[发明专利]一种用于试剂混合及微液滴、微液柱制备的微流控芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片，属于微液滴、微液柱制备和试剂混合技术，尤其涉及一种用于试剂混合及微液滴、微液柱制备的微流控芯片。

背景技术

微流控（Microfluidics）技术是MEMS技术的重要分支之一，也是目前发展较为迅速的多学科交叉科技前沿技术之一，在生命科学、临床医学、化学化工、制药、食品卫生、环境检测与监测、信息科学与信号检测等学科中有重要应用。

微流控技术通常要使用微分析器件作为技术实现的载体，而微流控芯片是各类微分析器件中发展最为迅速的。微流控芯片是利用MEMS技术，在硅、石英、玻璃或高分子聚合物基材上加工出各种微结构，如微管道、微反应池、微电极等功能单元，然后以微管道来连通微泵、微阀、微储液器、微检测元件等具有流体输送、控制和检测监视功能的元器件，最大限度地将稀释、添加试剂、采样、反应、分离分散、检测、监视等过程集成在芯片上的微全分析系统。微流控芯片的面积通常为几到几十平方厘米，其微通道尺寸一般处于微米级或近毫米级。当很多化学过程在微流控芯片中进行时，微小体积带来了很多优点：微通道尺寸减小一个数量级，试剂用量会减小3个数量级；流体在微通道内的扩散速度将提高2个数量级，从而大大提高反应速度；同时，微流控芯片还有着成本低、可批量制造、操作简单、重复性好、可靠性高等优势。

混合过程是化学工程领域中最为常见也是极为重要的一个过程，两股或多股流体在进行化学反应时，必须解决它们之间的有效混合。微流控芯片微通道结构尺寸在微米量级，流体在此种微通道中流动其雷诺数很小，处于层流状态，流体的混合便局限于分子扩散。不仅如此，如果能够使混合的液体在微通道内形成微液柱，由于微液柱内的传质作用，会进一步加强液体的混合。在微流控芯片中实现流体的快速混合具有重要意义。

生物可降解微球具有生物相容性好、体内无蓄积、毒性低等优点，日益受到重视。微球可包埋固态或液态药物，保护药物免遭破坏，提高稳定性，减少刺激性，具有缓控释和靶向性能，更有利于提高疗效和减少给药次数。不仅如此，微球还可用于合成人工抗原或人工细胞，用来完成免疫学及疾病检测相关的研究。因此，制备粒径均一、可控且单分散性好的聚合物微球（微液滴）具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于试剂混合及微液滴、微液柱制备的微流控芯片，其通过在该微流控芯片通道底部加工出一定微结构，并以微通道间最佳的宽度比和最佳角度加工微通道，可在较大程度上加强试剂混合的强度，有效提高混合效率；该微流控芯片不仅可用于试剂混合，还可根据不同的要求用于制备微液滴或微液柱。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种用于试剂混合及微液滴、微液柱制备的微流控芯片，微通道AC段与BC段相对中心线对称，AC、BC和CK段微通道共同形成“Y字型”微通道；其中的CK段微通道，CD、EF段微通道宽度相同，而DE段微通道宽度较CD、EF段小；CD、EF段微通道底部加工有以任意形式排列的圆锥形、圆柱形、立方柱形、四棱柱形等四种形状的其中一种微结构，使试剂的混合均匀度大大提高；GF段微通道与CK段微通道垂直相连，交点为F；IJ段微通道以平行于芯片短边的方向贯穿芯片，并与CK段微通道垂直；微通道的A端、B端、G端、I端、J端和K端分别对应进/出液1口、进/出液2口、进/出液3口、进/出液4口、进/出液5口、进/出液6口，且各微通道端直接与芯片的各进/出液口相连，各进/出液口形状为矩形凹槽；选取已优化的宽度比和最佳角度加工微通道，可在较大程度上加强试剂混合强度，并可精确控制所形成的微液滴、微液柱尺寸。盖片是一块和基片大小相同的平板；∠ACB为60°～90°时最利于试剂的混合。

通过精密注塑的方法在其微通道的CD和EF段加工出以任意形式排列的圆锥形、圆柱形、立方柱形、四棱柱形等四种形状的其中一种微结构；这样设计的原因在于，微通道底部的微结构会增加需混合的两种流体在微通道内流动的摩擦力，破坏两种液体的表面张力，减缓液体流动速度，从而加强两种液体的混合。

微通道DE段宽度小于CD和EF段，这样设计的原因在于，微通道体积缩小会增加需混合的两种试剂在微通道内流动的压力，破坏两种液体的表面张力，减缓液体流动速度，从而加强两种液体的混合；CF段与DE段微通道宽度之比为2.0～3.0时最利于两种试剂的混合。