基于微流控的微泡发生芯片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于微流控的微泡发生芯片及其制备方法和应用，涉及微流控技术领域。基于微流控的微泡发生芯片包括基片，以及与所述基片相对设置的微流控腔道层，所述微流控腔道层具有微流控腔道，所述基片和所述微流控腔道层之间设有微孔结构层，所述微孔结构层具有若干微孔；所述微孔结构层与所述基片无缝结合，所述微流控腔道层与所述微孔结构层键合，微流控腔道与若干微孔位置对应。本发明专利技术的微泡发生芯片结构简单，在不影响微流控腔道内液体物理化学性质的前提下形成大量半球形微泡，拓宽了其应用，可用于相同或不同粒子的富集或筛选，也可用于研究多微孔声致发光机理。

Microfluidic based microbubble chip and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
基于微流控的微泡发生芯片及其制备方法和应用
本专利技术涉及微流控
，具体而言，涉及一种基于微流控的微泡发生芯片及其制备方法和应用。
技术介绍
随着微纳加工技术的日益成熟，微流控芯片(也称芯片实验室，Lab-on-a-Chip)发展迅速，微流控芯片是一类以微通道网络为结构特征的微型反应或分析系统，由于具有分析速度快、试剂消耗少、使用成本低、易集成和自动化等优点，微流控芯片已在化学、生物和医学等领域的研究中得到广泛的应用。在微流控腔道内，微泡的形成方法多种多样，常见的有外部注入(MarmottantP,etal.Nature,2003,423(6936):153-156.)、激光诱导(ZhaoC,Nat.commun.,2013,4:2305.)和微结构(AhmedD,Nat.commun.,2016,7.)等形成方式。外部注入空气形成微泡难以控制微泡尺寸，激光诱导形成微泡是通过瞬间产生大量热空化产生的，微结构是微流控腔道侧面设置缺口微结构，形成的微泡是侧面微泡，呈半圆柱形。现有的这些结构和方法形成的微泡具有一定的局限性，不利于进一步应用。因此，所期望的是获得一种新的微泡形成方式，其能够解决上述问题中的至少一个。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种基于微流控的微泡发生芯片，结构简单，在不影响微流控腔道内液体物理化学性质的前提下形成大量半球形微泡，便于应用，可用于相同或不同粒子的富集或筛选，也可用于研究声致发光机理。本专利技术的目的之二在于提供一种上述基于微流控的微泡发生芯片的制备方法，具有与上述基于微流控的微泡发生芯片相同的优势，此外，制备方法简单、成本低廉。本专利技术的目的之三在于提供一种上述基于微流控的微泡发生芯片或上述基于微流控的微泡发生芯片的制备方法制得的微泡发生芯片在微流体混合或对细胞、微球和微生物的富集筛选中的应用。本专利技术的目的之四在于提供一种上述基于微流控的微泡发生芯片或上述基于微流控的微泡发生芯片的制备方法制得的微泡发生芯片在多微泡声致发光中的应用。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，提供了一种基于微流控的微泡发生芯片，包括基片，以及与所述基片相对设置的微流控腔道层，所述微流控腔道层具有微流控腔道，所述基片和所述微流控腔道层之间设有微孔结构层，所述微孔结构层具有若干微孔；所述微孔结构层与所述基片无缝结合，所述微流控腔道层与所述微孔结构层键合，微流控腔道与若干微孔位置对应。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述微孔结构层的微孔呈阵列排布；优选地，阵列排布的微孔直径相同或沿同一方向梯度变化。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述微流控腔道层的微流控腔道两端均独立地设有样品口；优选地，所述微流控腔道层的微流控腔道中还设有样品分散结构。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述微流控腔道层和所述微孔结构层上均独立地设有定位结构。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述基于微流控的微泡发生芯片的材质包括硅材料、玻璃石英材料、有机高分子聚合物材料或纸质材料中的一种；优选地，所述基片的材质为玻璃石英材料；优选地，所述微流控腔道层和所述微孔结构层的材质均独立地为有机高分子聚合物材料，优选为硅氧烷聚合物材料，进一步优选为PDMS材料。第二方面，提供了一种上述基于微流控的微泡发生芯片的制备方法，包括以下步骤：独立地制备具有微流控腔道的微流控腔道层和具有若干微孔的微孔结构层，将所述微流控腔道层和所述微孔结构层进行键合，使微流控腔道与若干微孔位置对应，并将微孔结构层无缝结合在基片上，得到基于微流控的微泡发生芯片。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，所述微流控腔道层和所述微孔结构层的加工方法独立地包括光刻法、激光刻蚀法、模板浇注法或模板热压法，优选为光刻法。