專利名稱：一種微混合檢測芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流控芯片，特別涉及一種集液體混合、檢測于一體的微混合芯片。
背景技術(shù)：
隨著微流控芯片技術(shù)的發(fā)展，各種微混合芯片廣泛應用于分析化學、生物學、醫(yī)學診斷、環(huán)境監(jiān)測等各個領(lǐng)域。微流控芯片制作簡單、成本低，微米級別的尺寸減小了樣品的消耗，成為各種在線微量檢測的首選。流體混合過程可分為層流混合和湍流混合。微混合芯片中由于通道特征尺度在微米級，雷諾數(shù)遠小于2000，流動多為層流，混合效率不高。目前主要采用主動式或被動式兩種方式改善混合效果。主動式混合要借助外力，例如磁力、聲場力、電場力等多種方式變層流為湍流提高混合效果。主動式混合芯片效率高，尺度小，但是加工較為復雜，集成難度大。被動式混合是指單純利用微溝道幾何形狀或流體特性的變化，不借助其它外力實現(xiàn)混合。常用的有通過設(shè)計復雜的三維微流道，來產(chǎn)生混沌增強混合效果；或者借助微流道壁面不同形狀的凸起來增強混合效果。這些被動混合芯片的結(jié)構(gòu)都增加了加工難度，提高了代價，且容易產(chǎn)生死角不利于沖洗后的重復利用。專利CN102120153A公開了的多模式混合芯片為主動式混合，借助虛擬電極產(chǎn)生的電場提高混合效果，芯片中間層為光電導層，成本高，整體結(jié)構(gòu)復雜，不易于集成應用。文獻 Numerical simulation on fluid mixing by effects of geometry in staggeredoriented ridges micromixers中介紹了目前常用的被動混合結(jié)構(gòu),通過在微流道壁面設(shè)計不同形狀的凸起來增加流體流動過程的混沌效應，確實可以提高混合效果。其缺點就是增加了微流道加工難度、提高了成本，且產(chǎn)生流動死角不利于微流道的沖洗和重復利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn) 有被動微混合芯片的不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、加工成本低、液體消耗量少、混合效率高的微混合芯片。本發(fā)明能夠在流速較高的情況下實現(xiàn)樣品試劑的高效混合，在流速較低的情況下實現(xiàn)樣品試劑的低損傷柔性混合。本發(fā)明集微混合溝道與光纖檢測溝道為一體，能夠利用光譜儀方便快捷的對各種檢測指標進行連續(xù)微量檢測。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:本發(fā)明微混合檢測芯片包括:m個入口、I個出口、混合溝道、檢測溝道、2個光纖溝道、基片和蓋片。所述的m個入口并列分布在一直線上，與混合通道相通。除第m個入口在混合通道主干上外，其余第I個入口到第m-Ι個入口處的溝道分別分為兩個分支，從下一個入口的兩側(cè)匯入混合通道主干。所述的混合溝道與檢測溝道相連，2個光纖溝道分別位于檢測溝道的兩側(cè)?；旌蠝系?、檢測溝道和光纖溝道均刻于基片上。蓋片與刻有溝道的基片鍵合。蓋片上設(shè)有m個輸入孔、I個輸出孔，m個輸入孔與基片上的m個入口相連通，輸出孔與基片上的出口相連通，m為正整數(shù)且不小于2。入口個數(shù)m根據(jù)需要混合的液體的種類而定，一種液體通過一個入口輸入混合溝道。至少需要兩種不同液體混合，因此至少需要設(shè)置兩個入口。所述的檢測溝道內(nèi)有待檢測液體，所述的待檢測液體從混合溝道流入。兩個光纖溝道分別為插入入射光纖的入射光纖溝道和插入接收光纖的接收光纖溝道，入射光纖溝道、檢測溝道、接收光纖溝道三者位于同一直線上。所述的基片可由光刻膠SU-8、聚二甲基硅氧烷等聚合物通過光刻或模塑法加工獲得。蓋片也可由光刻膠SU-8、聚二甲基硅氧烷等聚合物加工或者直接采用玻璃片加工獲得。蓋片與基片通過鍵合工藝實現(xiàn)封裝。所述的混合溝道的寬度從入口處向內(nèi)逐漸減小，由與入口相匹配的800微米逐漸減小為100微米?；旌蠝系烙蒟個菱形溝道串聯(lián)組成，X個菱形溝道之間由直線形的溝道連接，X為正整數(shù)且不小于5?；旌蠝系赖牧庑螠系赖墓战翘庍M行圓角化處理。所述的檢測溝道為10毫米長的標準檢測溝道，檢測溝道寬度和深度與所使用的光纖匹配。