一種用于生成球狀微氣泡的微流控芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種微流控芯片，尤其涉及一種生成球狀微米量級氣泡的微流控芯片，屬于流體機械領域。
【背景技術】
[0002]近年來，微米量級氣泡因其具有的獨特流體力學特性和尺度效應，在醫學、石油、環境、采礦、化工、動力、冶金、核能等領域獲得了廣泛應用。尤其在生物醫學領域，各種基于微氣泡的超聲測量技術、藥物靶向輸送及基因介導治療技術獲得了迅速發展。生成的微氣泡大小、穩定性等都會影響其在各個領域應用的效果。因此，深入研究微氣泡的形成機理和流動特性，能夠奠定微氣泡在多領域實際應用的的理論基礎。
[0003]隨著國內外學者對微氣泡的深入研究，出現了越來越多的微氣泡制備技術，如:同軸靜電霧化法、超聲空化法、乳化法、冷凍干燥法、霧化法、高壓均質法、界面聚合法和微流元件法等。微流元件法也就是采用微流控芯片制備微氣泡，是比較新的方式，這種方式可以通過精確的控制液體與氣體從而控制氣泡的結構、成分及尺寸，由于制備的每一個氣泡的方式幾乎一致，可以保證微氣泡的尺寸和多分散性。
[0004]但是采用微流控芯片制備微米量級氣泡的過程中，由于現有微流控芯片內微通道結構的限制，實驗過程中通過控制液體與氣體獲得微氣泡的過程比較漫長而且繁瑣，不易操作，且生成的微氣泡為扁平狀而非立體球狀微氣泡。而球狀微氣泡更適用于微氣泡流動特性和運動機理的進一步研究和分析。因此，針對現有微流控芯片內通道結構的不足。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是針對現有微流控芯片生成微氣泡過程中的不足，提供了一種新的微流控芯片。該微流控芯片對芯片內微通道進行改進，對微通道的結構重新進行設計，改變通道各部分的尺寸。由此達到實驗過程中通過簡單操作便可生成比現有尺寸更小的微米量級球狀微氣泡的目的。
[0006]為了實現上述實用新型目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0007]本實用新型由第一芯片和第二芯片鍵合而成，其中第一芯片內有兩條液體微通道，一條氣體微通道、微氣泡生成通道和微氣泡輸出通道，兩條液體微通道和氣體微通道交界處存在一定角度的夾角；第二芯片內有與第一芯片結構尺寸相同的液體微通道、氣體微通道和微氣泡輸出通道，但沒有微氣泡生成微通道。
[0008]進一步說，微流控芯片長40mm，寬20mm，每片芯片內兩條液體微通道尺寸相同，液體微通道的寬30μπι;氣體微通道寬40μπι，微氣泡輸出通道寬ΙΟΟμπι，液體微通道、氣體微通道刻蝕深度均為20μηι，微氣泡輸出通道刻蝕深度40μηι，微氣泡生成通道寬ΙΟμπι，刻蝕深度10μm;微氣泡生成通道刻蝕相同的寬和深度構成正方形的面，液體微通道與氣體微通道之間的夾角為70°。
[0009]本實用新型與現有技術相比，具有的有益效果是:
[0010]1、現有微流控芯片內微通道的結構均是單面刻蝕，生成的微氣泡是圓餅狀二維氣泡。本實用新型提出微流控芯片由不同微通道結構的第一芯片和第二芯片2鍵合而成，芯片內液體通道、氣體通道、微氣泡生成通道和微氣泡輸出通道的寬度、刻蝕深度均有所不同，特別是第一芯片內刻蝕有微氣泡生成通道，寬ΙΟμπι，深度ΙΟμπι，側面剖視微氣泡生成通道是一個正方形的截面;第二芯片未刻蝕出微氣泡生成通道，其他通道的寬度深度等尺寸均與芯片一相同。內微通道結構與尺寸改進后的微流控芯片可生成立體球狀微米量級微氣泡，突破了微流元件生成的微氣泡在結構形狀方面的局限性。
[0011]2、針對現有的液體微通道與氣體微通道之間的垂直結構在實驗過程中帶來的弊端，提出將液體微通道與氣體微通道之間的角度改為70°夾角的改進。微氣泡生成實驗過程中，液相由兩側流出，對氣體產生夾流聚焦的效果，氣相受到來自兩側液相的對稱剪切力作用，破碎生成氣泡，改進后的微通道結構相比原來的結構，微氣泡的生成過程更為穩定，生成微氣泡大小的可控范圍更寬，能生成直徑小于氣體微通道尺寸的微氣泡。
[0012]3、本實用新型通過改變微流控芯片內微通道的結構，調節微通道各部分不同尺寸，采用該微流控芯片用于生成微米量級微氣泡的實驗過程中，操作更加簡便，并且生成的微氣泡直徑可控范圍更大，能生成更小直徑的微氣泡，最小直徑約20μπι。生成的微氣泡是立體球狀氣泡，球狀微氣泡更適用于微氣泡運動機理及流動特性的進一步研究。
【附圖說明】
[0013]圖1是微流控芯片中的第一芯片俯視示意圖；
[0014]圖2是微流控芯片中的第二芯片俯視示意圖；
[0015]圖3是微流控芯片側面剖視圖；
