本發(fā)明屬于微流控領(lǐng)域，具體涉及多層的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片及制作方法。

背景技術(shù)：

自20世紀(jì)90年代以來，以微流控芯片為基礎(chǔ)的微流控技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成當(dāng)前世界上最前沿的科技領(lǐng)域之一，由于可在較小體積下完成混合及反應(yīng)，試劑用量小、反應(yīng)效率高、制備效果好，受到各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)于微流控芯片的研究呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)，但是由于三維流道的微流控芯片加工困難，成本較高，大多數(shù)研究都是集中在二維流道微流控芯片，然而使用二維流道的微流控芯片溶液只能進(jìn)行X、Y兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致溶液混合均勻度較低，且混合率較低等問題。

微流控芯片主要有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種，其中被動(dòng)式微流控芯片要通過復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)溶液混合，一般需要在流道中加設(shè)溝槽、彎角等二維或者三維結(jié)構(gòu)來強(qiáng)化混合效果，存在流道長(zhǎng)、體積大，反應(yīng)過程不可控制等問題。主動(dòng)式微流控芯片則依靠微攪拌、壓力擾動(dòng)、聲波擾動(dòng)、電磁擾動(dòng)等外部能量作用于反應(yīng)過程。相對(duì)于被動(dòng)式微流控芯片，主動(dòng)式微流控芯片流道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、混合及反應(yīng)效果好，是目前構(gòu)造微流控芯片的主要方法之一,但是主動(dòng)內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片難以加工。

目前對(duì)于微流控芯片的流道加工方法主要集中在模塑法加工微管道、熱壓法、激光燒蝕法、軟光刻、塑料微成型法等，雖然這些加工方法對(duì)于加工復(fù)雜的二維流道有很好的效果，但是不能加工三維流道。

隨著3D打印技術(shù)迅猛發(fā)展，在三維流道微流控芯片的制作上也可采用3D打印技術(shù)，但是3D打印目前具有很多的局限性。例如，加工的芯片不能達(dá)到很高的強(qiáng)度和精度、芯片材料的使用受限、芯片的透明性差等方面。

鑒于當(dāng)前二維流道微流控芯片所存在的問題和三維流道微流控芯片制作的局限性，本發(fā)明提出一種采用微片層處理方法制作內(nèi)嵌式空間立體三維流道，該三維流道采用了微片層處理方法、有機(jī)溶劑和溫壓耦合相結(jié)合的制作方法，完成內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片的加工，解決了傳統(tǒng)二維流道微流控芯片的低混合效率，和使用3D打印技術(shù)加工三維流道微流控芯片的強(qiáng)度、精度和透明度不夠等問題。而且本發(fā)明提出的一種基于PMMA材料的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片，采用片層化處理的方法，不僅在微流控芯片中加入驅(qū)動(dòng)源，而且也可以實(shí)現(xiàn)溶液在微流控芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)，使得混合及反應(yīng)更加充分。其中凡是體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成的驅(qū)動(dòng)源都可以，例如壓電驅(qū)動(dòng)微泵、靜電驅(qū)動(dòng)微泵、機(jī)械驅(qū)動(dòng)式微泵等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于PMMA材料的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片及制作方法，以解決現(xiàn)有內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片加工困難、成本較高，二維流道微流控芯片的混合率和混合均勻度較低的問題。

本發(fā)明所述的基于PMMA材料的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片,該微流控芯片由數(shù)個(gè)片層、驅(qū)動(dòng)源和定位銷構(gòu)成，數(shù)個(gè)片層從上至下依次疊加形成三維流道，然后用定位銷將各個(gè)片層固定成一個(gè)整體；

本發(fā)明所述的基于PMMA材料的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片，可以在微流控芯片內(nèi)部制造出復(fù)雜程度高、多層的曲面三維流道或其他形狀內(nèi)嵌式三維流道；

