本發(fā)明涉及一種微通道，特別是涉及一種微通道陣列及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著微細(xì)加工和納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，以形狀尺寸、操作尺寸小為特征的微通道加工已成為人們?cè)谖⒂^領(lǐng)域認(rèn)識(shí)世界和改造客觀世界的一種高新技術(shù)。

在航空航天、電子、儀器、原子能、化纖、光導(dǎo)纖維以及辦公自動(dòng)化設(shè)備、圖像顯示器、醫(yī)療器械、計(jì)量等工業(yè)領(lǐng)域，以微通道為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的零部件的使用越來越頻繁，微通道尺寸越來越小，精度要求越來越高，甚至微通道達(dá)到微米級(jí)，孔型精度達(dá)到0.1微米。

隨著微流控技術(shù)在生物、機(jī)械、化工、藥物等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，通過微通道陣列對(duì)微量液體或樣品在微觀尺寸上進(jìn)行控制和處理的技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外的普遍重視。利用微通道技術(shù)不僅可制備出單分散性好、粒徑和形態(tài)可控的生物分離介質(zhì)、亞微米催化劑顆粒及生物能源轉(zhuǎn)化用固定載體等。

微米級(jí)微通道加工一般采用微細(xì)電火花加工、電解加工、超聲加工，激光加工、電子束加工等。

理論上上述各種方法都能夠加工微米級(jí)的微通道陣列，但不同方法存在不同應(yīng)用領(lǐng)域中存在優(yōu)勢(shì)和局限性。

微細(xì)電火花加工的基本原理是基于工具和工件之間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來蝕出多余金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀的加工要求。其特點(diǎn)是可加工的微通道直徑小，精度高；其局限性是加工速度慢且只能加工導(dǎo)電材料。

電解加工是利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的電化學(xué)反應(yīng)原理對(duì)金屬材料進(jìn)行成型加工的一種工藝方法。其特點(diǎn)是可加工復(fù)雜的工件形狀，適于批量加工，加工質(zhì)量好；其局限性加工精度和穩(wěn)定性差，只能加工金屬材料。

超聲加工是利用超聲波發(fā)生器激勵(lì)的換能器驅(qū)動(dòng)加工工具作超聲振動(dòng)，沖擊工件表面上的磨料，將磨料擠入脆性材料的表面，使材料表面產(chǎn)生微裂紋，再使裂紋擴(kuò)展形成小碎屑而剝離，從而達(dá)到去除材料的目的。其特點(diǎn)可加工各種硬脆材料，加工后工件表面質(zhì)量好，無殘余應(yīng)力；其局限性不容易加工出精確高微通道。

激光加工是利用高能量密度的激光作為熱源，使被加工材料在被加工點(diǎn)產(chǎn)生局部的瞬時(shí)高溫，使材料熔化或氣化而被去除。其特點(diǎn)是工件要求低，加工速度快；其局限性加工出的微通道精度低，容易形成喇叭或者紡錘形，且設(shè)備昂貴。

電子束加工時(shí)在真空條件下，利用聚焦能量密度極高的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小面積上，在極短時(shí)間內(nèi)，其能量大部分轉(zhuǎn)化成熱能，使被沖擊部分的工件材料達(dá)到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部氣化，被真空系統(tǒng)抽走。其特點(diǎn)可以加工任何金屬和非金屬材料，可加工微細(xì)彎孔，但設(shè)備昂貴。

CN01109003.2(陸祖宏、何農(nóng)躍，化合物微通道陣列芯片及制備方法)公開的微通道陣列芯片及制備方法，是預(yù)先在排列好的微小通孔或毛細(xì)管內(nèi)表面裱涂上所需的特定化學(xué)成分，通過縱向切割形成一塊薄片來造成二維方向的短通道排列，其特征在于把若干微小通孔或者毛細(xì)管粘合成束，在制作難度較大，同時(shí)微通道尺寸在100微米以上，很難制作小于10微米的微通道陣列。

200710093246.8(蔣家歡、賈月飛等人微通道內(nèi)微點(diǎn)陣列構(gòu)建方法)公開的微通道內(nèi)微點(diǎn)陣列通過排布、澆筑等主要步驟將布交叉接觸的微絲陣列固化在聚合物中，然后通過脫模、除絲等步驟一體化形成微通道內(nèi)微點(diǎn)或者陣列。其僅能制作1毫米，間距50毫米左右的微通道陣列。

上述微通道陣列制備方法在尺寸精度，或者通道均勻性，或不容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模制作，或小批量制作成本高等問題限制，存在一定局限性

微通道板是以玻璃薄片為基地，在玻璃薄片上形成上百萬微通道，微通道板直徑一般在數(shù)微米到幾十微米，孔間距比微孔直徑略大。

上述微通道板制作方法在孔徑尺寸精度等存在一定優(yōu)點(diǎn)，但孔間距和微通道直徑相關(guān)，不能進(jìn)行微通道陣列設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于，提供一種微通道陣列及其制備方法，所要解決的技術(shù)問題是按照實(shí)際需要控制微通道陣列的孔間距和微通道，從而更加適于實(shí)用。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