所述的兩個光纖溝道分別位于檢測溝道兩側(cè)，兩個光纖溝道的中心線與檢測溝道的中心線對準，即兩個光纖溝道與檢測溝道位于同一直線上。光纖溝道的尺寸與插入的光纖或光纖外套相同，均為寬度800微米、長度I毫米、深度800微米。所述的蓋片上的輸入孔、輸出孔與基片上的入口、出口相通，蓋片上的輸入孔、輸出孔外接軟管便于與外圍設(shè)備相連。本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有被動混合芯片效率低的劣勢。通過混合溝道使液體不斷的分、合，使液體濃度差與流速方向多次一致來提高混合效率。本發(fā)明對混合溝道菱形的拐角處進行圓角化處理，避免死角的產(chǎn)生，這種圓弧轉(zhuǎn)彎更接近于流體流動軌跡，更利用芯片的清潔沖洗重復利用。本發(fā)明繼承了被動混合芯片結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于集成的優(yōu)勢，并提高了混合反應效率，可實現(xiàn)快速高效混合檢測。可應用于在線微量檢測系統(tǒng)，連續(xù)監(jiān)測所需指標動態(tài)變化。


下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明微混合檢測芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的微混合檢測芯片俯視圖。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明微混合檢測芯片的實施例有兩個入口 3、4和一個出口7，兩個光纖溝道8、9。本實施例包括:蓋片1，基片2，入口 3、4，出口 7，檢測溝道6，光纖溝道8、9，混合溝道5。所述的第一入口 3位于第二入口 4的前端，兩個入口位于同一直線上，與混合通道相通。在第一入口 3處的混合通道分為兩個分支，兩個分支從第二入口 4的兩側(cè)匯入混合通道主干。兩個入口 3、4與混合溝道5的一端相通，由第一入口 3流入的液體A在第一入口 3流入后邊分成兩個分支，在第二入口 4的兩側(cè)匯入混合溝道主干，與從入口4流入的液體B混合。混合溝道5的另一端與檢測溝道6 相通。光纖溝道8、9位于檢測溝道6的兩側(cè)，且光纖溝道8、9與檢測溝道6三者的中心線位于同一直線上，光纖溝道8、9與檢測溝道6三者互不相通?；旌蠝系?、檢測溝道8、9和光纖溝道6通過微細加工技術(shù)制作于基片2上，蓋片I與基片2相鍵合。蓋片I上開有分別與兩個入口 3和4連接的兩個輸入孔10和11，蓋片I上還開有與出口 7連接的輸出孔12。輸入孔10和11、輸出孔12可外接軟管用作試劑、樣品的輸入輸出。所述的兩個入口 3、4的寬度為800微米，深度為100微米。所述的混合溝道5由X個菱形溝道串聯(lián)組成，X個菱形溝道之間由直線形的溝道連接。混合溝道5深100微米，寬度51-55由入口處51的800微米，逐漸遞減為500微米、300微米、200微米、100微米，寬度遞減到100微米后和下游菱形溝道寬度和深度相同，均為寬度100微米，深度100微米的微溝道。混合溝道中的菱形溝道，也可呈兩個對稱的半圓或正弦狀，位于每個菱形溝道下游的直線形溝道寬度等于該菱形溝道寬度。菱形溝道每邊的邊長和下游與之相連的直線形溝道長度相等。從入口 3、4流入的液體A和B流經(jīng)菱形溝道時被迫分成兩條支流，再流到直線形溝道時被迫合并為一體，直線形溝道寬度為兩支流寬度和的一半，所以對混合液體產(chǎn)生縱向的力促使其縱向擴散加快混合。通過X個菱形溝道與直線形溝道的交叉重復，實現(xiàn)液體高速混合。其中，X為正整數(shù)且不小于5。所述的檢測溝道6長度10毫米、寬度800微米、深度800微米。

所述的出口 7寬度為800微米、深度800微米。所述的光線溝道8和9長度為10毫米、寬度800微米、深度800微米。所述蓋片I上的輸入孔10、11和輸出孔12直徑為800微米。本實施例先制作掩膜版，在掩膜版上制作入口 3和4、混合溝道5、檢測溝道6、出口
