[发明专利]仿生密封微结构阵列、微流控器件及其制造方法

说明书

本发明公开了一种仿生密封微结构阵列、微流控器件及其制造方法，仿生密封微结构阵列包括多个微结构，所述微结构具有第一接触部以及第二接触部，所述第一接触部用于与第一流体相接触，所述第二接触部用于与第二流体相接触；其中，多个所述微结构阵列排布在所述第一流体和所述第二流体的交汇区域而使所述第一流体和所述第二流体之间形成分界面。本发明通过将多个微结构阵列排布在交汇区域，使得第一流体和第二流体在流经交汇区域时会填充于多个微结构之间的间隙中而形成稳定的分界面，从而实现密封功能，并且能在该分界面处进行物质和/或能量的交换，进而能为新型、复杂功能的微流控器件如微换热器、微过滤器等提供基础技术的支撑。

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，特别地，有关于一种仿生密封微结构阵列、微流控器件及其制造方法。

背景技术

微流控是一种起源于微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)的对微纳尺度流体进行操控的技术，其拥有体积小、速度快、精度高等诸多优点，已被广泛应用于各领域不同的微型器件内，这些器件统称为微流控芯片。受微流体工作原理的限制，目前微流控芯片主要借助物理或化学手段将芯片与基材固连形成全封闭结构，在这个基础上流体相被分配入不同通道而被完全阻隔，不同流体相之间的能量和物质传递都受到限制。

对于微流控芯片和其他微流控系统中的密封问题，现有技术主要聚焦在两个方面，其一方面是通过将微流控器件的主体部分与底板或者其他部分连接，从而可以实现微流控器件的设计部分(如PDMS等材料制成)和底板部分(如玻璃等材料制成)之间的密封，在工作流体充入微流控器件时，不会泄漏到微流控芯片以外区域，但是这类技术只关注了微流控芯片相对于外界的密封和泄漏问题，微流控芯片本身内部各工作流体相之间的相互作用状态没有被关注；另一方面是关注到微流控芯片内部各工作流体相之间可能发生的掺混和扩散问题，因此在设计微流控芯片时，将各个流道通过器件的固定壁面完全隔离开，也即各个流道相互独立，这种封闭式的密封虽然能阻止各相流体之间相互作用，但同时也使得各相流体之间的物质和能量传递无法实现，利用两相流体相互作用原理设计的新型微流控器件的开发将不能实现。

以自然界中存在的生物的生理结构和功能为参照，来进行人类生产生活的科学被称为仿生学。研究发现，自然界中确有像荷叶、槐叶萍表面和水蜘蛛、跳虫体毛上的微结构等能有效分离气、液两相的特殊润湿性结构，现有技术中有鉴于此研究出仿生超疏水表面结构的设计以及其制备工艺，但这些结构不论是从设计还是制造工艺都局限在器件的表面，其功能也只是隔绝水或者其他流体相侵入微结构内部，只具有耐受流体压力的功能，无法应用到流体密封上，也难以整合和应用到微流控器件中。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生密封微结构阵列、微流控器件及其制造方法，以解决目前微流控器件内部的工作流体之间无法进行密封，或者只能用壁面完全阻隔两相流体而不能让两相流体进行物质和能量交换的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种仿生密封微结构阵列，包括多个微结构，所述微结构具有第一接触部以及第二接触部，所述第一接触部用于与第一流体相接触，所述第二接触部用于与第二流体相接触；其中，多个所述微结构阵列排布在所述第一流体和所述第二流体的交汇区域而使所述第一流体和所述第二流体之间形成分界面。

本发明的实施方式中，所述交汇区域的两侧对称设置有用于输送第一流体的第一通道以及用于输送第二流体的第二通道。

本发明的实施方式中，多个所述微结构沿所述第一流体和所述第二流体的输送方向排布在所述交汇区域。

本发明的实施方式中，相邻两所述微结构之间的间距为5μm～500μm。