[发明专利]微流控芯片管道内部加热条件控制液体定向流动方法

权利要求书

1.微流控芯片管道内部加热条件控制液体定向流动方法，其特征在于：包括微流控芯片，加热装置；通过加热电源对芯片中的加热微管道进行加热，通过调节电压实现对芯片微流体管道中的温度控制，使得加热管道壁面温度呈预定空间分布，即能够对微流体芯片内微流体管道的流场及温度进行有效地控制；在此基础上，通过调节限制加热管道和微流体管道的几何位置结构，使具有周期性变化，进而调控液体在微通道管道内中的流动，实现控制液体定向流动；

调节限制加热管道和微流体管道的几何位置结构，使具有周期性变化，进而调控液体在管道中的流动，实现控制液体定向流动，具体结构和实现方法为：加热管道和微流体通道皆为周期性几何结构；当所述加热管道的位置与微流体管道最宽流道的位置具有相位差，流体在涡流的附近同时存在一部分的定向流动；通过调节相位调控液体定向流动增减、出现或消除；若加热管道的位置与微流体管道最宽流道的位置之间不存在相位差，在微流体管道内，流体产生占据整个流道的涡流的流场分布，从而没有流体的定向流动；因此，调节限制加热管道和微流体管道的几何位置结构，使加热管道与微流体管道最宽流道的中心位置相位差为π/2，在微流体管道中，少数涡流只出现在管道的上半部分，而在微流体管道的下半部分，流体呈由入口至出口的定向流动，并无涡流分布，即调控液体在微通道管道内中的流动，实现控制液体定向流动；

制作及工作方法为，

步骤一：根据微纳米尺度下的生物化学反应提供反应环境需求，设计微流控芯片内管道的结构，使具有周期性变化；按照设计微流控芯片内管道的结构制作掩膜，并制作得到含有设计的微流控芯片内管道结构的硅片；通过倒模的方式将硅片的图案印制，成为微流控芯片PDMS管道，而后将其切割，并利用等离子处理技术将其与玻璃片键合得到所需结构的微流体芯片；

步骤二：将微流体芯片与加热装置结合；加热管道和微流体通道皆为周期性几何结构；将整个微流体芯片放置于加热盘之上，将液态合金注入至加热管道入口处，而后进行加热；合金液态化并流入加热管到内部，待液体合金从加热管道出口处冒出时，将整个微流控芯片移出加热盘，并将导线插入至加热管道入口与出口处，与合金接触，在合金冷却的过程中，导线也与固化的合金进行相连，最后将导线与加热电源正负极相连，便完成微流体芯片和加热装置的结合，即制作出所述微流控芯片管道内部加热条件控制液体定向流动装置，包括微流控芯片及加热装置；所述微流控芯片内包含加热管道和被加热的微流体管道；加热管道内注入液态金属导电性优良的液体，被加热的流体管道内注入被加热的流体；加热管道的入口和出口通过导线与加热电源连接，开通电源并设置电压或电流，使得加热管道中的金属通过焦耳效应释放热能，从而对被加热管道进行加热，从而有效控制微流体芯片中被加热的微流体管道内流体的温度；根据反应环境需求，在步骤一设计微流控芯片内管道的结构时，预先调节限制加热管道和微流体管道的几何位置结构，结合改变电源电压，调控液体在微流体管道内中的流动，实现控制液体定向流动；

随着加热电源热耗率的增加流量呈现线性增加，得到流量v与加热电源热耗率P的关系：v～P；随着微流体管道最宽处长度占比的增加流量呈现负指数幂的规律减小,得到流量v与微流体管道最宽处长度占比λ的关系:v～λ^-2.813；因此，得到流量v与加热电源热耗率P和微流体管道最宽处的长度占比λ的关系：v～Pλ^-2.813，在改变电源热耗率以及微流体管道内最宽处长度占比时，通过此关系对微流体管道内的流体流量进行初步预测。

2.如权利要求1所述的微流控芯片管道内部加热条件控制液体定向流动方法，其特征在于：在加热管道周期性变化的情况下，液体管道壁面的温度分布也呈现对应的周期性变化，在加热管道的加热作用下，通过控制微流体通道内的流体的温度，实现微纳米尺度下的流体温度控制。

3.如权利要求2所述的微流控芯片管道内部加热条件控制液体定向流动方法，其特征在于：利用所述微流控芯片管道内部加热条件控制液体定向流动装置，为各种需要温度环境下的微纳米尺度下的生物化学反应提供反应环境，根据反应环境需求，调节限制加热管道和微流体管道的几何位置结构或者改变电源电压，进而调控液体在微流体管道内中的流动，实现控制液体定向流动。