7、光纖溝道8和9的圖形，然后在模具硅上覆蓋光刻膠SU-8，利用掩膜版對模具進行曝光、顯影、刻蝕。再在加工好的模具上用高分子材料，如聚二甲基硅氧烷澆注基片2。澆注同樣大小的蓋片I或用玻璃加工蓋片1，在蓋片I對應位置加工輸入孔10、11和輸出孔12。將蓋片I和基片2進行鍵合。本實施例工作時，通過蓋片I上的輸入孔10、11外接軟管，將液體A與液體B分別導入入口 3、4，待混合的液體在外部設(shè)備的驅(qū)動下分別從入口 3、4進入混合溝道5，在混合溝道5結(jié)構(gòu)上的菱形溝道與直線形溝道內(nèi)流動，使液體不斷分開、合并，給兩種液體提供了多次濃度梯度與速度方向一致的機會來提高混合效率。經(jīng)過混合溝道后，液體實現(xiàn)均勻混合流入檢測溝道6中。檢測溝道6為10毫米長的標準檢測溝道，便于進行各種生化指標檢測。兩種混合好的液體經(jīng)過檢測溝道6后從出口7流入廢液瓶。發(fā)射光纖和接收光纖分別插入到兩個光纖溝道8、9，發(fā)射光纖、檢測溝道6和接收光纖位于同一直線上，可連續(xù)檢測到檢測溝道中液體對某特定波長光吸收度的變化，進而反應相應指標的動態(tài)變化。如圖3所示，4個入口的實施例為4個入口并列分布在一直線上，與混合通道相通。除入口 34在混合通道主干上外，其余入口 31-33后的溝道分別分為兩支從下一個入口兩側(cè)匯入混合通道主干。
權(quán)利要求
1.一種微混合檢測芯片，其特征在于，所述的微混合檢測芯片包括:m個入口、I個出口、混合溝道(5)、檢測溝道(6)、2個光纖溝道(8、9)、基片(2)和蓋片(I);所述的混合溝道(5)的一端與檢測溝道(6)相連通，混合溝道(5)的另一端與入口相連通；2個光纖溝道(8、9)分別位于檢測溝道(6)的兩側(cè)；混合溝道(5)、檢測溝道(6)和光纖溝道(8、9)均刻于基片(2)上；蓋片(I)與刻有溝道的基片鍵合；蓋片(I)上設(shè)有m個輸入孔、I個輸出孔，m個輸入孔與基片(2)上的m個入口相連通，輸出孔與基片(2)上的出口相連通，m為正整數(shù)且不小于2 ;兩個光纖溝道(8、9)分別為插入入射光纖的入射光纖溝道和插入接收光纖的接收光纖溝道，入射光纖溝道、接收光纖溝道與檢測溝道(6)三者的中心線位于同一直線上，三者互不相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微混合檢測芯片，其特征在于，所述的m個入口并列分布在一直線上，與混合通道相通；除第m個入口在混合通道主干上外，其余第I個入口到第m-Ι個入口處的溝道分別分為兩個分支，從下一個入口兩側(cè)匯入混合通道主干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微混合檢測芯片，其特征在于，所述的混合溝道(5)由X個菱形串聯(lián)組成，X個菱形之間由直線形的溝道連接，X為正整數(shù)且不小于5 ;所述的混合溝道 (5)的寬度從入口處向內(nèi)逐漸減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微混合檢測芯片，其特征在于，所述的混合溝道(5)—端的寬度與入口尺寸相匹配，與檢測通道連接的另一端的寬度小于等于100微米；混合溝道中菱形溝道和下游直線形溝道寬度和深度尺寸一致，均小于或等于100微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的微混合檢測芯片，其特征在于，所述的混合溝道(5)的菱形溝道的拐角處進行圓角化處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的微混合檢測芯片，其特征在于，所述的菱形溝道呈兩個對稱的半圓或正弦。位于每個菱形溝道下游的直線形溝道寬度等于該菱形溝道寬度，菱形溝道每邊的邊長和下游與之相連的直線形溝道長度相等。
全文摘要
一種微混合檢測芯片，包括m個入口、1個出口、混合溝道(5)、檢測溝道(6)、2個光纖溝道(8、9)、基片(2)和蓋片(1)。所述的混合溝道(5)與檢測溝道(6)相連，2個光纖溝道(8、9)位于檢測溝道(6)的兩側(cè)?；旌蠝系?5)、檢測溝道(6)和光纖溝道(8、9)均刻于基片(2)上。蓋片(1)與基片(2)鍵合，蓋片(1)上設(shè)有m個輸入孔、1個輸出孔，分別與基片上的m個入口、1個出口相通。兩個光纖溝道分別為插入入射光纖的入射光纖溝道和插入接收光纖的接收光纖溝道，入射光纖溝道、接收光纖溝道與檢測溝道三者的中心線位于同一直線上，互不相通。本發(fā)明可應用于在線微量檢測系統(tǒng)，連續(xù)監(jiān)測所需指標動態(tài)變化。
文檔編號B01F13/00GK103230753SQ201310122728
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者曹越, 霍小林, 吳昌哲, 張廣浩 申請人:中國科學院電工研究所