一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，属于微流控技术应用领域，包括：基底；中间层，其中包括液滴生成单元，液滴生成单元包括：由内向外设置的油相预存腔、水相预存腔和液滴生成腔，微通道芯片预留区，废液腔，以及用于连通油相预存腔和液滴生成腔的第一通道和用于连通液滴生成腔和废液腔的第二通道；微通道芯片，放置于微通道芯片预留区，底部有用于连通水相预存腔和液滴生成腔的矩体微通道，通道深度小于液滴生成腔；上盖，其上设置有用于连通相应腔室的油相加样孔、水相加样孔和气孔；以及填充于基底、中间层、微通道芯片和上盖之间空隙的密封胶。本发明专利技术能够降低液滴生成的成本，并且无需额外操作即可保证乳化无死体积。无死体积。无死体积。

【技术实现步骤摘要】
一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片


[0001]本专利技术属于微流控技术应用领域，更具体地，涉及一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片。

技术介绍

[0002]传统微流控液滴生成方法借助特定通道结构诱导水相和油相的相互剪切生成液滴，具有液滴生成稳定、可重现性高、均一性良好等优点，但需要多个泵提供动力，这使得液滴的生成离不开前期调试，从而造成样本损耗。不同于这些方法，台阶乳化方法使水相通过一个台阶进入油相时，由于“瑞利
‑
泰勒”不稳定性而生成液滴，这种方法避免了多动力的需求，同时保留了前述优点。相较于传统泵驱动的微流控芯片，离心驱动的微流控芯片以离心力为动力，在离心机的作用下能快速进入指定转速，无需额外调试，从而不会造成样本损耗。
[0003]现有离心驱动台阶乳化生成液滴的微流控芯片要求待乳化水相位于近心端腔室，该腔室通过一“U”型管与远心端油相腔室相连，油相腔室深度大于“U”型管，从而构成台阶。通过此种结构，水相经过“U”型管到达台阶处从而生成液滴。在液滴批量生成时，为了避免液滴在喷口周围碰撞挤压而导致液滴融合，此种结构要求采用密度更大的重油，液滴生成后在浮力作用下远离喷口朝近心端汇集。现有的方式具有液滴生成稳定、成像便利的优点；但是也存在油相活性剂昂贵、需要额外操作以保证水相无残留的缺点。
[0004]为了构建台阶结构，现有方法采用微铣削技术雕刻PMMA等高分子聚合材料，或通过软光刻技术套刻多层PDMS通道，这些方法极大的提高了微流控芯片的生产成本，限制了其工业量产。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其目的在于，降低液滴生成的成本，并且无需额外操作即可保证乳化无死体积。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，包括：
[0007]基底；
[0008]与基底粘合的中间层；中间层上设置有一个或多个液滴生成单元，液滴生成单元包括：由内向外依次设置的油相预存腔、水相预存腔和液滴生成腔，设置在水相预存腔和液滴生成腔之间的微通道芯片预留区，废液腔，以及用于连通油相预存腔和液滴生成腔的第一通道和用于连通液滴生成腔和废液腔的第二通道；
[0009]放置于微通道芯片预留区内的微通道芯片，其与基底不可逆键合，且底部设置有用于连通水相预存腔和液滴生成腔的矩体微通道；矩体微通道的深度小于液滴生成腔；
[0010]覆盖于中间层和微通道芯片之上的上盖；上盖包括：与微通道芯片预留区连接的
密封区，与水相加样预存腔连通的水相加样孔，与油相预存腔连通的油相加样孔，与废液腔连通的气孔；
[0011]以及填充于基底、中间层、微通道芯片和上盖之间空隙的密封胶；
[0012]基底、中间层和上盖均为圆盘状，且中心设置有相互对齐的定位孔。
[0013]进一步地，水相预存腔的近心端水平宽度比远心端大，且远心端宽度逐渐减小；远心端中与近心端相连接的两条边为同圆的两段圆弧。
[0014]进一步地，油相预存腔的底部为圆弧状。
[0015]进一步地，液滴生成腔的底部为圆弧状。
[0016]进一步地，废液腔设置有两个，且第二通道对应地设置有两个；
[0017]两个废液腔分别位于微流控芯片预留区的两侧，且两个废液腔的近心端曲面为同圆的两段圆弧。
[0018]在一些可选的实施例中，液滴生成腔远心端曲面由下至上向近心端曲面倾斜，且液滴生成单元还包括：与液滴生成腔连通且设置于液滴生成腔上方的液滴平铺腔。
[0019]在一些可选的实施例中，液滴生成单元还包括：设置于液滴生成腔外侧且与液滴生成腔相连的液滴平铺腔，以及设置于液体生成腔和液体平铺腔之间的主动阀。
[0020]进一步地，上方基底由石英玻璃制成，上方微通道芯片由PDMS制成，上方中间层由PMMA制成。
[0021]进一步地，液滴生成腔的厚度为所生成液滴直径的2～3.5倍。
[0022]按照本专利技术的另一个方面，提供了另一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，包括：离心定位器，以及一个或多个卡式芯片；
