可生成油‑水‑油和水‑油‑水两种液滴的微流控芯片

摘要

本发明涉及一种可生成油‑水‑油和水‑油‑水两种液滴的微流控芯片，包括第一疏水层、第二疏水层、第一亲水层、第二亲水层；第一疏水层的表面贯通开设有第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔；第二疏水层的表面贯通开设有第五通孔、第六通孔、第七通孔、第八通孔；第二疏水层的上表面左部开设有第一微通道单元，右部开设有第二微通道单元；第一亲水层的表面贯通开设有第九通孔、第十通孔、第十一通孔、第十二通孔；第一亲水层的下表面开设有十字形通道。本发明解决了目前尚无一种集成两种或两种以上材料的既能够制备油‑水‑油液滴又能够制备水‑油‑水液滴的微流控芯片的问题。本发明适用于生物检测、药物筛选、细胞研究和材料合成等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片，具体是一种可生成油-水-油和水-油-水两种液滴的微流控芯片。

背景技术

微流控芯片是把生物和化学等领域中涉及到的样品制备、分离、混合、反应及检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米（甚至更小）的芯片上，依靠芯片上微管道、微阀、储液器、微电极、微检测元件和连接器等功能器件控制流体贯穿整个系统，用以取代常规生物或化学实验室各种功能的一种技术平台，因此又被称为片上实验室（lab-on-a-chip）。微流控芯片能够把常规实验的采样、稀释、浓缩、混合、分离、反应和检测等进行功能一体化、微型化、快速化和便携化等。

液滴微流控芯片采用非连续流技术，生成高度单分散的纳升级至飞升级液滴，并以液滴为单元开展相关研究。相比连续流微流控芯片，液滴微流控芯片克服了交叉污染的缺点，并使得高效快速的平行检测和实验成为可能，可实现高通量检测。液滴微流控芯片在生物检测、药物筛选、细胞研究和材料合成等领域具有广阔的应用潜力。

通过对现有技术的检索发现，水-油-水和油-水-油两种液滴的制备均可以利用双“T”型结构（Okushima S et al, Langmuir 20:9905-9908）和双“十”型结构（Abate AR et al, Lab Chip 11:253-258）。芯片的内表面的亲水和疏水性质对液滴的形成和稳定有着非常重要的作用，水-油液滴的形成需要芯片的内表面具有疏水性，而油-水液滴的形成需要芯片的内表面具有亲水性。因此，制备水-油-水液滴芯片的前半部分需要疏水表面，而后半部分需要亲水表面；制备油-水-油液滴芯片的前半部分需要亲水表面，而后半部分需要疏水表面。

目前制备水-油-水和油-水-油两种液滴的芯片一般采用一种材料，单一材料的表面亲疏水性质是固定的，这就需要对其表面进行改性，由此带来如下问题：其一，表面改性的过程比较繁琐，而且还要在改性过程中对不需要改性的部分进行保护。其二，经过表面改性的表面亲疏水性质随着时间的推移会慢慢恢复到原来固有的亲疏水性质。因此，倘若发明一种集成两种或两种以上材料的既能够制备油-水-油液滴又能够制备水-油-水液滴的微流控芯片，则可以有效克服上述问题。然而目前并无这样一种液滴微流控芯片。

发明内容

本发明为了解决目前尚无一种集成两种或两种以上材料的既能够制备油-水-油液滴又能够制备水-油-水液滴的微流控芯片的问题，提供了一种可生成油-水-油和水-油-水两种液滴的微流控芯片。

本发明是采用如下技术方案实现的：

可生成油-水-油和水-油-水两种液滴的微流控芯片，包括第一疏水层、第二疏水层、第一亲水层、第二亲水层；

其中，第一疏水层、第二疏水层、第一亲水层、第二亲水层自上而下依次层叠在一起；

第一疏水层的表面贯通开设有第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔；

第二疏水层的表面贯通开设有第五通孔、第六通孔、第七通孔、第八通孔；

第二疏水层的上表面左部开设有第一微通道单元；所述第一微通道单元包括第一圆形凹孔、矩形通道、长直通道；矩形通道环绕第一圆形凹孔设置，且矩形通道的左侧边中部凸出形成有第二圆形凹孔；长直通道与矩形通道的右侧边中部垂直交叉连通；长直通道的左端与第一圆形凹孔连通；长直通道的右端与第五通孔连通；

第二疏水层的上表面右部开设有第二微通道单元；所述第二微通道单元包括U形通道；U形通道环绕第六通孔设置，且U形通道的开口朝左；U形通道的右侧边中部凸出形成有第三圆形凹孔；U形通道的两端分别与第七通孔和第八通孔连通；

第二圆形凹孔位于第一通孔的正下方；第一圆形凹孔位于第二通孔的正下方；第六通孔位于第三通孔的正下方；第三圆形凹孔位于第四通孔的正下方；

第一亲水层的表面贯通开设有第九通孔、第十通孔、第十一通孔、第十二通孔；

第一亲水层的下表面开设有十字形通道；十字形通道的四端分别与第九通孔、第十通孔、第十一通孔、第十二通孔连通；第九通孔位于第五通孔的正下方；第十通孔位于第六通孔的正下方；第十一通孔位于第七通孔的正下方；第十二通孔位于第八通孔的正下方。