本發(fā)明所述的基于PMMA材料的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片，微流控芯片具有驅(qū)動(dòng)源，其中凡是體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于集成的驅(qū)動(dòng)源都可以，例如壓電泵驅(qū)動(dòng)微泵、靜電驅(qū)動(dòng)微泵、機(jī)械驅(qū)動(dòng)式微泵等。

本發(fā)明所述的基于PMMA材料的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片，在有驅(qū)動(dòng)源的情況下，溶液可以在微流控芯片內(nèi)部形成湍流，并且可實(shí)現(xiàn)在X、Y、Z三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種基于PMMA材料的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片的制作方法，包括下述步驟：

1)將三維流道片層化處理：將三維流道分成多層，并在各個(gè)片層中設(shè)計(jì)定位孔；

2)有機(jī)溶劑的添加與溫壓耦合處理：在各個(gè)片層之間均勻涂抹一定量的有機(jī)溶劑，并且安裝定位銷，將安裝好定位銷的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片置于溫箱中，當(dāng)溫度達(dá)到一定范圍，施加相應(yīng)的壓力；

步驟1)中將用三維軟件繪制的帶有三維流道的微流控芯片分割成多層后，再根據(jù)各片層的具體特征用帶有不同刀具的加工機(jī)加工出各片層實(shí)體；

步驟2)中在保證PMMA表面材料微溶于片層間涂抹的有機(jī)溶液的條件下，加工片層所添加的有機(jī)溶劑可以為不同的有機(jī)溶劑；

步驟2)中安裝好定位銷的三維流道微流控芯片應(yīng)立即放入溫控箱中，在溫壓耦合和有機(jī)溶液的作用下三維流道微流控芯片重新鍵合完成三維流道的加工；

步驟2)中在一定范圍內(nèi)采用溫壓互相補(bǔ)償也可完成復(fù)雜三維流道的加工，其中溫壓補(bǔ)償是：加工時(shí)若溫度高，則使用低壓力，若壓力高，則使用低溫度。

附圖說明

圖1、2、3為本發(fā)明側(cè)面的等軸測(cè)視圖。

圖4為本發(fā)明結(jié)構(gòu)爆炸圖的等軸測(cè)視圖。

圖5為本發(fā)明去除驅(qū)動(dòng)源的結(jié)構(gòu)爆炸圖。

圖6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7分別為片層1到片層7的正視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)：

參照?qǐng)D(1)、圖(2)、圖(3)、圖(4)、圖(5)、圖(6)，本發(fā)明所述的基于PMMA材料的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片由有閥壓電微泵A(18)、有閥壓電微泵B(16)、溶液入口Z向流道(17)(1701)、Y型溶液混合口(405)(406)、溶液出口(10)、片層1(1)、片層2(2)、片層3(3)、片層4(4)、片層5(5)、片層6(6)、片層7(7)、定位銷(8)(801)(802)(803)組成。其中有閥壓電微泵B(16)由壓電振子(1601)(1605)、懸臂梁閥片(1602)(1603)(1604)組成，有閥壓電泵A(18)由壓電振子(1801)(1805)、懸臂梁閥片(1802)(1803)(1804)組成。

