[发明专利]一种微流控芯片及其应用

说明书

本申请公开了一种微流控芯片装置，所述微流控芯片装置包括垂直叠加的多个液滴生产芯片层；所述液滴生产芯片层平行分布；所述液滴生产芯片层包括至少一个液滴生成再分裂处理单元；所述液滴生成再分裂处理单元包括一个液滴生成单元、与各个所述液滴生成单元配套的分裂单元和一个流体出口；在所述液滴生成单元，分散相被连续相切割成第0级液滴；在所述分裂单元，所述第0级液滴被分成第N级液滴，N为≥1的任意正整数。该微流控芯片可规模制备液滴，具体涉及到具有大量液滴生成和分裂单元的微流控芯片用于微小液滴以及SiO₂微球的制备。

技术领域

本申请涉及一种可规模制备液滴的微流控芯片，属于微流控技术领域。

背景技术

随着生物制药、食品安全、医疗诊断、高效分离、电子工程、国防科技等的快速发展，对微纳米微球材料的性能和制备技术提出了更严格的要求。微米微球的关键性能决定于微球尺寸、分布、形态、均一性、孔分布、材料组成等。这些性能状态与微球材料制备技术密切相关。传统微球制备技术在可控制备均一微球方面力有不逮，而基于微流体控制技术的微流控芯片技术，能够在微、纳米尺度空间操控流体，已成为制备单分散微纳型功能微球材料的有力工具。微流控芯片技术是比较新的一种制备液滴及其微球的方法，一般过程是先利用流体切割和分散技术制得单分散液滴，然后采用各种固化方法将液滴固化，以制备单分散微球和微胶囊。

一般来讲，微流控芯片通道尺度为几十到几百微米，其单个通道的流体处理量一般为微升/分钟量级，难以满足大规模的微球材料的制备。为了提高芯片的流体处理量，一般采用所谓数字放大的方式，通过增加平行通道单元数量的方法来实现。例如，加拿大多伦多大学的Kumacheva等，通过在一个芯片上平行增加液滴处理单元来提高芯片的处理能力；法国巴黎综合理工大学的Charles等，通过在一个圆弧上了设计许多平行的通道用来提高芯片的处理通量；日本东京工业大学的Nisisako等通过在圆上设计完全对称的液滴生成单元实现的液滴的规模生成；沙特阿卜杜拉国王科技大学的Conchouso等采用多层芯片液滴生成技术实现了一定规模的液滴制备。这些方法只是简单的通过增加液滴生产单元来提高液滴产量，很容易导致芯片结构和微流体控制过于复杂，使芯片加工可行性和流体可控性不佳。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种微流控芯片装置，该微流控芯片可规模制备液滴，具体涉及到具有大量液滴生成和分裂单元的微流控芯片用于微小液滴以及SiO₂微球的制备。该芯片可以用于单分散液滴及SiO₂微球的规模制备。

现有技术中，可规模制备液滴的微流控芯片的设计基于增加液滴生成单元，包括在平面空间内设置多个液滴生成单元和三维空间内设置多层芯片来实现，只是简单的通过液滴生成单元来提高液滴产量，导致芯片结构和微流体控制过于复杂，使芯片加工可行性和流体可控性不佳。本申请，结合了多层和多个液滴生产单元的技术方案，并进一步在液滴生成单元的基础上，引入了液滴分裂单元，以达到平分液滴，产生粒径均一的大量液滴的目的。目前，尚未报道结合多层和多个液滴生成单元，进一步引入液滴分裂单元的技术方案。亚克力塑料芯片的封接一般采用较高温度(80 度以上)通过直接热压来完成，封接造成通道深度降低50微米以上，容易堵塞通道，可控性差。总之，微流控芯片规模制备液滴，涉及微流体的流体力学和生成液滴的均一性，目前复杂微流控芯片的多层无损封接方法没有被报道。因此，能够实现本申请技术方案的关键在于，如何实现本申请中的结合多层和多个液滴生产单元并引入液滴分裂单元的微流控的封接问题。封接的问题包括：如何实现复杂微流控芯片的无损封接；如何实现复杂微流控芯片的流体可控性；如何实现复杂微流控芯片的准确封接。

本申请所使用的微流控芯片装置以液滴生成后再分裂的液滴处理单元结构为基础，通过在单片芯片上构造许多单元，并可进一步通过多层封接技术组合封接多层芯片来进一步增加单元结构数量，实现大规模液滴芯片的制备，将之用于单分散液滴及SiO₂微球的规模制备，具有简单、高效的特点。

所述微流控芯片装置，其特征在于，所述微流控芯片装置包括垂直叠加的多个液滴生产芯片层；