[發(fā)明專利]一種簡易的微間隙易調(diào)節(jié)的微通道液滴三維生成方法

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• 申請日: 2021-08-29
• 公開（公告）號: CN113786868A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 申峰;李春游;朱林
• 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: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種簡易的微間隙易調(diào)節(jié)的微通道液滴三維生成方法，改變以往二維平面生成液滴的生成方式，選用玻璃毛細(xì)管充當(dāng)側(cè)通道，對稱插入石墨棒，插入位置和深度可調(diào)節(jié)和控制，通過改變毛細(xì)管和石墨棒的位置可以實現(xiàn)在微縫隙下生成所需不同頻率、不同尺寸的液滴。該工藝可以應(yīng)用于微通道技術(shù)可控液滴生成等相關(guān)微通道三維流場可視化研究領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型微流控芯片的加工工藝，可以根據(jù)需求在不同位置生成不同尺寸的液滴。該工藝屬于微通道可控液滴生成技術(shù)等相關(guān)三維流場可視化研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

液滴微流控技術(shù)是微流控技術(shù)的一個重要分支。這是近年來開發(fā)的操縱液滴的新技術(shù)，微流控是一種精確控制和操控微尺度流體的技術(shù)，尤其特指亞微米結(jié)構(gòu)的技術(shù)。該技術(shù)是實現(xiàn)流體流動、傳熱、化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)與科學(xué)，廣泛應(yīng)用于生物、化工醫(yī)藥、能源、航空航天等領(lǐng)域，微流控技術(shù)同時具有生成速率快、反應(yīng)時間短、混合充分、無交叉污染等特點，屬于21世紀(jì)新興技術(shù)，近年來國內(nèi)外微流控技術(shù)發(fā)展較快，并得到應(yīng)用。微流控核心技術(shù)內(nèi)容包括：微通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造、微納尺度流體的驅(qū)動與控制、微流器件及系統(tǒng)的集成與封裝。目前微通道制造材料以單晶硅、玻璃和高分子聚合物為主，近年來以高分子聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)為材料加工微通道的方式成為微流控芯片制造的主要方式，但是隨著微流控技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)越來越多的液滴生成需求，對于生成液滴的大小、間距、生成頻率、生成位置等等都有更高的要求，目前現(xiàn)有的PDMS類型的微通道只能在一個已經(jīng)制作完成的硅板上進(jìn)行，但是硅板制造存在工藝復(fù)雜、造價高，并且分散相的位置不可更改等諸多缺點，這意味著若想改變通道結(jié)構(gòu)，只能重新做一個新的硅板，這毫無質(zhì)疑會產(chǎn)生對于資源極大的浪費，并且用硅板很難制造出20μm以下的微間隙來滿足制備上的要求。

因此，本發(fā)明加工一種通過在透明硅膠圓管的兩側(cè)對稱插入碳棒和毛細(xì)管來實現(xiàn)液滴生成的裝置，并且碳棒和毛細(xì)管的相對于圓管的插入位置可調(diào)，兩者間距也可調(diào)(最小能夠?qū)崿F(xiàn)10μm的間隙)從而實現(xiàn)對液滴生成大小、頻率、位置的控制。

避免了目前傳統(tǒng)的PDMS類型微流控芯片加工工藝在資源上的浪費，以及液滴在主通道中間的微小縫隙生成不會出現(xiàn)傳統(tǒng)液滴生成過程中的沾壁現(xiàn)象，可以更加精準(zhǔn)的控制和預(yù)測液滴生成過程的尺寸、間距以及頻率。該方案簡單可靠，加工成本低，普通生物實驗室就可完成芯片加工，具有一定的科研和應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對傳統(tǒng)毛細(xì)管生成液滴的PDMS芯片進(jìn)行改造，通過應(yīng)用硅膠圓管(1)作為主通道，插入毛細(xì)管(3)作為分散相，對稱插入圓柱碳棒(2)實現(xiàn)液滴生成的微小縫隙可調(diào)，以及避免沾壁現(xiàn)象，從而根據(jù)不同需求在不同位置生成所需的不同尺寸和頻率的液滴，發(fā)明了一種新型的微流控芯片的制作方法。該工藝可以應(yīng)用于微通道技術(shù)可控液滴生成等相關(guān)微通道三維流場可視化研究領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的PDMS微流控芯片的加工過程如下：

首先通過光刻法在光滑的硅片上加工出用于澆注微通道的凸模；主通道與側(cè)通道已經(jīng)刻畫在硅片上，液態(tài)的將PDMS(聚二甲基硅氧烷)預(yù)置劑A溶液和凝固劑B溶液按照10:1的比例進(jìn)行混合均勻，將混合后PDMS溶液澆鑄在刻有微通道的凸模上，然后進(jìn)行烘烤固化，取下固化后的PDMS上層模型；將毛細(xì)管放置在已經(jīng)刻畫好的側(cè)通道上，然后將沒有任何通道固化后PDMS下層底板模型和有通道的PDMS上層模型鍵合在一起，形成密閉的微流控通道芯片，根據(jù)需要將芯片整體切割完成加工。該方式加工而成的通道可使用顯微鏡對通道正面進(jìn)行觀察研究。但是一個模板只能加工出一種通道，生成的液滴會被固定于同一個范圍之內(nèi)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的制作微流控芯片的加工工藝流程如下：

第一步:硅膠圓管打?qū)ΨQ的孔

通道選用透明的外徑1.1mm、內(nèi)徑1mm的硅膠圓管(1)，使用直徑為300μm的針(5)在適當(dāng)位置貫穿插入后在圓管通道上打出對稱的小孔，如圖1所示。

第二步：石墨柱和玻璃毛細(xì)管對稱插入