實現(xiàn)液滴生成的反y型通道微流控芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于T型通道實現(xiàn)液滴生成的反Y型通道微流控芯片，屬于微流 控芯片技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對微流體進行有效的控制是發(fā)展微流動系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，多相微流控系統(tǒng)是指具 有兩種或兩種以上流體或相態(tài)的微流控系統(tǒng)。與宏觀系統(tǒng)相比，利用多相微流控系統(tǒng)產(chǎn)生 的微液滴，具有所需流體量少、傳熱傳質(zhì)響應速率快、產(chǎn)生的污染物少等特點，因此其具有 的獨特流體力學特性及尺度效應，在微混合、DNA分析、人體毛細血管流動分析及船舶行業(yè) 的減阻等方面應用廣泛。在應用過程中，微液滴的大小和均勻度是兩個非常重要的參數(shù)，能 夠直接決定多相微流控系統(tǒng)功能是否可以實現(xiàn)。
[0003] 運用T型通道結(jié)構(gòu)實現(xiàn)液滴生成的基本原理是，連續(xù)相液體與離散相液體經(jīng)過不 同的通道，在通道交叉處相遇，連續(xù)相液滴提供的剪切力使離散相液滴發(fā)生斷裂，形成單相 液滴。液滴的大小尺寸依賴于兩相液體的流動速度、通道的尺寸、兩相液體的粘性關(guān)系以及 表面活性劑等的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是基于常用的微液滴生成結(jié)構(gòu)一一T型微通道，通過改變離散相液體與連 續(xù)相液體通道的交叉角度，將直角變?yōu)閮?yōu)角，形成反Y型微通道。反Y型微通道內(nèi)液滴的生 成周期更短，液滴的生成速率更快，并可得到體積更小的液滴，以提高乳化與混合效果。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為實現(xiàn)液滴生成的反Y型通道微流控芯 片，該芯片包括主體固體結(jié)構(gòu)1、離散相通道7、離散相入口 6、連續(xù)相通道2、連續(xù)相入口 3、 主通道4、出口 5、底板8 ;
[0006] 具體而言，所述離散相通道7、離散相入口 6、連續(xù)相通道2、連續(xù)相入口 3、主通道 4、出口 5為主體固體結(jié)構(gòu)1上的凹槽或洞孔結(jié)構(gòu)，且各結(jié)構(gòu)為芯片工作時液體流動區(qū)域；
[0007] 所述主體固體結(jié)構(gòu)1和蓋板8通過上下鍵合固定，底板8置于主體固體結(jié)構(gòu)1底 部，以支撐芯片主體的結(jié)構(gòu)并提供液體流動空間；
[0008] 所述出口 5、連續(xù)相入口 3、離散相入口 6是主體固體結(jié)構(gòu)1上的洞孔結(jié)構(gòu)，離散相 通道7、連續(xù)相通道2、主通道4為主體固體結(jié)構(gòu)1上的凹槽。
[0009] 離散相入口 6與離散相通道7連接，形成離散相液體流動的空間；連續(xù)相入口 3與 連續(xù)相通道2連接，形成提供連續(xù)相液體流動的空間；離散相通道7與連續(xù)相通道2垂直相 交連接，相交連接處與主通道4連接，主通道4設(shè)置在離散相通道7與連續(xù)相通道2連接的 中心線上，且主通道4與主體固體結(jié)構(gòu)1的長度方向平行；主通道4的一端與出口 5連接形 成下游流動區(qū)域。連續(xù)相與離散相流動區(qū)域的凹槽，孔洞結(jié)構(gòu)形狀，大小與位置完全對稱且 以主通道4為中心相互對稱。
[0010] 所述主體固體結(jié)構(gòu)1和蓋板8的材料由聚二甲基硅氧烷制成。
[0011] 所述連續(xù)相入口 3、離散相入口 6與出口 5為設(shè)置在主體固體結(jié)構(gòu)1上的上下貫通 的孔洞結(jié)構(gòu)。
[0012] 本裝置的工作過程如下：離散相液體從離散相入口 6流入，經(jīng)過離散相通道7,與 從連續(xù)相入口 3流入的經(jīng)過連續(xù)相通道2的連續(xù)相液體在連續(xù)相通道2和離散相通道7交 匯，連續(xù)相液體對離散相液體產(chǎn)生剪切作用，形成離散相液滴。在連續(xù)相液體的帶動下，液 滴經(jīng)過主通道4從出口 5流出。
