一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片制造技术

一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，涉及一种具有三维锥形结构的微流控芯片。本发明专利技术的目的是要解决现有的微流控芯片难以实现百倍以上高比例的微液滴分裂提取的问题。微流控芯片包括玻璃基底、PDMS完整结构和玻璃毛细管，PDMS完整结构包括PDMS通道、微液滴入口和微液滴出口，玻璃毛细管的一端为锥形结构，另一端为微液滴分裂提取出口。利用注射泵将油包水微液滴从微液滴入口注入，在负压的作用下，油包水微液滴的子液滴进入玻璃毛细管中，油包水微液滴在PDMS通道的水平通道中油包水微液滴的推动下向水平通道下游流动，子液滴与母液滴分离。本发明专利技术适用于对微液滴进行高比例分裂提取。

A Microfluidic Chip with Three-dimensional Conical Structure for High Proportional Splitting Extraction of Microdroplets

A microfluidic chip with three-dimensional conical structure for extracting high proportion of micro-droplets is related to a microfluidic chip with three-dimensional conical structure. The object of the present invention is to solve the problem that the existing microfluidic chip is difficult to realize the splitting extraction of microdroplets with a high proportion over 100 times. Microfluidic chip includes glass substrate, PDMS integrated structure and glass capillary. PDMS integrated structure includes PDMS channel, micro-droplet inlet and micro-droplet outlet. One end of glass capillary is conical structure, the other end is micro-droplet splitting extraction outlet. The water-in-oil micro-droplets are injected from the inlet of the micro-droplets by an injection pump. Under the action of negative pressure, the sub-droplets of the water-in-oil micro-droplets enter the glass capillary. The oil-in-water micro-droplets flow downstream of the horizontal channel in the PDMS channel driven by the oil-in-water micro-droplets, and the sub-droplets are separated from the mother droplets. The invention is suitable for splitting and extracting micro-droplets in high proportion.