[0023]离心定位器上设置有定位孔与装载卡式芯片的卡槽；
[0024]卡式芯片包括：
[0025]基底；
[0026]与基底粘合的中间层；中间层包括一个液滴生成单元，液滴生成单元包括：依次设置的油相预存腔、水相预存腔和液滴生成腔，设置在水相预存腔和液滴生成腔之间的微通道芯片预留区，废液腔，以及用于连通油相预存腔和液滴生成腔的第一通道和用于连通液滴生成腔和废液腔的第二通道；
[0027]放置于微通道芯片预留区内的微通道芯片，其与基底不可逆键合，且底部设置有用于连通水相预存腔和液滴生成腔的矩体微通道；矩体微通道的深度小于液滴生成腔；
[0028]覆盖于中间层和微通道芯片之上的上盖；上盖包括：与微通道芯片预留区连接的密封区，与水相加样预存腔连通的水相加样孔，与油相预存腔连通的油相加样孔，与废液腔连通的气孔；
[0029]以及填充于基底、中间层、微通道芯片和上盖之间空隙的密封胶；
[0030]乳化时，油相预存腔位于近心端，液滴生成腔位于远心端。
[0031]进一步地，水相预存腔的近心端水平宽度比远心端大，且远心端宽度逐渐减小；远心端中与近心端相连接的两条边为同圆的两段圆弧。
[0032]进一步地，油相预存腔的底部为圆弧状。
[0033]进一步地，液滴生成腔的底部为圆弧状。
[0034]进一步地，废液腔设置有两个，且第二通道对应地设置有两个；
[0035]两个废液腔分别位于微流控芯片预留区的两侧，且两个废液腔的近心端曲面为同圆的两段圆弧。
[0036]在一些可选的实施方式中，液滴生成腔远心端曲面由下至上向近心端曲面倾斜，且液滴生成单元还包括：与液滴生成腔连通且设置于液滴生成腔上方的液滴平铺腔。
[0037]在一些可选的实施方式中，液滴生成单元还包括：设置于液滴生成腔外侧且与液滴生成腔相连的液滴平铺腔，以及设置于液体生成腔和液体平铺腔之间的主动阀。
[0038]进一步地，上方基底由石英玻璃制成，上方微通道芯片由PDMS制成，上方中间层由PMMA制成。
[0039]进一步地，液滴生成腔的厚度为所生成液滴直径的2～3.5倍。
[0040]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0041](1)本专利技术提供的离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片(包括圆盘式芯片和卡式芯片)，其中位于近心端的水相预存腔和位于远心端的液滴生成腔之间通过微通道底部的矩体微通道连接，并且该矩体微通道的深度小于液滴生成腔的深度，从而由基底、矩体微通道和液滴生成腔形成台阶，基于该台阶结构，本专利技术直接使用密度更小的轻油，即可完成乳化，一方面，轻油及其活性剂工业生产成熟，价格低廉，能进一步减少成本，另一方面，在使用轻油本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，包括：基底；与所述基底粘合的中间层；所述中间层上设置有一个或多个液滴生成单元，所述液滴生成单元包括：由内向外依次设置的油相预存腔、水相预存腔和液滴生成腔，设置在所述水相预存腔和所述液滴生成腔之间的微通道芯片预留区，废液腔，以及用于连通所述油相预存腔和所述液滴生成腔的第一通道和用于连通所述液滴生成腔和所述废液腔的第二通道；放置于所述微通道芯片预留区内的微通道芯片，其与所述基底不可逆键合，且底部设置有用于连通所述水相预存腔和所述液滴生成腔的矩体微通道；所述矩体微通道的深度小于所述液滴生成腔；覆盖于所述中间层和所述微通道芯片之上的上盖；所述上盖包括：与所述微通道芯片预留区连接的密封区，与所述水相加样预存腔连通的水相加样孔，与所述油相预存腔连通的油相加样孔，与所述废液腔连通的气孔；以及填充于所述基底、所述中间层、所述微通道芯片和所述上盖之间空隙的密封胶；所述基底、所述中间层和所述上盖均为圆盘状，且中心设置有相互对齐的定位孔。2.一种离心驱动液滴生成与平铺的微流控芯片，其特征在于，包括：离心定位器，以及一个或多个卡式芯片；所述离心定位器上设置有定位孔与装载卡式芯片的卡槽；所述卡式芯片包括：基底；与所述基底粘合的中间层；所述中间层包括一个液滴生成单元，所述液滴生成单元包括：依次设置的油相预存腔、水相预存腔和液滴生成腔，设置在所述水相预存腔和所述液滴生成腔之间的微通道芯片预留区，废液腔，以及用于连通所述油相预存腔和所述液滴生成腔的第一通道和用于连通所述液滴生成腔和所述废液腔的第二通道；放置于所述微通道芯片预留区内的微通道芯片，其与所述基底不可逆键合，且底部设置有用于连通所述水相预存腔和所述液滴生成腔的矩体微通道；所述矩体微通道的深度小于所述液滴生成腔；覆盖于所述中间层和所述微通道芯片之上的上盖；所述上盖包括：与所述微通道芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘笔锋，王鑫，陈鹏，李一伟，冯晓均，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：