[发明专利]一种密封式微流控乳化芯片及其制作工艺和使用方法

说明书

本发明涉及一种密封式微流控乳化芯片，包括基底和固定于该基底上的物理结构，该物理结构对应所制造的芯片的微流沟道和液滴收集池，包括与进样口相连通的微流沟道，具有引流作用的微流沟道、用于液滴乳化产生的微流沟道以及呈圆饼状的微流沟道，微流沟道与其上的水珠状固化后的预聚体构成液滴收集池。本发明利用可固化的预聚体，在表面张力作用下，自发形成液滴收集池结构，简化制造工艺，将原本需要多次刻蚀工艺降低成本。同时，基于此工艺制造的模具，开发了一种无排气孔微流体乳化器芯片的使用方法，简化进样方式，有效避免反应体系与大气接触而引起的交叉污染，同时避免连续相在反应过程中释放其溶解的空气，保证反应环境的稳定。

技术领域

本发明涉及微流控器件领域，具体涉及一种密封式微流控乳化芯片及其制作工艺和使用方法。

背景技术

液滴自发产生结构(Droplet Spontaneous Generation，DSG)，是一种独立于流体剪切力，利用两相流体界面张力自发产生液滴(如：滴水的龙头)。制造此类结构时，通常会制作多层微结构，制造空间梯度，用于驱动液滴产生，而产生的液滴尺寸主要取决于几何结构。相对于其它结构，这一类结构更适合通过结构的大规模并行集成，实现液滴大规模并行产生，使液滴产生通量呈数量级式的提升，便于工业化。目前，已有的液滴自发产生结构为开放式结构，双台阶结构，斜坡step结构，边缘结构以及聚焦-单层step结构。为确保并行空间梯度结构的一致性，这些结构通常需要多次高精度制造工具(例如，深反应离子刻蚀)加工模具，以及对准工艺，从而提高了制造成本，限制了此类结构的应用。本专利提出一种制造空间梯度的新工艺，只需要制造一层微结构，利用表面张力自对准形成空间梯度，既保证结构一致性，又降低工艺难度和成本，同时，可以与3D打印技术结合，降低器件整体制造成本。

液滴自发产生原理：在液滴自发产生器件中，连通液滴收集池且尺寸相同的矩形通道(如图2中微流沟道4)为液滴产生单元，也称作喷嘴，通常沿液滴收集池边缘并行集成；从液滴生成单元到液滴收集池，通道尺寸在水平方向和竖直方向骤然变大，即空间梯度；当分散相从喷嘴进入液滴收集池时，分散相在液滴收集池边缘铺开(如图3a)，随着分散相不断进入液滴收集池，由于空间梯度存在，使得液滴收集池中的分散相内部与喷嘴处的分散相内部存在压力差，且该压力差随着分散相进入液滴收集池的量增加而增加，同时会破坏分散相与连续相界面在喷嘴与液滴收集池交界附近的平衡，出现分散相收缩的现象(如图3b)；最终，分散相破裂产生液滴，如图3c所示。

液滴自发生成器件中，常用粘度和水接近的氟化油(FC40、HFE7500等)用作液滴产生的连续相，液滴完全浸泡在连续相中。然而，氟化油挥发性较强，且能溶解空气，在加热反应过程中，往往会释放气体，在液滴收集池中形成气泡，破坏液滴稳定性，出现液滴互融，甚至破乳的情况，是限制此类器件应用的一个重要因素。本发明提供一种进样策略，无需制造排气口，在芯片液滴收集池区域上方构建一定范围的负压区域，利用芯片材质的透气性，逐渐排出芯片内部空气实现进样。进样完成后，对进样口进行封口处理，放置反应仪器进行反应，目前已实现63℃加热1h以上无气泡产生。

发明内容

本发明的目的提供一种微流体乳化器制造工艺以及一种芯片使用策略。该工艺在保持原有精度的基础上简化原有的加工工艺，降低经济成本与时间成本；该策略简化进样方式，避免目前微流控芯片常用的排气孔结构，有效避免反应体系与大气接触而引起的交叉污染，同时避免连续相在反应过程中释放其溶解的空气，保证反应环境的稳定。

根据本发明的一种密封式微流控乳化芯片，其中，该芯片包括与进样口相连通的微流沟道，具有引流作用的微流沟道，用于液滴乳化产生的微流沟道以及呈圆饼状的微流沟道，微流沟道与其上的水珠状固化后的预聚体构成液滴收集池。

在一些实施方式中，该微流控通道具备空间梯度，使得水相能够在微流控通道喷口处压强释放，自发地生成液滴。

在一些实施方式中，该液滴收集池形状可为圆形、矩形等，其中，圆形为最优的。