【技术实现步骤摘要】
一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片
本专利技术涉及一种具有三维锥形结构的微流控芯片。
技术介绍
液滴微流控技术由于其具有微型化、区室化和并行化等优点，在微纳反应、生物医学和个人洗护等领域有广泛的应用前景与研究价值。而液滴分裂提取作为微液滴的基本操纵技术之一，对于增强微液滴的可操作性和灵活性、提高液滴的产量以及提高液滴微流体芯片的处理效率和拓宽芯片的应用范围有重要意义。目前，虽然有很多被动式和主动式的微液滴分裂技术，但是，由于表面张力的作用使得微液滴在微通道的内部呈现球形的结构，传统二维结构的微液滴分裂装置很难实现百倍以上(即母液滴与子液滴的体积比)的微液滴提取。到目前为止，实现百倍以上高比例的微液滴分裂提取还是一项技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有的微流控芯片难以实现百倍以上高比例的微液滴分裂提取的问题，而提供一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片。一种具有三维锥形结构的微流控芯片，包括玻璃基底、PDMS完整结构和玻璃毛细管，PDMS完整结构包括PDMS通道、微液滴入口和微液滴出口；玻璃毛细管的一端为锥形结构，锥形结构的端口为微液滴分裂提取入口，玻璃毛细管的另一端为微液滴分裂提取出口；PDMS完整结构与玻璃基底通过键合连接在一起，PDMS通道为水平通道和竖直通道组成的“T”字形通道，PDMS通道的水平通道的一端为微液滴入口，另一端为微液滴出口，玻璃毛细管从PDMS通道的竖直通道伸入，玻璃毛细管的外壁与PDMS通道的竖直通道的内壁粘合在一起，玻璃毛细管的微液滴分裂提取入口伸入PDMS通道的水平通道中的距离为d，d为0～1000μm。一种具有三维锥形结构的微流控芯片的制备方法，按以下步骤完成：一、清洗：将两个玻璃片进行清洗，再用去离子水冲洗，冲洗完成后用氮气吹干，放入温度为80℃～85℃的恒温干燥箱中干燥8min～12min，得到两个玻璃基底；二、粘接：将两个玻璃基底从干燥箱中取出，待玻璃片冷却后，用无影胶将黄铜板粘贴到一个玻璃基底上；步骤二中所述的黄铜板为“T”字形板；三、光固化：用320nm～430nm的UV光源照射黄铜板与玻璃基底的粘贴部分5s～10s，并用丙酮清洗粘贴部分多余的无影胶；四、浇注及固化成型：将PDMS与其配套的固化剂以质量比10：1的比例混合，搅拌均匀，置于真空釜中抽真空30min～35min，得到PDMS和固化剂的混合物，将黄铜板与玻璃基底硅烷化处理后，在硅烷化处理后的黄铜板与玻璃基底的表面浇注PDMS和固化剂的混合物，再抽真空15min～30min，然后平整置于恒温干燥箱中，在65℃～115℃条件下固化25min～60min，得到固化后的PDMS；将固化后的PDMS从黄铜板与玻璃基底上揭下，在固化后的PDMS上PDMS通道水平通道的两端位置用打孔器打孔，两个孔分别为微液滴入口和微液滴出口，得到PDMS完整结构，并将黄铜板从玻璃基底上揭下；五、键合：将PDMS完整结构与经步骤一处理过的另一个玻璃基底放到等离子机的腔室内，进行等离子化处理，处理后将PDMS完整结构按压到玻璃基底上，并放在温度为75℃～90℃的热板上加热1h～2h；六、玻璃毛细管的封装：将玻璃毛细管的外壁与PDMS通道的竖直通道的内壁粘合在一起。利用一种具有三维锥形结构的微流控芯片高比例分裂提取微液滴的方法，其特征在于按以下步骤完成：利用注射泵将油包水微液滴从PDMS通道的微液滴入口注入，油包水微液滴靠近并接触玻璃毛细管的微液滴分裂提取入口，微液滴分裂提取出口与负压泵连通，在负压的作用下，油包水微液滴的子液滴进入玻璃毛细管中，油包水微液滴在PDMS通道的水平通道中油包水微液滴的推动下向水平通道下游流动，子液滴与母液滴完成分离，分离后的母液滴经微液滴出口流出，子液滴经微液滴分裂提取出口流出；注射泵控制油包水微液滴在微液滴入口注入的流速为80μL/min～200μL/min，负压泵控制子液滴在微液滴分裂提取出口的流速为1μL/min～16μL/min；PDMS通道的水平通道和竖直通道均为长方体结构，PDMS完整结构的微液滴入口和微液滴出口的直径与PDMS通道的水平通道内部横截面的边长相同，PDMS通道的竖直通道的内壁外切于玻璃毛细管的外壁；油包水微液滴的直径与PDMS通道的水平通道内部横截面的边长的比为1～3:3，油包水微液滴的直径与微液滴分裂提取入口的内径的比为2～20：1，玻璃毛细管的微液滴分裂提取入口伸入PDMS通道的水平通道中的距离d与PDMS通道的水平通道内部横截面的边长的比为0～2：3。本专利技术的原理：本专利技术一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，PDMS通道的水平通道内部横截面的边长按照油包水微液滴尺寸进行调整设置，玻璃毛细管锥形结构口的内径大小和玻璃毛细管的锥形结构口伸入PDMS通道的水平通道中的距离d的调节，以及利用注射泵控制油包水微液滴从微液滴入口注入和负压泵控制微液滴分裂提取出口子液滴的流出速度，实现了利用微流控芯片将油包水微液滴进行高比例分裂提取。本专利技术的优点：1、本专利技术一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，可以用于微液滴高比例分裂提取，分裂提取后母液滴与子液滴的体积比最高可以达到150:1，以及将油包水微液滴分裂提取成不同比例的母液滴和子液滴，操作简单，微液滴样品分配比例可以控制；2、通过较高比例的样品分配和取样操作，实现极微小样品的取样功能，在生物医学检测领域中稀有病毒的快速检测方面，实现极微小样品的取样功能，显著降低了样品的消耗，具有突出的优势；3、微液滴的分裂提取操作在微流控芯片中进行，显著的降低了人为因素对样品的污染。本专利技术适用于对微液滴进行高比例分裂提取。附图说明图1为实施例一所述的一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片的俯视图；图2为图1中A的局部放大图；图3为实施例一所述的PDMS完整结构的俯视图；图4为实施例一所述的玻璃毛细管；图5为实施例三所述的一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片分裂提取微液滴的三维示意图；图6为实施例三中单个油包水微液滴的分裂提取过程，第一排从左到右依次为单个油包水微液滴0s、0.1s、0.3s和0.37s时的分裂提取情况，第二排从左到右依次为单个油包水微液滴0.57s、0.77s、0.9s和1.03s时的分裂提取情况；图7为实施例二所述的一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片的加工工艺流程图；a为清洗，b为粘接，c为光固化，d为浇注，e为固化成型，f为键合；图8为实施例二所述的黄铜板的示意图。其中，1.玻璃基底；2.PDMS完整结构；3.PDMS通道；4.微液滴分裂提取入口；5.微液滴出口；6.玻璃毛细管；7.微液滴分裂提取出口；8.微液滴入口；9.黄铜板。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种具有三维锥形结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，包括玻璃基底1、PDMS完整结构2和玻璃毛细管6，PDMS完整结构2包括PDMS通道3、微液滴入口8和微液滴出口5；玻璃毛细管6的一端为锥形结构，锥形结构的端口为微液滴分裂提取入口4，玻璃毛细管6的另一端为微液滴分裂提取出口7；PDMS完整结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有三维锥形结构的微流控芯片，其特征在于它：包括玻璃基底(1)、PDMS完整结构(2)和玻璃毛细管(6)，PDMS完整结构(2)包括PDMS通道(3)、微液滴入口(8)和微液滴出口(5)；玻璃毛细管(6)的一端为锥形结构，锥形结构的端口为微液滴分裂提取入口(4)，玻璃毛细管(6)的另一端为微液滴分裂提取出口(7)；PDMS完整结构(2)与玻璃基底(1)通过键合连接在一起，PDMS通道(3)为水平通道和竖直通道组成的“T”字形通道，PDMS通道(3)的水平通道的一端为微液滴入口(8)，另一端为微液滴出口(5)，玻璃毛细管(6)从PDMS通道(3)的竖直通道伸入，玻璃毛细管(6)的外壁与PDMS通道(3)的竖直通道的内壁粘合在一起，玻璃毛细管(6)的微液滴分裂提取入口(4)伸入PDMS通道(3)的水平通道中的距离为d，d为0～1000μm。

