[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

本發明公開了一種分離影響液滴內部流動行為變量的微流控芯片，屬于微流控技術領域。兩相流體從連續相和離散相入口進入，并于第一個T型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或縮小間距。在整個液滴生成過程中，液滴間距、流速、體積、粘度及界面張力相互耦合，難以分離，因此常被耦合研究。本發明通過設計特定的微流控芯片結構，采用先生成再緩存最后運行的方式，將上述研究變量分離，從而實現研究單獨變量的目的。該發明有助于探究液滴內部動力學行為形成機理，對直接利用液滴內部對流的混合、萃取和合成等應用具有重要指導意義。

技術領域

本發明涉及一種分離影響液滴內部流動行為變量的微流控芯片，屬于微流控技術領域。

背景技術

微流控技術Microfluidics指的是使用微管道尺寸為數十到數百微米處理或操縱微小流體體積為納升到阿升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。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，在微混合、單細胞捕獲、納米晶體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。

液滴內部流動行為直接影響封裹著的細胞和其中內部反應物質，有報告指出強流場剪切力會改變細胞生理結構，如降低精細胞受精能力及引起干細胞功能失調等。因此，研究液滴內部流場是進一步發展微流控流式細胞術的要求。除流式細胞術外，該研究還有助于探究納米晶體結晶機理、提高生化反應效率及建立液滴動力學行為與流阻特性的聯系。但在整個液滴生成過程中，液滴間距、流速、體積、粘度及界面張力相互耦合，難以分離，因此常被耦合研究。本發明通過設計特定的微流控芯片結構，采用先生成再緩存最后運行的方式，將上述研究變量分離，從而實現研究單獨變量的目的。

發明內容

本發明目的是實現分離影響液滴內部流動行為的變量。設計一種結構簡單，易于加工并且能有效分離影響液滴內部流動行為變量的微流控芯片。該微流控芯片可以用于研究單個變量對液滴流動行為的影響，變量包括液滴流速、間距、體積、粘度及界面張力。

本發明采用的技術方案為一種用于實現分離影響液滴內部流動行為變量的微流控芯片，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、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81厘米以上，以保證彎曲連接通道8處流場不干擾液滴運動。

所述主體固體結構1和下底板10由聚二甲基硅氧烷制成。

本發明總體工作過程如下：