[发明专利]一种微流控芯片、模板及制备方法

说明书

本发明公开了一种微流控芯片、模板及制备方法。本申请中的微流控芯片模板包括基板，基板上设置有第一微结构或者第二微结构；第一微结构包括至少一个细通道结构；第二微结构包括至少两个粗通道结构，相邻粗通道结构之间通过至少一个细通道结构连通。利用模板可制备微流控芯片，所制备的微流控芯片包括至少两个粗通道，相邻粗通道之间通过至少一个细通道连通；一个粗通道内部的流体经由细通道生成均一的多个液滴，生成的液滴分散在另一个粗通道的流体内。该微流控芯片可实现高效可控规模制备均一的微纳米液滴及微球，可用于大规模微纳型均一液滴及微球材料的制备。

技术领域

本申请涉及一种微流控芯片、模板及制备方法，具体的说涉及到细通道连通粗通道结构的模板及其制备方法和利用上述模板制备微流控芯片的方法以及制备得到的微流控芯片、微流控芯片组，属于微流控技术领域。

背景技术

微流控芯片技术被认为是能够改变人类未来的七种技术之一。通过在几英寸大小的芯片上构建微通道流路系统，将多种技术单元在可控平台上实现灵活组合及功能集成，在众多领域，比如环境检测、生物制药、国防科技、材料合成、食品安全等方面都有潜在的应用前景。微流控芯片技术基于微流体控制技术，能够在微、纳米尺度空间操控流体，已成为制备单分散乳液、微纳型功能微球材料的有力工具，一直以来是各国研究者关注的重点。

微流控芯片技术的核心应用技术是制备液滴。一般采用正交结构(T-junction)、流式聚焦(flow-focusing)或者共轴流(co-axialflow)等方式制备液滴生成器，经水力流体剪切而制备液滴，液滴经后续固化过程可制得微球颗粒。由于微通道固有的较高流体力学阻力，限制了其流体速度，使得单个微通道生成微液滴通量有限。以100μm的微通道为例，其有效处理流量典型极大值大概在每小时几毫升量级甚至更低。液滴生成处理量和液滴生成器孔口尺寸密切相关。较大的孔口尺寸，有较大的液体处理量，但生产的液滴直径尺寸也较大，而较小的孔口尺寸可以生成较小的液滴，但液体处理量小。也就是说，难以同时获得较大的微纳型液滴及高的处理量。

有研究者从水力流体动力学方面考虑来提高液滴通量，通过在芯片内采用高流速和高压力降的方式，实现了一定规模的微米甚至纳米液滴制备。但该模式下液滴生成可控性较低，在可控制备均一液滴方面力有不逮。也有研究者从液滴生成单元结构来考虑，例如采用多孔膜结构，也实现了一定规模液滴制备；这种主要依赖流体内在物化属性，流体差异严重影响结构可靠性，均一性欠佳(一般CV值10％)，在制备均一微液滴方面有待提高。

增加均一液滴通量最简单方法就是增加平行通道单元数量，也就是所谓的数字放大技术来增加液滴生产单元。现有所谓高通量芯片技术大部分都是在平面或者三维方向通过增加液滴生产单元来提高通量的。动辄成百上千个平行液滴生成单元在一定程度上提高了芯片的液滴通量，但也带来其他问题。首先，大面积高度均一的芯片制备是个难题。为保证所有液滴生成单元具有一致的结构特征，要求芯片内所有平行单元在整体芯片级别上保持一致，这对加工制备精度要求非常高，技术非常昂贵，而且重复性差。其次，芯片结构异常复杂。大量液滴生产单元，需要大量输入口输入流体到液滴生成器中，占用更多芯片空间，导致芯片结构异常复杂。有研究者也尝试各种努力来克服平行放大技术中的问题。例如，为了避免巨量微通道加工均一性难题，有研究者采用毛细管微通道技术，其获得了直径可调的均一液滴。但由于没有流体动力学切割，其可处理流体通量较低(典型值1ul/min)，而且加工制作复杂，因此该技术可行性有待提高。此外，采用台阶液滴技术可以将许多平行微通道集中在一个接口，从而简化芯片结构。目前台阶结构能够实现一定规模通量液滴的制备，但是现有台阶芯片大部分制作成本高，无法批量制备。比如玻璃基芯片，其制作过程繁杂，成本高昂，难以批量制备。

发明内容

本申请的目的在于，提供一种可生成均一液滴的微流控芯片的制备方法，以解决现有技术中制备所得微流控芯片难以同时获得高通量及均一液滴的技术问题。

在公开可生成均一液滴的微流控芯片的制备方法之前，首先公开一种可生成均一液滴的用于制备微流控芯片的模板和该模板的制备方法。