[发明专利]一种用于微流体的气泡消溶单元

说明书

本发明提出了一种用于微流体的气泡消溶单元，属于微流体两相流传质领域。所述的气泡消溶单元包括若干条沿气泡消溶单元长度方向平行设置的微通道，每条微通道的侧壁上均开有多个通孔，相邻微通道之间通过通孔相互连通；液体从微通道一端的液体入口流入、从微通道另一端的液体出口流出。其中，微通道模拟植物木质部导管，侧壁通孔模拟植物导管壁纹孔，用于连通多个管道并提供气泡捕捉和消溶需要的表面张力。本发明能够消除微通道内的气泡，防止通道栓塞和通道壁面损坏，保证液体流动的稳定性，在微全分析、细胞培养和燃料电池、航空航天等方面具有广阔应用前景；并且本发明具有较高的生物兼容性，制作简单、成本低，可实现大批量生产。

技术领域

本发明属于微流体两相流传质领域；特别涉及一种用于微流体气泡消溶的仿生结构单元，采用仿生手段进行微纳结构设计与制造。

背景技术

微流控芯片、燃料电池、航天推进器等微通道在使用过程中，其微通道中很容易形成气泡，其形成原因包括实验样品注入、通道漏气、气体受热释放等。微通道上的气泡容易影响流体流动的稳定性，导致微通道压力骤变，增加通道流阻，损害通道表面的化学性质，甚至阻塞通道，致使微器件功能失效。

常见的气泡消除方法包括使用脱气泡装置、涂覆表面活性剂、不断增加入口处的压力等。但是脱气泡装置会增加微器件的体积和操作的复杂性；涂覆表面活性剂会影响芯片通道表面的化学性质；不断增加入口处压力可以使气泡溶解，但一味地增大压力会损坏器件，并且不一定有效果。

植物木质部导管在干旱、冻融交替等逆境中易产生气泡，导致水分运输阻断。而植物导管间的纹孔相互连通，使水分进入其他导管完成水力输送。同时，纹孔限制气泡扩散，迫使气泡溶解，直至恢复导管水力运输。基于此，本发明提出一种用于微流体气泡消溶的仿生结构单元。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种兼容于各种微器件的气泡消溶单元，能够在微通道液体持续流动的情况下简单高效地消除微通道内的气泡，有效避免了气泡对器件功能的影响。本发明所述的气泡消溶单元采用提取影响生物微通道气泡消溶结构的方法，在相邻微通道侧壁上设计通孔，使注入的液体遇到阻塞气泡时，能够绕流到相邻微通道，完成液体输送，并保持液体稳定流动。同时，气泡在开孔壁面粘附力的作用下驻停，通过较小通孔给气泡施加较大的表面张力和液体压力使气泡溶解于液体，从而达到消除气泡的目的。

本发明的技术方案为：

一种用于微流体的气泡消溶单元，所述气泡消溶单元整体结构为板状，其上沿长度方向设有多条平行的微通道2。每条微通道2的两端分别设有液体入口和液体出口。相邻微通道2之间通过侧壁4隔开；每条侧壁4上均开有多个通孔3，相邻微通道2之间通过通孔3相互连通；当液体遇到阻塞气泡时，能够绕流到相邻微通道完成液体输送，开有通孔的侧壁对气泡施加粘附力使气泡驻停，在液体压力和通孔处表面张力的作用下，气泡溶解于液体或逸出微通道，实现气泡消溶。其中，每条微通道2的横截面面积为5000nm²-1mm²；侧壁4的壁厚为50nm-80μm，通孔3的通流面积为2500nm²-10000μm²；任一通孔3的通流面积小于任一微通道2的横截面积。

进一步地，所述的微通道2个数不少于两条；各微通道2的截面尺寸相同或者不同。

进一步地，各微通道2的液体入口之间为独立设置或相互连通；各微通道2的液体出口之间为独立设置或相互连通。

进一步地，所述的通孔3的形状包括但不限于矩形、圆形、三角形或梯形，且侧壁4上至少设有两个通孔3。

进一步地，所述气泡消溶单元1的材质包括但不限于硅、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚碳酸酯。