[0013] 本發(fā)明可以在常規(guī)的T型微通道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使離散相通道與連續(xù)相通道夾角 形成優(yōu)角，呈Y型，液滴的生成周期更短，體積更小。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明基于T形微通道實現(xiàn)液滴生成的反Y型微流控芯片的三維總體輪廓 示意圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明基于T形微通道實現(xiàn)液滴生成的反Y型微流控芯片的工作過程示意 圖。
[0016] 圖中：1、主體固體結(jié)構(gòu)，2、連續(xù)相通道，3、連續(xù)相入口，4、主通道，5、出口，6、離散 相入口，7、離散相通道，8、底板。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合結(jié)構(gòu)附圖對發(fā)明的工作過程和效果進行進一步詳細說明和驗證。
[0018] 圖1為基于T型微通道的實現(xiàn)液滴生成的微流控芯片的三維總體輪廓示意圖。
[0019] 實現(xiàn)液滴生成的反Y型通道微流控芯片，該芯片包括主體固體結(jié)構(gòu)1、離散相通道 7、離散相入口 6、連續(xù)相通道2、連續(xù)相入口 3、主通道4、出口 5、底板8 ;
[0020] 具體而言，所述離散相通道7、離散相入口 6、連續(xù)相通道2、連續(xù)相入口 3、主通道 4、出口 5為主體固體結(jié)構(gòu)1上的凹槽或洞孔結(jié)構(gòu)，且各結(jié)構(gòu)為芯片工作時液體流動區(qū)域；
[0021] 所述主體固體結(jié)構(gòu)1和蓋板8通過上下鍵合固定，底板8置于主體固體結(jié)構(gòu)1底 部，以支撐芯片主體的結(jié)構(gòu)并提供液體流動空間；
[0022] 所述出口 5、連續(xù)相入口 3、離散相入口 6是主體固體結(jié)構(gòu)1上的洞孔結(jié)構(gòu)，離散相 通道7、連續(xù)相通道2、主通道4為主體固體結(jié)構(gòu)1上的凹槽。
[0023] 離散相入口 6與離散相通道7連接，形成離散相液體流動的空間；連續(xù)相入口 3與 連續(xù)相通道2連接，形成提供連續(xù)相液體流動的空間；離散相通道7與連續(xù)相通道2垂直相 交連接，相交連接處與主通道4連接，主通道4設(shè)置在離散相通道7與連續(xù)相通道2連接的 中心線上，且主通道4與主體固體結(jié)構(gòu)1的長度方向平行；主通道4的一端與出口 5連接形 成下游流動區(qū)域。連續(xù)相與離散相流動區(qū)域的凹槽，孔洞結(jié)構(gòu)形狀，大小與位置完全對稱且 以主通道4為中心相互對稱。
[0024] 所述主體固體結(jié)構(gòu)1和蓋板8的材料由聚二甲基硅氧烷制成。
[0025] 所述連續(xù)相入口 3、離散相入口 6與出口 5為設(shè)置在主體固體結(jié)構(gòu)1上的上下貫通 的孔洞結(jié)構(gòu)。
[0026] 本裝置的工作過程如下：離散相液體從離散相入口 6流入，經(jīng)過離散相通道7,與 從連續(xù)相入口 3流入的經(jīng)過連續(xù)相通道2的連續(xù)相液體在連續(xù)相通道2和離散相通道7交 匯，連續(xù)相液體對離散相液體產(chǎn)生剪切作用，形成離散相液滴。在連續(xù)相液體的帶動下，液 滴經(jīng)過主通道4從出口 5流出。
[0027] 圖2是本發(fā)明基于T型微通道實現(xiàn)液滴融合的微流控芯片的工作過程示意圖。離 散相液體與離散相液體在外力驅(qū)動下由入口通入微流控芯片中，調(diào)整兩種液體的入口流量 條件，使連續(xù)相液體在通道交叉處剪切離散相液體以生成微液滴。
[0028] 為了驗證該發(fā)明對于促進液滴融合的有效作用，利用相同結(jié)構(gòu)的的常規(guī)T型微通 道微流控芯片進行了對比實驗。兩組實驗結(jié)果如表1所示，可見本發(fā)明在相同條件下能夠 生成更小的液滴，且液滴生成周期更短。
[0029] 注：由于微通道尺寸較小，用實際尺寸表示微流控芯片時不能有效表征微流控芯 片流道部分的結(jié)構(gòu)，因此附圖使用的是微流道結(jié)構(gòu)相對放大的芯片示意圖。
