[发明专利]一种兼具可视化和红外热成像功能的微流控芯片实验平台

说明书

本发明公开一种兼具可视化和红外热成像功能的微流控芯片实验平台，实验平台包括单晶硅‑玻璃微流控芯片、耐压夹具、冷热台、相差显微镜、热成像仪和固定支架，单晶硅‑玻璃微流控芯片与耐压夹具相连，耐压夹具固定在冷热台上，所述冷热台与固定支架连接，相差显微镜通过固定支架固定在所述单晶硅‑玻璃微流控芯片正上方，热成像仪通过固定支架固定在冷热台正下方，所述相差显微镜、单晶硅‑玻璃微流控芯片和热成像仪的成像通路保持在同一条铅垂线上，运用玻璃和单晶硅的物理特性，实现可见光、热分布的同时“双可视”，由玻璃和硅片粘合而成的微流控芯片比玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯等常规材质芯片的耐压强度更高、温控效果更好。

技术领域

本发明涉及流体流动行为观测与流体反应、相变的微观机理研究技术领域，具体涉及一种兼具可视化和红外热成像功能的微流控芯片实验平台。

背景技术

微流控芯片实验室，又称其为芯片实验室(Lab-on-a-Chip)或微流控芯片(Microfluidic Chip)，微流控芯片是微流控技术(Microfluidics)实现的主要平台。其装置特征主要是其容纳流体的有效结构(通道、反应室和其它某些功能部件)至少在一个纬度上为微米级尺度，操控微小体积的流体在微小空间中的活动，在微小的芯片上构建化学或生物实验室，从而将多种化学和生物学的过程集成到快速和自动的微流控系统。由于微米级的结构，流体在其中显示和产生了与宏观尺度不同的特殊性能，因此发展出独特的分析性能，具有广泛应用的前景和市场。

单晶硅和玻璃是最早用于微流控应用的原始材料。其中，单晶硅作为第一种应用于微流控芯片的材料，具有优越的导热性，表面稳定性，对有机溶剂的耐受性和容易金属沉积等显著优势。单晶硅也是目前应用最多的红外光学材料，在红外波段(3～5μm)具有良好的透过率，可用于热成像的窗口。玻璃作为微流控芯片的重要基材之一，具有非常好的透明性、化学稳定性、大范围的光吸收系数以及较好的生物兼容性等优点。

当进行光学检测时，硅无法透过可见光，较差的透光性限制了相关观测手段的应用。此外，由于相比其他材料更高的价格，硅基微流控芯片并未广泛应用于微流控研究领域。为充分利用硅基材料的红外光学性能和良好的化学惰性和热稳定性等优点，本发明提出一种兼具可视化和红外热成像功能的微流控芯片实验平台，实验平台所采用的单晶硅-玻璃键合芯片在确保了微流控芯片可视化优点的基础上，耐压强度更高、温控效果更好，在耐压夹具和温控平台的帮助下，可实现常压-30MPa、-100–600℃温压场条件下的观测。此外，通过与热成像仪联用，可准确获得芯片内部的相变和热传递过程，并与另一侧的可见光观测相耦合，方便开展如水合物生成与分解、地热开发、热采等研究。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种兼具可视化和红外热成像功能的微流控芯片实验平台，实验平台采用兼具可视化和热成像功能的单晶硅-玻璃微流控芯片实验平台，耐压强度更高、温控效果更好。

一种兼具可视化和红外热成像功能的微流控芯片实验平台，所述实验平台包括单晶硅-玻璃微流控芯片、耐压夹具、冷热台、相差显微镜、热成像仪和固定支架，单晶硅-玻璃微流控芯片与耐压夹具相连，耐压夹具固定在冷热台上，所述冷热台与固定支架连接，相差显微镜通过固定支架固定在所述单晶硅-玻璃微流控芯片正上方，热成像仪通过固定支架固定在冷热台正下方，所述相差显微镜、单晶硅-玻璃微流控芯片和热成像仪的成像通路保持在同一条铅垂线上。

进一步地，所述单晶硅-玻璃微流控芯片由一块厚度为0.5mm的硅基板和一块0.5mm厚的玻璃基板阳极键合而成，所述玻璃基板设置在硅基板上方。

进一步地，所述单晶硅-玻璃微流控芯片包括进液口、入口通道、第一入口匀流区、第二入口匀流区、芯片主体非均质区、第一出口匀流区、第二出口匀流区、出口通道和出液口。

进一步地，所述进液口、入口通道、第一入口匀流区、第二入口匀流区、芯片主体非均质区、第一出口匀流区、第二出口匀流区、出口通道和出液口均蚀刻于下层硅基板。