[发明专利]适用于微胶囊生产的微流控芯片

说明书

技术领域  

本发明属于微全分析领域，涉及一种微流控芯片的结构，尤其涉及一种适用于微胶囊油水两相分离的结构。

背景技术  

微流控芯片技术起源于20世纪90年代，最初应用于分析化学领域，它以微通道为结构特征，以生命科学为主要研究对象，通过微机电加工工艺（MEMS），将整个实验室的功能包括样片预处理、反应、分离、检测等集成在微芯片上，使分析速度得到极大提高，具有集成度高，试剂消耗少，制作成本低，分析效率高等特点，具有极为广泛的适用性和应用前景，是当前微全分析系统研究的重点。

微胶囊技术可以改善物质外观和提高性能，广泛应用于许多工业领域。通过对物质进行胶囊化，可以改善包囊物质的物理性质（颜色，外观，表观密度等）；提高物质的稳定性，耐久性。微胶囊能够储存药物等微细状态的物质，并在需要时进行释放。在生物领域，可以将细胞或者细菌包被进入微胶囊，从而避免生物活性物质免受环境的影响，改善包被物的反应活性和稳定性。

基于微流控芯片的微胶囊生产技术,利用微米尺度的通道设计，可以精确控制所产生微胶囊的大小，产生速率和形状，通过多次包被的方法，可以制造出多层的微胶囊，具有广泛的应用前景。然而目前在利用微流控芯片产生微胶囊的方法中，普遍采用油作为连续相，水作为分散相，通过油包被水产生微胶囊。油相的存在，会对微胶囊中生物活性和细胞的分泌代谢产生影响，因此需在微胶囊制备好后，将微胶囊从油相转移到水相。目前已有的方法，有化学方法（漂洗法，萃取法等），物理方法（离心法，外加磁场，电场等），这些方法存在操作复杂不连续，微加工技术要求高，需要对微胶囊进行修饰等不足，限制了微流控芯片的应用。因此，需要一种可以简易的、高效的实现微胶囊油水两相分离的微流控芯片。 

发明内容  

本发明所要解决的问题在于针对现有技术的不足，提供一种可以简易的、高效的实现微胶囊油水两相分离的微流控芯片。

本发明的适用于微胶囊生产的微流控芯片包括底片、微胶囊产生部分和油水两相分离部分，所述油水两相分离部分包括水相入口，水相入口通道、油相出口、油相出口通道、水相出口和分离通道，微胶囊产生部分和水相出口通过分离通道连接，水相入口通道和油相出口通道分别和分离通道连接，并且油相出口通道的宽度小于微胶囊的直径。

微胶囊产生部分的结构可以按照常规办法设计，如T型通道（T-Channel），流聚焦型通道（Flow-Focus Channel）等。

为利于油的排除，油相出口数目不少于水相入口数目。

根据光刻工艺所采用光刻胶的不同和芯片材料的不同，油水两相分离部分通道高度可以为1um-100um，最佳的通道高度取决于微胶囊的大小，以不超过微胶囊的直径为准。

通道的宽度同样取决于光刻工艺和微胶囊的大小，并且油相出口通道宽度小于水相入口通道，可以实现更好的分离效果。以产生50um直径的微胶囊为例，油相出口通道宽度W=15um，水相入口的通道宽度为W=50um。

油水两相分离部分中，油相出口通道和水相入口通道的间距对稳定油水层有较大影响，通道间距太小，在增加微加工复杂度的同时，相邻通道会相互的影响；通道间距太大，由于油和水的表面张力系数不同，不容易形成稳定的层流。作为一种优选，油相出口通道间距为油相出口通道宽度的4倍。

水相入口通道和油相出口通道以90°角度和分离通道连接。

本发明微流控芯片材料可以是传统无机材料，如玻璃，石英，硅片等，也可以是聚合物材料，诸如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），聚二甲基硅氧烷（PDMS），聚碳酸酯（PC）等。

为了更好的理解本发明，利用本发明的微流控芯片生产微胶囊的过程和原理介绍如下：

按常规方法形成油包水微胶囊，进入油水两相分离阶段后，由于油和水粘度系数有很大不同，形成的界面容易有很大的扰动，在本发明中，通过优化芯片结构设计和调节水相和油相的流速，来达到稳定的油水两相稳定界面。通过水相入口对主通道中的油进行挤压，使得油逐渐从油的出口挤出，而微胶囊，由于体积大，不能够从油相出口流出，在流体力学的作用下，进入水相，达到微胶囊油水两相分离的目的。操作过程中，主要是调节水相和油相的流速，水相流速过大，会对油相产生较大的波动，水相流速过小，产生不了稳定的水油两相层流的界面。不利于微胶囊的油水两相分离。