一步降低；在研究長間距時，通過連續相入口(2)和離散相入口(3)調節特定流量，生成所需尺寸液滴，并從間距調節入口(4)注入連續相以實現更長液滴間距；在整個液滴間距控制過程結束后，同樣通過先使液滴充滿主通道(6)，再暫停從連續相入口(2)和離散相入口(3)的液體注入；待主通道(6)中液滴速度穩定降至0后，僅從連續相入口(2)通入所需研究流量，從而實現分離液滴間距對其內部流動行為的影響，并從觀測通道(7)進行液滴相關數據捕獲；

研究液滴體積、粘度及界面張力對其內部流動行為影響時，通過連續相入口(2)和離散相入口(3)調節特定流量，生成所需尺寸液滴；由于初始生成時，存在初始間距，為消除不同長度間距對液滴造成影響，從間距調節入口(4)注入連續相以實現遠大于液滴尺寸20倍的間距控制；生成特定尺寸液滴并調整好間距后，使液滴充滿主通道(6)，再暫停從連續相入口(2)和離散相入口(3)的液體注入；待主通道(6)中液滴速度穩定降至0后，僅從連續相入口(2)通入所需研究流量，從而實現分離液滴體積、粘度及界面張力對其內部流動行為的影響，并從觀測通道(7)進行液滴相關數據捕獲。