[發(fā)明專利]一種兼具可視化和紅外熱成像功能的微流控芯片實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110085282.X
• 申請(qǐng)日: 2021-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN112916076A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉璞;李嚴(yán);李航宇;徐建春;劉樹陽(yáng);王彥集;王旭;任玲玲;周澤;侯蓮捷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): B01L9/02
• 分類號(hào): B01L9/02;B01L3/00;B01L7/00;G01N25/00;G01N21/84;G01N35/00
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發(fā)明公開一種兼具可視化和紅外熱成像功能的微流控芯片實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括單晶硅?玻璃微流控芯片、耐壓夾具、冷熱臺(tái)、相差顯微鏡、熱成像儀和固定支架，單晶硅?玻璃微流控芯片與耐壓夾具相連，耐壓夾具固定在冷熱臺(tái)上，所述冷熱臺(tái)與固定支架連接，相差顯微鏡通過固定支架固定在所述單晶硅?玻璃微流控芯片正上方，熱成像儀通過固定支架固定在冷熱臺(tái)正下方，所述相差顯微鏡、單晶硅?玻璃微流控芯片和熱成像儀的成像通路保持在同一條鉛垂線上，運(yùn)用玻璃和單晶硅的物理特性，實(shí)現(xiàn)可見光、熱分布的同時(shí)“雙可視”，由玻璃和硅片粘合而成的微流控芯片比玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯等常規(guī)材質(zhì)芯片的耐壓強(qiáng)度更高、溫控效果更好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流體流動(dòng)行為觀測(cè)與流體反應(yīng)、相變的微觀機(jī)理研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種兼具可視化和紅外熱成像功能的微流控芯片實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

背景技術(shù)

微流控芯片實(shí)驗(yàn)室，又稱其為芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-Chip)或微流控芯片(Microfluidic Chip)，微流控芯片是微流控技術(shù)(Microfluidics)實(shí)現(xiàn)的主要平臺(tái)。其裝置特征主要是其容納流體的有效結(jié)構(gòu)(通道、反應(yīng)室和其它某些功能部件)至少在一個(gè)緯度上為微米級(jí)尺度，操控微小體積的流體在微小空間中的活動(dòng)，在微小的芯片上構(gòu)建化學(xué)或生物實(shí)驗(yàn)室，從而將多種化學(xué)和生物學(xué)的過程集成到快速和自動(dòng)的微流控系統(tǒng)。由于微米級(jí)的結(jié)構(gòu)，流體在其中顯示和產(chǎn)生了與宏觀尺度不同的特殊性能，因此發(fā)展出獨(dú)特的分析性能，具有廣泛應(yīng)用的前景和市場(chǎng)。

單晶硅和玻璃是最早用于微流控應(yīng)用的原始材料。其中，單晶硅作為第一種應(yīng)用于微流控芯片的材料，具有優(yōu)越的導(dǎo)熱性，表面穩(wěn)定性，對(duì)有機(jī)溶劑的耐受性和容易金屬沉積等顯著優(yōu)勢(shì)。單晶硅也是目前應(yīng)用最多的紅外光學(xué)材料，在紅外波段(3～5μm)具有良好的透過率，可用于熱成像的窗口。玻璃作為微流控芯片的重要基材之一，具有非常好的透明性、化學(xué)穩(wěn)定性、大范圍的光吸收系數(shù)以及較好的生物兼容性等優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)時(shí)，硅無法透過可見光，較差的透光性限制了相關(guān)觀測(cè)手段的應(yīng)用。此外，由于相比其他材料更高的價(jià)格，硅基微流控芯片并未廣泛應(yīng)用于微流控研究領(lǐng)域。為充分利用硅基材料的紅外光學(xué)性能和良好的化學(xué)惰性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提出一種兼具可視化和紅外熱成像功能的微流控芯片實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所采用的單晶硅-玻璃鍵合芯片在確保了微流控芯片可視化優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，耐壓強(qiáng)度更高、溫控效果更好，在耐壓夾具和溫控平臺(tái)的幫助下，可實(shí)現(xiàn)常壓-30MPa、-100–600℃溫壓場(chǎng)條件下的觀測(cè)。此外，通過與熱成像儀聯(lián)用，可準(zhǔn)確獲得芯片內(nèi)部的相變和熱傳遞過程，并與另一側(cè)的可見光觀測(cè)相耦合，方便開展如水合物生成與分解、地?zé)衢_發(fā)、熱采等研究。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種兼具可視化和紅外熱成像功能的微流控芯片實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用兼具可視化和熱成像功能的單晶硅-玻璃微流控芯片實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，耐壓強(qiáng)度更高、溫控效果更好。

一種兼具可視化和紅外熱成像功能的微流控芯片實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，所述實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括單晶硅-玻璃微流控芯片、耐壓夾具、冷熱臺(tái)、相差顯微鏡、熱成像儀和固定支架，單晶硅-玻璃微流控芯片與耐壓夾具相連，耐壓夾具固定在冷熱臺(tái)上，所述冷熱臺(tái)與固定支架連接，相差顯微鏡通過固定支架固定在所述單晶硅-玻璃微流控芯片正上方，熱成像儀通過固定支架固定在冷熱臺(tái)正下方，所述相差顯微鏡、單晶硅-玻璃微流控芯片和熱成像儀的成像通路保持在同一條鉛垂線上。

進(jìn)一步地，所述單晶硅-玻璃微流控芯片由一塊厚度為0.5mm的硅基板和一塊0.5mm厚的玻璃基板陽(yáng)極鍵合而成，所述玻璃基板設(shè)置在硅基板上方。

進(jìn)一步地，所述單晶硅-玻璃微流控芯片包括進(jìn)液口、入口通道、第一入口勻流區(qū)、第二入口勻流區(qū)、芯片主體非均質(zhì)區(qū)、第一出口勻流區(qū)、第二出口勻流區(qū)、出口通道和出液口。

進(jìn)一步地，所述進(jìn)液口、入口通道、第一入口勻流區(qū)、第二入口勻流區(qū)、芯片主體非均質(zhì)區(qū)、第一出口勻流區(qū)、第二出口勻流區(qū)、出口通道和出液口均蝕刻于下層硅基板。