[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

说明书

本发明公开的微流控芯片管道内部加热条件控制液体定向流动方法，属于微流控芯片控制液体定向流动领域。本发明包括微流控芯片，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，加热管道和微流体管道皆为周期性几何结构，使加热管道与微流体管道最宽流道的中心位置的相位差为π/2，进而调控液体在微流体管道内的流动，实现控制液体定向流动。本发明能够用于对于单细胞尺度(即微米尺度)的温度控制。

技术领域

本发明属于微流控芯片控制液体定向流动领域，涉及一种微流控芯片内部物理环境的液体定向流动控制装置。

背景技术

微流控技术是近年来兴起的主要应用于生物医学领域的技术，尤其是集成式的微流控装置，将流动控制与温度控制等其他功能模块集成设计并囊括至一块芯片内，实现了生物医学组分的高效制备与调控，在该领域有巨大的应用和发展价值。芯片的内嵌加热系统可实现例如PCR、细胞加热等功能，同时，在流体力学理论研究领域，对于容器壁面的加热可导致流体的Rayleigh-Benard不稳定的产生，在流场内形成具有一定图纹的涡流分布，因此加热技术在一定程度上可控制液体的流动，对于基础流体研究领域也同样重要。常用的加热方法包括了基于焦耳热效应的加热，微波加热等。例如Vigolo在微流控芯片中，在所需加热的管道周围围绕了含有液态金属的加热管道，实现了所需加热管道的均匀加热。Shah通过微波的方式在毫米管道内实现了温度梯度，且温度变化距离在毫米尺度。以上方法虽然实现了流道内温度的控制，但控制技术限于均匀加热，或尺度较大的温度分布，难以实现微尺度空间分辨率的温度分布调控。随着分子生物学的发展，对于单细胞尺度的物理调控技术提出了更高要求，现有的微流控内嵌控温技术难以满足微尺度单细胞温度调控，同时也难以满足由微尺度温度空间分布引起的流体力学现象的研究。

与此同时，微管道内的流体驱动技术，是一切微流控技术的必要组成部分。现有的流体驱动技术集中在压力驱动和流量驱动，相应的会运用压力泵和流量泵。但泵送技术往往具有造价较高、设备质量和体积过大等缺点，使得微通道内的液体驱动技术多局限于实验室，难以实现便携化普及。

发明内容

为了解决微尺度下的物理调控中可能出现的技术问题，本发明公开的微流控芯片管道内部加热条件控制液体定向流动方法，通过调节电压实现对芯片微流体管道中的温度控制，使得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。与此同时，通过调节限制管道壁面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。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明公开的微流控芯片管道内部加热条件控制液体定向流动方法，包括微流控芯片，加热装置。通过加热电源对芯片中的微流体管道进行加热，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。