[发明专利]一种实现不同组合液滴对碰撞的微流控芯片

说明书

本发明公开了一种实现不同组合液滴对碰撞的微流控芯片，该微流控芯片通过两个单独的T形结构在线生成液滴对，通过稀释结构调节在线生成液滴对的运动速度，最终实现在线生成液滴对在下游T形结构处的碰撞。微流控芯片由盖片和基片配合组成，盖片和基片不可逆地键合在一起；盖片和基片的材质相同，均为PDMS，以保证流体流动时四周接触的壁面材质相同以及微流控芯片整体结构的稳定键合；由于PDMS材质本身是亲油疏水的，所以PDMS制得的微流控芯片使用时连续相是油，离散相为水或气体，离散相为水时生成的产物为液滴，离散相为气体时生成的产物为气泡。本发明重点针对液滴进行阐述，但是同样适用于气泡的生成以及碰撞。

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片，利用通道结构引导在线生成的液滴运动，以实现不同大小或速度等组合的液滴对的相遇碰撞。

背景技术

微液滴技术是微流控技术的重要分支之一，近年来得到迅速发展。以液滴为基础的微流控技术具有试剂消耗少、实验效率高、流通量大、互相干扰少等优点，以液滴为运输体或反应器可以实现试剂加载、即时反应以及在线观测等功能。

液滴碰撞融合是一项非常重要的液滴控制技术，通过液滴这一独立单元来实现试剂按需添加，可以广泛应用于试剂混合、粒子合成、复合材料制备、DNA与血液分析、食品检测等领域。液滴融合方式可以分成主动融合和被动融合两种。其中，主动方式需要外加电场或振动等外部能量源，而被动方式通过调节通道结构或表面性质等来实现无外加能量场条件下的融合。根据现有液膜排液原理可知，当两个液滴逐渐接近时，两液滴之间的连续相被挤压排走；当液滴之间的液膜厚度降低达到临界值后，两相界面变得不稳定同时范德华力开始驱使液滴融合。研究发现液滴碰撞融合存在临界毛细数，超过该临界值后，两液滴在交汇处接触排液的时间无法满足液膜降低到不稳定厚度所需要的时间，两液滴也就无法实现融合。通常一对碰撞的液滴由两个生成结构来单独生成，这种方式中的液滴生成频率难以得到控制来保证液滴对的稳定相遇，因此液滴在交汇结构相遇时可能会存在到达时间差，影响液滴对碰撞的行为。因此，需要设计一种芯片能够实现液滴对不同大小或速度的组合，以研究微液滴的碰撞行为和特性。

发明内容

本发明的目的在于设计了一种实现不同组合液滴对碰撞的微流控芯片，该微流控芯片通过两个单独的T形结构在线生成液滴对，通过稀释结构调节在线生成液滴对的运动速度，最终实现在线生成液滴对在下游T形结构处的碰撞。

微流控芯片由盖片和基片配合组成，盖片和基片不可逆地键合在一起；盖片和基片的材质相同，均为PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)，以保证流体流动时四周接触的壁面材质相同以及微流控芯片整体结构的稳定键合；由于PDMS材质本身是亲油疏水的，所以PDMS制得的微流控芯片使用时连续相是油，离散相为水或气体，离散相为水时生成的产物为液滴，离散相为气体时生成的产物为气泡。本发明重点针对液滴进行阐述，但是同样适用于气泡的生成以及碰撞。

离散相为水时，所有微通道结构都设置在盖片上直接接触基片的一侧，盖片和基片中间形成的封闭空间为流体流动的区域。微流控芯片两侧的液滴生成和稀释结构是轴对称的，两侧通入液体的种类也是对称相同的。

两个单独的T形结构分别为第一T形结构和第二T形结构，第一T形结构和第二T形结构对称布设，第一T形结构和第二T形结构之间通过T形交汇结构C连接。

第一T形结构包括第一连续相入口1、第一离散相入口2和第一稀释入口3；第一连续相入口1和第一离散相入口2并列布设，第一连续相入口1和第一离散相入口2的交点为第一T形生成结构A1，第一T形生成结构A1与第一T形结构的主体结构垂直连接；第一稀释入口3通过第一稀释结构B1与第一T形结构的主体连接。