优选地，在本专利技术提供的技术方案的基础上，基于微流控的微泡发生芯片的制备方法包括以下步骤：(a)独立地制备微流控腔道层和微孔结构层：在基材上旋涂光刻胶，利用光刻工艺在基材上获得所需要的光刻胶结构；然后将PDMS与硬化剂混合后倒入具有光刻胶结构的基材上，固化后分别得到微流控腔道层和微孔结构层；(b)在微流控腔道层的微流控腔道两端打孔；(c)对微流控腔道层和微孔结构层独立地进行氧等离子处理，将微流控腔道层和微孔结构层键合在一起，并无缝结合在基片上，得到基于微流控的微泡发生芯片。第三方面，提供了一种上述基于微流控的微泡发生芯片或上述基于微流控的微泡发生芯片的制备方法制得的微泡发生芯片在微流体混合或对细胞、微球和微生物的富集筛选中的应用。第四方面，提供了一种上述基于微流控的微泡发生芯片或上述基于微流控的微泡发生芯片的制备方法制得的微泡发生芯片在多微泡声致发光中的应用。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术基于微流控的微泡发生芯片结构简单、成本低，通过在微流控腔道下方设置具有若干微孔的微孔结构层，使芯片通入液体后，由于液体表面张力的存在，液体流过微孔结构后会形成液体-空气膜，从而在每个微孔上回产生一个微泡，若干微孔产生若干微泡，该结构芯片在不影响微流控腔道内液体物理化学性质的前提下可以形成大量半球形微泡。利用本专利技术结构的芯片可扩展使用传统结构其应用的局限性，具有更广阔的应用前景。在外界刺激下，多微泡产生共振动，不仅能实现微流体的混合，而且通过调整输入能量或频率可改变微泡振动幅度，对不同粒子进行捕获，实现细胞、微球或微生物的富集和筛选。多微泡在外部信号激励下发生剧烈地周期性收缩，可产生皮秒级的闪光，可实现多微泡声致发光，推进其理论机理与应用的研究。此外，该结构芯片在较低的输入能量下(输入功率15W以下)即可使多微泡产生共振，有效避免芯片的热效应。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的微泡发生芯片分离状态下的结构示意图；图2为图1中微流控腔道层的背面结构示意图；图3为本专利技术一种实施方式的微孔结构层的平面图；图4为本专利技术一种实施方式的微流控腔道层的平面图；图5为本专利技术一种实施方式的微泡发生芯片的平面图；图6为本专利技术一种实施方式的微孔结构层微孔排布放大结构示意图；图7为本专利技术另一种实施方式的微孔结构层微孔排布放大结构示意图；图8为本专利技术一种实施方式的样品分散结构示意图；图9为本专利技术一种实施方式的微孔结构层和微流控腔道层制作示意图；图10为直径为1微米的PS小球在实施例2的微泡发生芯片的捕获情况示意图；图11为直径为10微米的PS小球在实施例2的微泡发生芯片的捕获情况示意图；图12为不同直径的PS小球在不同位置的捕获图。图示：100-基片；200-微孔结构层；210-微孔；300-微流控腔道层；310-微流控腔道；320-样品口；330-样品分散结构；340-定位结构。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种基于微流控的微泡发生芯片，其特征在于，包括基片，以及与所述基片相对设置的微流控腔道层，所述微流控腔道层具有微流控腔道，所述基片和所述微流控腔道层之间设有微孔结构层，所述微孔结构层具有若干微孔；所述微孔结构层与所述基片无缝结合，所述微流控腔道层与所述微孔结构层键合，微流控腔道与若干微孔位置对应。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控的微泡发生芯片，其特征在于，包括基片，以及与所述基片相对设置的微流控腔道层，所述微流控腔道层具有微流控腔道，所述基片和所述微流控腔道层之间设有微孔结构层，所述微孔结构层具有若干微孔；所述微孔结构层与所述基片无缝结合，所述微流控腔道层与所述微孔结构层键合，微流控腔道与若干微孔位置对应。


2.按照权利要求1所述的基于微流控的微泡发生芯片，其特征在于，所述微孔结构层的微孔呈阵列排布；
优选地，阵列排布的微孔直径相同或沿同一方向梯度变化。


3.按照权利要求1所述的基于微流控的微泡发生芯片，其特征在于，所述微流控腔道层的微流控腔道两端均独立地设有样品口；
优选地，所述微流控腔道层的微流控腔道中还设有样品分散结构。


4.按照权利要求1-3任一项所述的基于微流控的微泡发生芯片，其特征在于，所述微流控腔道层和所述微孔结构层上均独立地设有定位结构。


5.按照权利要求1-3任一项所述的基于微流控的微泡发生芯片，其特征在于，所述基片的材质为玻璃石英材料；
优选地，所述微流控腔道层和所述微孔结构层的材质均独立地为有机高分子聚合物材料，优选为硅氧烷聚合物材料，进一步优选为PDMS材料。


6.一种权利要求1-5任一项所述的基于微流控的微泡发生芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
独立地制备具有微流控腔道的微流控腔道层和具有若干微孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑海荣，孟龙，张文俊，牛丽丽，周伟，蔡飞燕，李飞，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44