[发明专利]一种基于双层通道的压力耦合作用的微液滴生成芯片

说明书

本发明公开了一种基于双层通道的压力耦合作用的微液滴生成芯片，芯片的主体结构由上层芯片、微尺度薄膜和下层芯片组成；微流控芯片结构采用T形通道示意为微液滴生成结构a和微液滴生成结构b，两个T形通道以一个角度隔着微尺度薄膜交汇，交汇形状为菱形，即两通道的相互作用区域。本发明的微流控芯片可以实现薄膜两侧通道交汇结构的压力调节，通道压力较高的一侧会将薄膜挤压凸出，产生壁面的变形和波动并传递到薄膜另一侧的通道中，从而很方便地实现交汇通道的压力调节。该结构用于两侧通道中压力的自发调节和壁面波动的耦合作用，最终实现薄膜两侧微液滴生成的相互作用。

技术领域

本发明涉及一种基于常规微流控芯片，利用微尺度薄膜容易变形的特性传递两侧通道交汇处壁面的变形和波动，使两侧微液滴生成通道相互作用的新型微流控芯片。

背景技术

微流控技术通过在微米或纳米尺度上对流体进行一系列操作来实现特定功能，该技术涉及力学、化学、物理学和生物学等多个基础学科领域，并可以将各学科所包含的基本功能集成到特定芯片上。微流控技术具有特征尺度小、消耗试剂少、反应速度块、检测效率高以及体系稳定封闭等优点，目前已经在酶活性检测、生物组织培养、材料合成、化学反应观察等方面实现成功应用。

微流控芯片中各种功能是通过设计不同结构来实现的。对于一般微流控结构来说，系统尺度降低到微米级别，流速处于1μm/s～1cm/s，特征长度处于1～100μm，计算得到的雷诺数小于100(一般处于10^-6～10)，液体主要以层流为主，因此，可以很方便地通过微通道结构来对流体进行精确控制。目前已有的通道结构可实现的功能包括：单相液体的稳定流动、混合，微液滴的均匀生成、稳定运动、长时间停留、分裂，以及多液滴之间的融合、挤压排序等。但是不论单相或多相液体在微通道中运动都会涉及到通道对液体的限制，而常规微流控芯片的通道抗变形能力较强，几乎不会受到流动液体的作用，因此无法实现液滴对通道壁面的作用。借助弹性薄膜的易变形特性可以反映出流动液体对通道壁面的作用，也可以实现两侧交汇通道之间在流动液体作用下的相互影响。

发明内容

本发明采用的技术方案为一种基于双层通道的压力耦合作用的微液滴生成芯片，基于常用的微流控芯片结构，结合弹性薄膜的易变形特性，通过两层通道交汇处的壁面变形和波动，实现两侧微液滴生成结构之间的相互作用。本发明所述的微流控芯片主要结构如下：

芯片的主体结构由上层芯片1、微尺度薄膜2和下层芯片3组成；上层芯片1中含有微液滴生成结构a4，下层芯片3中含有微液滴生成结构b5；微液滴生成结构a4和微液滴生成结构b5都设置在两侧芯片接触微尺度薄膜2的一侧，并在设定位置按照设定的角度进行交汇；由于微尺度薄膜要能够通过变形来传递两侧的压力变化，微尺度薄膜2的材质为聚二甲基硅氧烷；上层芯片1和下层芯片2没有材质的限制，只要保证跟中间的微尺度薄膜稳定键合即可，可以采用PDMS或者玻璃。

本发明的微流控芯片结构采用T形通道示意为微液滴生成结构a4和微液滴生成结构b5，两个T形通道以一个角度隔着微尺度薄膜交汇，交汇形状为菱形，即两通道的相互作用区域。实际使用中的微液滴生成结构a4和微液滴生成结构b5不仅限于T形通道，是任意微液滴生成结构在特定位置的交汇形式。本发明的微流控芯片可以实现薄膜两侧通道交汇结构的压力调节，通道压力较高的一侧会将薄膜挤压凸出，产生壁面的变形和波动并传递到薄膜另一侧的通道中，从而很方便地实现交汇通道的压力调节。

该结构用于两侧通道中压力的自发调节和壁面波动的耦合作用，最终实现薄膜两侧微液滴生成的相互作用。

附图说明

图1是本发明一种基于双层通道的压力耦合作用的微液滴生成芯片的三维总体轮廓示意图。

图2是本发明上下两层芯片中交汇通道结构的俯视图。

图中：1、上层芯片，2、微尺度薄膜，3、下层芯片，4、微液滴生成结构a，5、微液滴生成结构b。

具体实施方式