【技术特征摘要】
1.一种具有三维锥形结构的微流控芯片，其特征在于它：包括玻璃基底(1)、PDMS完整结构(2)和玻璃毛细管(6)，PDMS完整结构(2)包括PDMS通道(3)、微液滴入口(8)和微液滴出口(5)；玻璃毛细管(6)的一端为锥形结构，锥形结构的端口为微液滴分裂提取入口(4)，玻璃毛细管(6)的另一端为微液滴分裂提取出口(7)；PDMS完整结构(2)与玻璃基底(1)通过键合连接在一起，PDMS通道(3)为水平通道和竖直通道组成的“T”字形通道，PDMS通道(3)的水平通道的一端为微液滴入口(8)，另一端为微液滴出口(5)，玻璃毛细管(6)从PDMS通道(3)的竖直通道伸入，玻璃毛细管(6)的外壁与PDMS通道(3)的竖直通道的内壁粘合在一起，玻璃毛细管(6)的微液滴分裂提取入口(4)伸入PDMS通道(3)的水平通道中的距离为d，d为0～1000μm。2.根据权利要求1所述的一种具有三维锥形结构的微流控芯片，其特征在于所述PDMS通道(3)的水平通道和竖直通道均为长方体结构，PDMS完整结构(2)的微液滴入口(8)和微液滴出口(5)的直径与PDMS通道(3)的水平通道内部横截面的边长相同，PDMS通道(3)的竖直通道的内壁外切于玻璃毛细管(6)的外壁，玻璃毛细管(6)的微液滴分裂提取入口(4)伸入PDMS通道(3)的水平通道中的距离d与PDMS通道(3)的水平通道内部横截面的边长的比为0～2：3。3.一种具有三维锥形结构的微流控芯片的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤完成：一、清洗：将两个玻璃片进行清洗，再用去离子水冲洗，冲洗完成后用氮气吹干，放入温度为80℃～85℃的恒温干燥箱中干燥8min～12min，得到两个玻璃基底(1)；二、粘接：将两个玻璃基底(1)从干燥箱中取出，待玻璃基底(1)冷却后，用无影胶将黄铜板粘贴到一个玻璃基底(1)上；步骤二中所述的黄铜板为“T”字形板；三、光固化：用320nm～430nm的UV光源照射黄铜板与玻璃基底(1)的粘贴部分5s～10s，并用丙酮清洗粘贴部分多余的无影胶；四、浇注及固化成型：将PDMS与其配套的固化剂以质量比10：1的比例混合，搅拌均匀，置于真空釜中抽真空30min～35min，得到PDMS和固化剂的混合物，将黄铜板与玻璃基底(1)硅烷化处理后，在硅烷化处理后的黄铜板与玻璃基底(1)的表面浇注PDMS和固化剂的混合物，再抽真空15min～30min，然后平整置于恒温干燥箱中，在65℃～115℃条件下固化25min～60min，得到固化后的PDMS；将固化后的PDMS从黄铜板与玻璃基底(1)上揭下，在固化后的PDMS上PDMS通道(3)水平通道的两端位置用打孔器打孔，两个孔分别为微液滴入口(8)和微液滴出口(5)，得到PDMS完整结构(2)，并将黄铜板从玻璃基底(1)上揭下；五、键合：将PDMS完整结构(2)与经步骤一处理过的另一个玻璃基底(1)放到等离子机的腔室内，进行等离子化处理，处理后将PDMS完整结构(2)按压到玻璃基底(1)上，并放在温度为75℃～90℃的热板上加热1h～2h；六、玻璃毛细管(6)的封装：将玻璃毛细管(6)的外壁与PDMS通道(3)的竖直通道的内壁粘合在一起。4.根据权利要求3所述的一种具有三维锥形结构的微流控芯片的制备方法，其特征在于所述步骤四中硅烷化处理按以下步骤完成：把锡箔纸包好的黄铜板与玻璃基底(1)放置在真空干燥箱中，向包好的黄铜板与玻璃基底(1)的锡箔纸中注入二甲基二氯硅烷，抽真空3min～5min，静置15min～20min。5.根据权利要求3所述的一种具有三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜洪源，侯立凯，刘嘉琛，任玉坤，邓小康，陈晓明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23