[0016]圖中:1、液體注入通道，2氣體注入通道，3、液體注入通道，4微氣泡生成通道，5、微氣泡輸出通道，6、第一芯片，7、第二芯片。
【具體實施方式】
[0017]如圖1-3所示，以PDMS為材料制作而成的微流控芯片為實例，本實用新型的具體實施方案為:
[0018]微流控芯片，長方體，長40mm，寬20mm，高5mm，由第一芯片6和第二芯片7鍵合而成，芯片表面采用光刻蝕技術刻蝕出微通道，第一芯片包括液體注入通道1、3，通道寬30μπι，深度2(^111，氣體注入通道2，通道寬4(^1]1，深度2(^1]1，液體通道1、3與氣體通道2交界處斜角設計，夾角為70°，微氣泡生成通道4，通道長40μηι，通道寬ΙΟμπι，深度ΙΟμπι，微氣泡生成通道側面剖視可構成邊長為ΙΟμπι的正方形，微氣泡輸出通道5，通道寬ΙΟΟμπι，深度40μηι。第二芯片液體通道、氣體通道及微氣泡輸出通道與第一芯片結構尺寸均相同，未刻蝕出第一芯片中的微氣泡生成通道4。由第一芯片和第二芯片鍵合而成的微流控芯片，微氣泡生成通道截面是正方形結構，液體、氣體通道和微氣泡生成輸出通道的深度不同，可生成立體的球狀微氣泡。液體通道與氣體通道交界處夾角的改進使實驗過程中生成微氣泡操作更加簡單快速。
[0019]采用PDMS制作而成的微流控芯片進行微氣泡生成實驗時，由于PDMS材質具有彈性，而且toms微流控芯片上下兩層是牢牢粘結在一起的。因此使用之前只需要將配備的平頭針頭輕輕的插入芯片中，針頭的另一端與塑料軟管相連接。然后，通過醫用注射器低流速下向芯片內注入乙醇沖洗微通道，沖洗幾分鐘后再用去離子水沖洗微通道，幾分鐘后向微通道通入空氣，將芯片中流體排擠出來，此后PDMS芯片處于備用狀態。
[0020]實驗過程中，將與微通道1、3相連的塑料軟管與醫用注射器相連，醫用注射器內注滿5ml的去離子水，將兩個醫用注射器裝置于精密注射栗上，用注射栗推進注射器向液體通道內以一固定流量注入液體，與氣體通道2的相連的塑料軟管與醫用注射器裝置于另一臺精密注射栗上，醫用注射器內吸滿5ml空氣，設置氣體流量，用注射栗推進氣體。芯片另一端微氣泡輸出通道插入平頭針頭連接塑料軟管接入微氣泡接收裝置中。微流控芯片放置于倒置顯微鏡下，可以觀察到微氣泡生成的過程。采用高速攝像機可以記錄下不同時刻微氣泡生成過程中的不同形態。同時，實驗中，可以調節不同的液體流量和氣體流量，使用不同粘度的液體，如硅油、液態蠟等，或者使用不同的氣體，如氮氣等，可以控制微氣泡生成的速度、生成的微氣泡數量及大小。本實用新型所述的微流控芯片涉及的尺寸較小，可以產生直徑約20μπι的球狀微氣泡。
[0021]綜上，本實用新型對芯片內微通道進行設計和改進，使實驗過程簡單易操作，生成的微氣泡直徑更小且為立體球狀
[0022]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種用于生成球狀微氣泡的微流控芯片，其特征在于:由第一芯片和第二芯片鍵合而成，其中第一芯片內有兩條液體微通道，一條氣體微通道、微氣泡生成通道和微氣泡輸出通道，兩條液體微通道和氣體微通道交界處存在一定角度的夾角；第二芯片內有與第一芯片結構尺寸相同的液體微通道、氣體微通道和微氣泡輸出通道，但沒有微氣泡生成微通道。2.根據權利要求1所述的用于生成球狀微氣泡的微流控芯片，其特征在于:微流控芯片長40mm，寬20mm，每片芯片內兩條液體微通道尺寸相同，液體微通道的寬30μηι；氣體微通道寬40μπ?，微氣泡輸出通道寬ΙΟΟμ??，液體微通道、氣體微通道刻蝕深度均為20μπ?，微氣泡輸出通道刻蝕深度40μπ?，微氣泡生成通道寬ΙΟμ??，刻蝕深度ΙΟμ??;微氣泡生成通道刻蝕相同的寬和深度構成正方形的面，液體微通道與氣體微通道之間的夾角為70°。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于生成球狀微氣泡的微流控芯片。本實用新型由第一芯片和第二芯片鍵合而成，其中第一芯片內有兩條液體微通道，一條氣體微通道、微氣泡生成通道和微氣泡輸出通道，兩條液體微通道和氣體微通道交界處存在一定角度的夾角；第二芯片內有與第一芯片結構尺寸相同的液體微通道、氣體微通道和微氣泡輸出通道，但沒有微氣泡生成微通道。本實用新型突破了微流元件生成的微氣泡在結構形狀方面的局限性。
【IPC分類】B01L3/00, B01F13/00
【公開號】CN205361202
【申請號】CN201620004350
【發明人】項素娟, 包福兵, 凃程旭, 林建忠
【申請人】中國計量學院
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2016年1月6日