[0030] 表1本發(fā)明芯片與對比芯片的液滴生成情況
[0031]
【主權(quán)項】
1. 實現(xiàn)液滴生成的反Y型通道微流控芯片，其特征在于：該芯片包括主體固體結(jié)構(gòu) (1) 、離散相通道（7)、離散相入口（6)、連續(xù)相通道（2)、連續(xù)相入口（3)、主通道（4)、出口 (5)、底板（8); 具體而言，所述離散相通道（7)、離散相入口（6)、連續(xù)相通道（2)、連續(xù)相入口（3)、主 通道（4)、出口（5)為主體固體結(jié)構(gòu)（1)上的凹槽或洞孔結(jié)構(gòu)，且各結(jié)構(gòu)為芯片工作時液體 流動區(qū)域； 所述主體固體結(jié)構(gòu)（1)和蓋板（8)通過上下鍵合固定，底板（8)置于主體固體結(jié)構(gòu)（1) 底部，以支撐芯片主體的結(jié)構(gòu)并提供液體流動空間； 所述出口（5)、連續(xù)相入口（3)、離散相入口（6)是主體固體結(jié)構(gòu)（1)上的洞孔結(jié)構(gòu)，離 散相通道（7)、連續(xù)相通道（2)、主通道（4)為主體固體結(jié)構(gòu)（1)上的凹槽； 離散相入口（6)與離散相通道（7)連接，形成離散相液體流動的空間；連續(xù)相入口（3) 與連續(xù)相通道（2)連接，形成提供連續(xù)相液體流動的空間；離散相通道（7)與連續(xù)相通道 (2) 垂直相交連接，相交連接處與主通道（4)連接，主通道（4)設(shè)置在離散相通道（7)與連 續(xù)相通道（2)連接的中心線上，且主通道（4)與主體固體結(jié)構(gòu)（1)的長度方向平行；主通道 (4)的一端與出口（5)連接形成下游流動區(qū)域；連續(xù)相與離散相流動區(qū)域的凹槽，孔洞結(jié)構(gòu) 形狀，大小與位置完全對稱且以主通道（4)為中心相互對稱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)液滴生成的反Y型通道微流控芯片，其特征在于：所述 主體固體結(jié)構(gòu)（1)和蓋板（8)的材料由聚二甲基硅氧烷制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)液滴生成的反Y型通道微流控芯片，其特征在于：所述 連續(xù)相入口（3)、離散相入口（6)與出口（5)為設(shè)置在主體固體結(jié)構(gòu)（1)上的上下貫通的孔 洞結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實現(xiàn)液滴生成的反Y型通道微流控芯片，其特征在于：本裝 置的工作過程如下，離散相液體從離散相入口（6)流入，經(jīng)過離散相通道（7)，與從連續(xù)相 入口（3)流入的經(jīng)過連續(xù)相通道（2)的連續(xù)相液體在連續(xù)相通道（2)和離散相通道（7)交 匯，連續(xù)相液體對離散相液體產(chǎn)生剪切作用，形成離散相液滴；在連續(xù)相液體的帶動下，液 滴經(jīng)過主通道（4)從出口（5)流出。
【專利摘要】實現(xiàn)液滴生成的反Y型通道微流控芯片，主體固體結(jié)構(gòu)和蓋板通過上下鍵合固定。離散相入口與離散相通道連接，形成離散相液體流動的空間；連續(xù)相入口與連續(xù)相通道連接，形成提供連續(xù)相液體流動的空間；離散相通道與連續(xù)相通道垂直相交連接，相交連接處與主通道連接，主通道設(shè)置在離散相通道與連續(xù)相通道連接的中心線上，且主通道與主體固體結(jié)構(gòu)的長度方向平行；主通道的一端與出口連接形成下游流動區(qū)域。連續(xù)相與離散相流動區(qū)域的凹槽，孔洞結(jié)構(gòu)形狀，大小與位置完全對稱且以主通道為中心相互對稱。本發(fā)明在常規(guī)的T型微通道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使離散相通道與連續(xù)相通道夾角形成優(yōu)角，呈Y型，液滴的生成周期更短，體積更小。
【IPC分類】B01L3-00
【公開號】CN104826674
【申請?zhí)枴緾N201510205382
【發(fā)明人】劉趙淼, 劉麗昆, 曹刃拓, 逄燕
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月27日