[发明专利]侧壁具有对称半圆柱沟槽的微流控芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片。

背景技术

微流控芯片技术是一种可以应用于化学合成分析和检测的新型技术。而微混合效果则是其中至关重要的一个步骤。国内外的许多科学家都在进行微混合效果增强的研究，包括嵌入障碍物的方法，以及利用特殊结构引起湍流的方法等。然而，上述方法要么是具有复杂的制备微混合器的过程，要么混合的效果不佳。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种侧壁具有对称半圆柱沟槽的微流控芯片，该微流控芯片设计简单，混合效果好。

本发明的侧壁具有对称半圆柱沟槽的微流控芯片由基底1和PDMS聚合物组成，其发明点在于在PDMS聚合物的通道的侧壁上沿通道方向对称设置有若干个半圆柱型沟槽。

通道长度越长混合效果越好，具有的沟槽结构越多混合效果越好。宽度范围在100微米~300微米之间。

沟槽和通道是一个整体，沟槽深度和通道的深度一致，深度范围在100微米~200微米之间。

本发明的沟槽深度范围为通道宽度的1/32~31/32，实验结果表明当沟槽深度为通道宽度的1/4时，其对混合效果的增强最佳。沟槽之间间距为0~2000微米。

本发明采用嵌入侧壁的对称半圆柱沟槽实现了对微混合效果的明显增强。该设计简单，混合效果好，沟槽的深度和大小可控，成本低，适用于不同扩散系数的流体混合，该设计在科研方面尤其是微流控分析检测方面有巨大的应用前景，而这种沟槽设计思想也在化学工程领域中有很大的用途。

附图说明

图1为侧壁具有对称半圆柱沟槽的微流控芯片的主视图；

图2为侧壁具有对称半圆柱沟槽的通道的结构示意图；

图3为具体实施方式一中制备的侧壁具有对称半圆柱沟槽的微流控芯片的照片；

图4为混合效果对比图（水溶液），雷诺系数为10；

图5为混合效果对比图（血红蛋白溶液），雷诺系数为100。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1~2所示，本实施方式的侧壁具有对称半圆柱沟槽的微流控芯片由基底1和PDMS聚合物2组成，其发明点在于在PDMS聚合物2的通道3的侧壁上沿通道方向对称设置有若干个半圆柱型沟槽4，其加工方法如下：

一、侧壁具有对称半圆柱沟槽微混合器的制备：

1）玻璃片清洗：玻璃基底在超纯水中超声5分钟，氮气吹干，并依次用丙酮，甲醇，和异丙醇超声清洗5分钟，并用氮气吹干。清洗所用到的溶液均为分析纯试剂。

2) 掩膜：利用Clewin 4软件设计出侧壁具有对称半圆柱沟槽的结构（通道200μm×100μm，沟槽深度为200μm），然后将其利用高分辨专业掩膜打印机打印出来。

3）模版：利用软紫外技术对SU-8光敏胶或AM系列的光敏胶进行光刻。在光刻机上将掩膜与玻璃基片对准，将100 μm厚的SU-8光刻胶平铺于玻璃基底上，在65℃条件下预热10分钟，接着将基底暴露在365 nm的紫外光下5秒，曝光剂量为500~600 mJ/Cm²。最后置于加热板上以65℃加热1分钟，95℃加热10分钟。再冷却到室温之后在Microposit EC溶液中进行清洗1分钟，然后蒸气法将其表面硅烷化（全氟硅烷），备用。

4）PDMS定形：在具有形状的模版上进行聚二甲基硅氧烷（PDMS）的浇筑，从而制成微流控芯片模型。在室温下，PDMS的浇筑过程是将硅酮树脂和固化剂（美国道康宁公司）按照10：1的比例同时浇筑到模版之上，在80℃下加热4小时便可得到成形的固体PDMS通道模型。将固化的PDMS从基底剥离，并用针头将PDMS模版上的进出口挑开。由于模版是具有对称半圆柱沟槽设计的，PDMS定形之后，其下表面就会产生沟槽结构的形状，然后将其含有微结构一侧和另一片干净玻璃片置于等离子体氛围中反应30秒，反应后将PDMS和玻璃对扣压实，在80℃下加热30分钟，微流控芯片即制备出来（图3）。

二、侧壁具有对称半圆柱沟槽微混合器对混合效果的增强：

我们通过调节注射器泵在不同的流速下将酚酞的碱溶液（红色）和无色透明的纯水注入到侧壁具有对称半圆柱沟槽微混合器中使其进行混合，利用混合之后的溶液颜色的标准偏差进行对比，标准偏差越小意味着混合效果越好。由图4中曲线数值可以看出，对于水溶液的混合，具有对称半圆柱沟槽结构的混合效果比没有沟槽的混合效果好2.22倍。结果表明，这种侧壁具有对称半圆柱沟槽的微混合器对混合效果有明显的提高。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，对于不同混合系数的溶液例如血红蛋白等生物分子的溶液，该混合器对其混合效果也有很明显的增强。如图5所示，对于血红蛋白溶液，具有对称半圆柱沟槽结构的混合效果比没有沟槽的混合效果好2.18倍。