[发明专利]一种简易的微间隙易调节的微通道液滴三维生成方法

说明书

本发明公开了一种简易的微间隙易调节的微通道液滴三维生成方法，改变以往二维平面生成液滴的生成方式，选用玻璃毛细管充当侧通道，对称插入石墨棒，插入位置和深度可调节和控制，通过改变毛细管和石墨棒的位置可以实现在微缝隙下生成所需不同频率、不同尺寸的液滴。该工艺可以应用于微通道技术可控液滴生成等相关微通道三维流场可视化研究领域。

技术领域

本发明涉及一种新型微流控芯片的加工工艺，可以根据需求在不同位置生成不同尺寸的液滴。该工艺属于微通道可控液滴生成技术等相关三维流场可视化研究领域。

背景技术

液滴微流控技术是微流控技术的一个重要分支。这是近年来开发的操纵液滴的新技术，微流控是一种精确控制和操控微尺度流体的技术，尤其特指亚微米结构的技术。该技术是实现流体流动、传热、化学反应的技术与科学，广泛应用于生物、化工医药、能源、航空航天等领域，微流控技术同时具有生成速率快、反应时间短、混合充分、无交叉污染等特点，属于21世纪新兴技术，近年来国内外微流控技术发展较快，并得到应用。微流控核心技术内容包括：微通道结构的设计与制造、微纳尺度流体的驱动与控制、微流器件及系统的集成与封装。目前微通道制造材料以单晶硅、玻璃和高分子聚合物为主，近年来以高分子聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料加工微通道的方式成为微流控芯片制造的主要方式，但是随着微流控技术的飞速发展，出现越来越多的液滴生成需求，对于生成液滴的大小、间距、生成频率、生成位置等等都有更高的要求，目前现有的PDMS类型的微通道只能在一个已经制作完成的硅板上进行，但是硅板制造存在工艺复杂、造价高，并且分散相的位置不可更改等诸多缺点，这意味着若想改变通道结构，只能重新做一个新的硅板，这毫无质疑会产生对于资源极大的浪费，并且用硅板很难制造出20μm以下的微间隙来满足制备上的要求。

因此，本发明加工一种通过在透明硅胶圆管的两侧对称插入碳棒和毛细管来实现液滴生成的装置，并且碳棒和毛细管的相对于圆管的插入位置可调，两者间距也可调(最小能够实现10μm的间隙)从而实现对液滴生成大小、频率、位置的控制。

避免了目前传统的PDMS类型微流控芯片加工工艺在资源上的浪费，以及液滴在主通道中间的微小缝隙生成不会出现传统液滴生成过程中的沾壁现象，可以更加精准的控制和预测液滴生成过程的尺寸、间距以及频率。该方案简单可靠，加工成本低，普通生物实验室就可完成芯片加工，具有一定的科研和应用价值。

发明内容

本发明主要针对传统毛细管生成液滴的PDMS芯片进行改造，通过应用硅胶圆管(1)作为主通道，插入毛细管(3)作为分散相，对称插入圆柱碳棒(2)实现液滴生成的微小缝隙可调，以及避免沾壁现象，从而根据不同需求在不同位置生成所需的不同尺寸和频率的液滴，发明了一种新型的微流控芯片的制作方法。该工艺可以应用于微通道技术可控液滴生成等相关微通道三维流场可视化研究领域。

传统的PDMS微流控芯片的加工过程如下：

首先通过光刻法在光滑的硅片上加工出用于浇注微通道的凸模；主通道与侧通道已经刻画在硅片上，液态的将PDMS(聚二甲基硅氧烷)预置剂A溶液和凝固剂B溶液按照10:1的比例进行混合均匀，将混合后PDMS溶液浇铸在刻有微通道的凸模上，然后进行烘烤固化，取下固化后的PDMS上层模型；将毛细管放置在已经刻画好的侧通道上，然后将没有任何通道固化后PDMS下层底板模型和有通道的PDMS上层模型键合在一起，形成密闭的微流控通道芯片，根据需要将芯片整体切割完成加工。该方式加工而成的通道可使用显微镜对通道正面进行观察研究。但是一个模板只能加工出一种通道，生成的液滴会被固定于同一个范围之内。

在上述技术方案的基础上，本发明的制作微流控芯片的加工工艺流程如下：

第一步:硅胶圆管打对称的孔

通道选用透明的外径1.1mm、内径1mm的硅胶圆管(1)，使用直径为300μm的针(5)在适当位置贯穿插入后在圆管通道上打出对称的小孔，如图1所示。

第二步：石墨柱和玻璃毛细管对称插入