[发明专利]2.5D孔隙结构微流体芯片及其制作和使用方法

说明书

本发明涉及2.5D孔隙结构微流体芯片及其制作和使用方法，2.5D孔隙结构微流体芯片包括上部图案层和下部水平基片层，所述上部图案层包括流体注入口、微流体芯片主体图案和排液口，所述微流体芯片主体图案包括桥体和多个间隔设置的圆柱区域，相邻的圆柱区域通过桥体连接，圆柱区域高度为30‑50μm，桥体高度为15‑25μm。本发明2.5D微流体芯片的圆柱区域和桥体错落设置，与传统2D微流体芯片相比，其内部通道是不均匀的，更为贴近真实自然界状况，所得试验数据更有代表性。本发明提出的2.5D孔隙结构微流体芯片的使用方法操作简便、极易上手且应用灵活，能够大幅缩短试验时间，快速分析出所需结果。

技术领域

本发明涉及岩体及土壤多相渗流技术领域，更具体地说，涉及一种2.5D孔隙结构微流体芯片及其制作和使用方法。

背景技术

岩土体及土壤中的多相渗流过程涉及许多重要的自然和工业过程(如城市地下水系统修复、油气强化开采、二氧化碳地质封存等)。利用室内试验研究多相渗流过程是比较有效的手段。目前，室内试验大多利用2D微流体芯片进行研究，2D微流体芯片内部的通道高度是均匀不变的，所得实验结果不能很好地反映自然界的真实情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种2.5D孔隙结构微流体芯片及其制作和使用方法，能够较为真实地反映自然界内多相渗流过程。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种2.5D孔隙结构微流体芯片，包括上部图案层和下部水平基片层，所述上部图案层包括流体注入口、微流体芯片主体图案和排液口，所述微流体芯片主体图案包括桥体和多个间隔设置的圆柱区域，相邻的圆柱区域通过桥体连接，圆柱区域高度为30-50μm，桥体高度为15-25μm。

上述方案中，所述上部图案层的两端设置有注入口和排液口，注入口连接毛细空心钢针，毛细空心钢针通过毛细软管与注射器相连；排液口连接毛细空心钢针，毛细空心钢针通过毛细软管将试验结束后的废液排入指定容器内。

上述方案中，所述上部图案层和下部水平基片层的材质均为聚二甲基硅氧烷。

上述方案中，所述微流体芯片主体图案尺寸为2mm×1mm。

本发明还提供了一种所述2.5D孔隙结构微流体芯片的制作方法，包括以下步骤：

利用一号掩膜板对旋涂有SU8-2035光刻胶的硅片进行第一次紫外曝光，利用二号掩膜板对旋涂有SU8-2015光刻胶的硅片进行第二次紫外曝光，然后经过显影固化后得到光刻胶模具；将混合有固化剂的聚二甲基硅氧烷液搅拌均匀后倒入光刻胶模具中，固化键合后，即得到制作好的2.5D孔隙结构微流体芯片。

SU8-2035光刻胶能够旋涂的主要范围是40um-100um，SU8-2015光刻胶能够旋涂的主要范围是35-15um。因为2.5D芯片具有两种不同的厚度：圆柱区域高度为30-50μm，桥体高度为15-25μm，正好分别对应SU8-2035光刻胶和SU8-2015光刻胶能够满足的范围内，采用两种不同型号的光刻胶，能够对两种不同的高度需求分别进行精确控制；如果选择同一种光刻胶，可能会因为操作精度而造成制作失败。

上述方案中，所述一号掩膜版的图案包括圆柱区域和桥体，且均设置为不透光区域。

上述方案中，所述二号掩膜版的图案只包括桥体，且设置为透光区域。

本发明还提供了一种所述2.5D孔隙结构微流体芯片的使用方法，包括以下步骤：

首先将制作好的2.5D微流体芯片两端的注入口和排液口进行管路连接，再将连接好管路的2.5D微流体芯片置于显微镜上，开启显微镜，打开电脑端记录软件；然后注射器内吸入适量硅油或去离子水，开启注射泵，将硅油或水注入2.5D微流体芯片中，电脑端软件实时记录图像数据，以便后期进行数据分析。

实施本发明的2.5D孔隙结构微流体芯片及其制作和使用方法，具有以下有益效果：