具体工作过程包括：一、油-水-油液滴的形成过程：水相依次经第四通孔、第三圆形凹孔流至U形通道，然后经U形通道分为两支：第一支依次经第七通孔、第十一通孔流至十字形通道，第二支依次经第八通孔、第十二通孔流至十字形通道。第一路油相依次经第三通孔、第六通孔、第十通孔流至十字形通道，然后与水相混合形成油-水液滴。油-水液滴依次经第九通孔、第五通孔流至长直通道。第二路油相依次经第一通孔、第二圆形凹孔、矩形通道流至长直通道，然后与油-水液滴混合形成油-水-油液滴。油-水-油液滴依次经第一圆形凹孔、第二通孔向外流出。二、水-油-水液滴的形成过程：油相依次经第一通孔、第二圆形凹孔、矩形通道流至长直通道。第一路水相依次经第二通孔、第一圆形凹孔流至长直通道，然后与油相混合形成水-油液滴。水-油液滴依次经第五通孔、第九通孔流至十字形通道。第二路水相依次经第四通孔、第三圆形凹孔流至U形通道，然后经U形通道分为两支：第一支依次经第七通孔、第十一通孔流至十字形通道，第二支依次经第八通孔、第十二通孔流至十字形通道。第二路水相与水-油液滴在十字形通道中混合形成水-油-水液滴。水-油-水液滴依次经第十通孔、第六通孔、第三通孔向外流出。

基于上述过程，本发明所述的可生成油-水-油和水-油-水两种液滴的微流控芯片通过采用集成两种材料的全新结构，不仅能够制备油-水-油液滴，而且能够制备水-油-水液滴，由此有效克服了表面改性带来的各种问题。

本发明有效解决了目前尚无一种集成两种或两种以上材料的既能够制备油-水-油液滴又能够制备水-油-水液滴的微流控芯片的问题，适用于生物检测、药物筛选、细胞研究和材料合成等领域。

附图说明

图1是本发明中第一疏水层的结构示意图。

图2是本发明中第二疏水层的结构示意图。

图3是本发明中第一亲水层的结构示意图。

图中：1-第一疏水层，2-第二疏水层，3-第一亲水层，4-第二亲水层，101-第一通孔，102-第二通孔，103-第三通孔，104-第四通孔，201-第五通孔，202-第六通孔，203-第七通孔，204-第八通孔，205-第一圆形凹孔，206-矩形通道，207-长直通道，208-第二圆形凹孔，209-U形通道，210-第三圆形凹孔，301-第九通孔，302-第十通孔，303-第十一通孔，304-第十二通孔，305-十字形通道。

具体实施方式

可生成油-水-油和水-油-水两种液滴的微流控芯片，包括第一疏水层1、第二疏水层2、第一亲水层3、第二亲水层4；

其中，第一疏水层1、第二疏水层2、第一亲水层3、第二亲水层4自上而下依次层叠在一起；

第一疏水层1的表面贯通开设有第一通孔101、第二通孔102、第三通孔103、第四通孔104；

第二疏水层2的表面贯通开设有第五通孔201、第六通孔202、第七通孔203、第八通孔204；

第二疏水层2的上表面左部开设有第一微通道单元；所述第一微通道单元包括第一圆形凹孔205、矩形通道206、长直通道207；矩形通道206环绕第一圆形凹孔205设置，且矩形通道206的左侧边中部凸出形成有第二圆形凹孔208；长直通道207与矩形通道206的右侧边中部垂直交叉连通；长直通道207的左端与第一圆形凹孔205连通；长直通道207的右端与第五通孔201连通；

第二疏水层2的上表面右部开设有第二微通道单元；所述第二微通道单元包括U形通道209；U形通道209环绕第六通孔202设置，且U形通道209的开口朝左；U形通道209的右侧边中部凸出形成有第三圆形凹孔210；U形通道209的两端分别与第七通孔203和第八通孔204连通；

第二圆形凹孔208位于第一通孔101的正下方；第一圆形凹孔205位于第二通孔102的正下方；第六通孔202位于第三通孔103的正下方；第三圆形凹孔210位于第四通孔104的正下方；

第一亲水层3的表面贯通开设有第九通孔301、第十通孔302、第十一通孔303、第十二通孔304；

第一亲水层3的下表面开设有十字形通道305；十字形通道305的四端分别与第九通孔301、第十通孔302、第十一通孔303、第十二通孔304连通；第九通孔301位于第五通孔201的正下方；第十通孔302位于第六通孔202的正下方；第十一通孔303位于第七通孔203的正下方；第十二通孔304位于第八通孔204的正下方。

所述第一疏水层1、第二疏水层2均采用聚二甲基硅氧烷制成；所述第一亲水层3、第二亲水层4均采用玻璃制成。

所述矩形通道206、U形通道209均带有圆角。

所述第一通孔101、第二通孔102、第三通孔103、第四通孔104、第五通孔201、第六通孔202、第七通孔203、第八通孔204、第九通孔301、第十通孔302、第十一通孔303、第十二通孔304均为圆形通孔。

所述第一疏水层1的厚度、第二疏水层2的厚度、第一亲水层3的厚度、第二亲水层4的厚度均为2mm；所述矩形通道206的宽度、长直通道207的宽度、U形通道209的宽度、十字形通道305的宽度均为0.2mm。

所述圆角的半径为0.5mm。

所述第一圆形凹孔205的半径、第二圆形凹孔208的半径、第三圆形凹孔210的半径均为0.2mm。

所述第一通孔101的半径、第二通孔102的半径、第三通孔103的半径、第四通孔104的半径均为0.5mm；所述第五通孔201的半径、第六通孔202的半径、第七通孔203的半径、第八通孔204的半径、第九通孔301的半径、第十通孔302的半径、第十一通孔303的半径、第十二通孔304的半径均为0.2mm。

以上公开仅为本发明的具体实施例，并不构成对本发明保护范围的限制，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的整体构思前提下，依据本发明技术方案所作的无需经过创造性劳动的变化和替换，都应落在本发明的保护范围之内。