[发明专利]用于地质过程化学溶蚀研究的微流控芯片及制作方法

说明书

本发明公开了一种用于地质过程化学溶蚀研究的微流控芯片及制作方法。包括如下步骤：制备微流控芯片主体，上中下基层通道刻蚀以及上中下基层与微流控芯片主体的键合与封装，最终得到适用于地质过程化学溶蚀研究目的的微流体芯片。微流控芯片主体的材料可为氯化钠晶体、所测试岩石切片等易获得通用物质，上下基片采用具有透明特性的硅酸盐玻璃载玻片或环氧树脂类的有机玻璃，制备微流体芯片通常只需常温常压条件，整个制作时间为2—3小时。该方法具有通道制作精度高、芯片封装工艺简单、制备时间短、应用灵活、便于批量化生产等优点，同时该方法将微流控技术从生物医学等领域扩展到了地球物理、能源环境等学科。

技术领域

本发明属于微流控制作技术领域，具体是指一种用于地质过程化学溶蚀研究的微流控芯片及制作方法。

背景技术

地球深部多孔裂隙岩体及近地表非饱和岩土孔隙中往往存在多组分、多相流体(例如空气、水、及非水相污染物等)。它们之间的动力学运动特征及与岩土体之间发生的物质交换对研究页岩油(气)开采、CO₂地质封存及地下水污染物运移等领域都具有非常重要的意义。然而受限于岩石及土体不可光学透视的特性，清晰、实时地监测岩土体孔/裂隙中流体运动及对周围环境影响的问题一直没有得到解决，从而阻碍了我们深刻理解孔/裂隙介质中多相流的运动及物质交换过程。尽管目前有一些手段，诸如CT(数字成像技术)、MRI(核磁共振技术)等正在投入使用，但是设备昂贵的价格以及对人体极大伤害等弊端并没有在地球物理研究领域广泛应用。所以，寻找并开发新的技术手段来开展相关研究的需求迫在眉睫。

微流控芯片技术(Microfluidics)，指的是把生物、化学医学分析等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块核心单元为微米尺寸的芯片上，自动完成全过程分析的一类技术。它有诸多优点：时间及人工成本低、检测灵敏度高、准确率和重复性好。与此同时，岩土体的孔/裂隙尺度处于微纳米(～μm-～nm)级别，从细观尺度上开展与之相关的实验研究，微流控技术显现出独特的天然优势。借鉴于此，研发适用于地球物理领域的微流控芯片无疑是解决目前该学科发展瓶颈的最优方案。

目前广泛应用于生物、医学等领域的微流控芯片材料多采用晶体硅、玻璃，石英和各种高分子聚合物材料，制作过程所需的条件较为严苛，特别是对芯片进行键合时，需要多种设备进行辅助，例如晶体硅、玻璃以及石英类芯片键合需要高温(～800℃)高压,往往还会因操作技术问题导致玻璃表面出现牛顿环等影响实验观测的缺陷，造成芯片制作良品率降低。因此，选择适用于地球物理领域的微芯片材料至关重要，克服上述现有微流控芯片键合技术中的问题也是本发明的重点目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于地质过程化学溶蚀研究的微流控芯片及制作方法，通过本发明的微流控芯片，能够以较小的试剂消耗量完成测试，易于控制和操作。

为实现上述目的，本发明提供的用于地质过程化学溶蚀研究的微流控芯片，其特征在于：包括水平平行布置的含有微通道的微流控芯片主体，还包括上基层，中基层，下基层，上粘涂层，下粘涂层；所述上基层、上粘涂层、中基层、下粘涂层和下基层自上而下依次与微流控芯片主体水平平行布置，所述中基层水平贯穿芯片主体将其分为上半部和下半部，所述上基层、上粘涂层均位于中基层上方；所述下粘涂层和下基层均位于中基层下方；还设有注入口，注出口和置于中基层内且水平布置的引流通道；所述注入口和注出口均垂直贯通上基层、上粘涂层和中基层，并且均与引流通道连通。

作为优选方案，所述圆柱形注入口和注出口的直径均为0.5mm；所述引流通道宽度为0.3mm，长度为8mm；所述上基层、中基层和下基层均采用厚度为0.2mm的硼酸盐玻璃，所述硼酸盐玻璃使用硅烷进行超疏水化处理制得以防止边角流的发生。

进一步地，所述上粘涂层和下粘涂层均采用紫外光敏胶水制得；所述芯片主体的材料为岩石切片，其尺寸为2mm×2mm，厚度为0.2mm。