參照?qǐng)D(1)、圖(2)、圖(3)、圖(4)、圖(5)、圖(6)，以混合兩種溶液(溶液A和溶液B)，驅(qū)動(dòng)源為有閥雙腔串聯(lián)壓電泵為例來說明本發(fā)明。A溶液經(jīng)過溶液入口Z向入口通道一(1701)、下部入口通道(602)、在有閥壓電微泵A(18)下腔壓電振子(1805)和懸臂梁閥片(1804)的作用下，溶液通過Z向入口通道二(1901)到達(dá)有閥壓電微泵A(18)上腔，在有閥壓電微泵A(18)上腔壓電振子(1801)和懸臂梁閥(1802)、(1803)的作用下溶液通過Z向流道入口三(2001)流向Y型流道(405)進(jìn)入內(nèi)嵌式三維流道；同時(shí)B溶液經(jīng)過溶液入口Z向流道四(17)，下部入口通道一(601)、在有閥壓電微泵B(16)下腔壓電振子(1605)和懸臂梁閥片(1604)的作用下，溶液通過Z向入口通道五(19)到達(dá)有閥壓電微泵B(16)上腔，在有閥壓電微泵B(16)上腔壓電振子(1601)和懸臂梁閥(1602)、(1603)的作用下溶液通過Z向流道入口六(20)流向Y型流道(406)與A溶液交匯進(jìn)入三維流道進(jìn)行混合。混合溶液在內(nèi)嵌式三維流道中運(yùn)動(dòng)方向依次是，混合溶液經(jīng)過X方向流道(1201)，Z向流道(1305)，Y方向流道(15)，Z向流道(1401)，Y方向流道(902)，Z方向流道(14)，Y方向流道(1102)，Z向流道(1304)，X方向流道(1202)，Z向流道(13)，Y方向流道(1502)，Z向流道(1402)，Y方向流道(901)，Z方向流道(1405)，Y方向流道(1101)，Z向流道(1303)，X方向流道(12)，Z向流道(1302)，Y方向流道(1501)，Z向流道(1403)，Y方向流道(9)，Z方向流道(1404)，Y方向流道(11)，Z向流道(1301)，最后經(jīng)過X方向流道(1203)，完成A、B溶液的混合，完成混合后混合溶液從混合溶液出口(10)流出。其中Z向入口通道一(1701)是由(102)、(202)、(302)、(402)、(502)構(gòu)成，Z向入口通道二(1901)是由(103)、(203)、(303)、(403)、(503)、(603)、(701)共同構(gòu)成，Z向入口通道三(2001)是由(105)、(206)、(306)共同構(gòu)成，Z向流道四(17)是由(101)、(201)、(301)、(401)、(501)共同構(gòu)成，Z向流道五(19)是由(104)、(204)、(304)、(404)、(504)、(604)、(702)共同構(gòu)成，Z向流道六(20)是由(106)、(205)、(305)共同構(gòu)成。在三維流道中，Z向流道(1401)是由(307)、(407)、(505)共同構(gòu)成，Z向流道(14)是由(312)、(412)、(510)共同構(gòu)成，Z向流道(1402)是由(308)、(408)、(506)共同構(gòu)成，Z向流道(1405)是由(311)、(411)、(509)共同構(gòu)成，Z向流道(1403)是由(309)、(409)、(507)共同構(gòu)成，Z向流道(1404)是由(310)、(410)、(508)共同構(gòu)成。

本發(fā)明實(shí)施例的具體制作方法：

本發(fā)明所述的基于PMMA材料的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片，將用三維軟件繪制的帶有三維流道的微流控芯片分割成多層后見例圖(1)，再根據(jù)各片層的具體特征用加工機(jī)加工出各片層實(shí)體見例圖(5)，依次在各個(gè)片層上面均勻涂抹有機(jī)溶劑例如酒精或者其它無毒有機(jī)溶劑，將其依次疊加到一起，然后用定位銷(8)、(801)、(802)、(803)將其固定。內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片進(jìn)行片層化加工時(shí)可以根據(jù)微流控芯片內(nèi)部三維流道的復(fù)雜程度，采用不同種類的加工機(jī)對(duì)片層化處理后的微流控芯片的片層進(jìn)行加工。

將安裝好定位銷的微流控芯片參照?qǐng)D(1)立即放入溫控箱中，在溫壓耦合和有機(jī)溶劑的作用下使內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片各個(gè)片層重新鍵合，完成內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片的加工。在溫壓耦合的過程中，并不是對(duì)溫度和壓力的范圍都進(jìn)行特定的限制才能完成內(nèi)嵌式三維流道的加工，而是在一定范圍內(nèi)采用溫壓補(bǔ)償也可完成復(fù)雜三維流道的加工，其中溫壓補(bǔ)償是：加工時(shí)若溫度高，則使用低壓力，若壓力高，則使用低溫度。