依據(jù)本發(fā)明提出的一種微通道陣列的制備方法，包括，制備玻璃棒：將第一材料制成第一玻璃棒，將第二材料制成第二玻璃棒和玻璃管，所述的第一材料為酸溶性材料，所述的第二材料為耐酸性材料；所述的玻璃管的內(nèi)徑比所述的第一玻璃棒的直徑大0.1-0.5mm；一次拉絲：將所述的第一玻璃棒加入所述的玻璃管中，拉絲，得第一單絲，將所述的第二玻璃棒拉絲，得第二單絲，所述的第一單絲與第二單絲的直徑相同，均為Y₁；一次排棒：將上述單絲排成正六邊形，得第一復(fù)絲棒和第二復(fù)絲棒，所述的第一復(fù)絲棒和第二復(fù)絲棒的邊由M根單絲組成，對(duì)邊距均為(1.732×(M-1)-1)*Y₁，由3M²-3M+1根單絲組成；所述的第一復(fù)絲棒的中心為一根第一單絲，其他為第二單絲；所述的第二復(fù)絲棒均由第二單絲組成；二次拉絲：將所述的第一復(fù)絲棒和第二復(fù)絲棒拉絲，分別得到第一復(fù)絲和第二復(fù)絲，所述的第一復(fù)絲和第二復(fù)絲均為對(duì)邊距為Y₂的正六邊形；二次排棒：將所述的第一復(fù)絲和/或第二復(fù)絲排列在正六邊形的模具中，得到第三復(fù)絲棒；三次拉絲：將所述的第三復(fù)絲棒拉絲，制得微通道陣列坯體；將所述的微通道陣列坯體切割，拋光、酸溶，制得所需的微通道陣列。

優(yōu)選的，根據(jù)前述的一種微通道陣列的制備方法，其中所述的孔間距為d₁的微通道陣列的制備方法為：根據(jù)第三次拉絲的縮小倍數(shù)Z₂，計(jì)算第三復(fù)絲棒中第一復(fù)絲和第二復(fù)絲的排列順序，所述的計(jì)算的方法為，第三次拉絲的縮小倍數(shù)為Z₂，則所述的微通道陣列坯體中每個(gè)正六邊形的對(duì)邊距Y₃等于Y₂/Z₂，所述的孔間距d₁為Y₃的X倍，則所述的第三復(fù)絲棒中的相鄰兩個(gè)第一復(fù)絲由X-1個(gè)第二復(fù)絲隔開，所述的X為正整數(shù)，包括整數(shù)部分和小數(shù)部分，所述的X-1為X的整數(shù)部分減1得到的自然數(shù)。

優(yōu)選的，前述的一種微通道陣列的制備方法，其中所述的第一材料與所述的第二材料的熱力學(xué)性能相匹配。

本發(fā)明所述的相匹配的的具體含義為：因?yàn)楸景l(fā)明同時(shí)將耐酸性材料和酸溶性材料進(jìn)行拉絲，其在拉絲過程中二者粘度應(yīng)大致接近，這樣有利于纖維直徑的穩(wěn)定；酸溶性材料的線性膨脹系數(shù)要比耐酸性材料稍高2～5×10^-71/℃，有利于玻璃纖維的強(qiáng)度和韌性提高，利于拉絲工藝的進(jìn)行。酸溶性玻璃材料的軟化點(diǎn)比耐酸性材料高(約30～100℃)，有利于微通道陣列圓整度和拉絲過程中空隙的填充。

優(yōu)選的，前述的一種微通道陣列的制備方法，調(diào)節(jié)所述的第一玻璃棒的直徑與所述的玻璃管管壁厚度的比值，以使得所述的X為正整數(shù)。

本發(fā)明所述的X為正整數(shù)時(shí)，才能符合設(shè)計(jì)要求，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)第一玻璃棒的直徑與所述的玻璃管管壁厚度的比值，以使得所述的X為正整數(shù)。

優(yōu)選的，前述的一種微通道陣列的制備方法，其中所述的第二玻璃棒的直徑為20-30mm。

優(yōu)選的，前述的一種微通道陣列的制備方法，其中所述的第一復(fù)絲棒或第二復(fù)絲棒的直徑為20-50mm。

優(yōu)選的，前述的一種微通道陣列的制備方法，其中所述的第三復(fù)絲的直徑為20-70mm。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。

依據(jù)本發(fā)明提出的一種微通道陣列，由上述方法制備而成。

借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種微通道陣列及其制備方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明提供了一種孔間距可調(diào)節(jié)的微通道陣列的制備方法。

根據(jù)本發(fā)明提出的微通道陣列的制備方法，同時(shí)制備微孔與孔間距，利用拉絲和排列，控制復(fù)絲棒的對(duì)邊距，同時(shí)通過不同的排列規(guī)律，控制相鄰兩微孔的距離。因此，本發(fā)明可以根據(jù)需要，制備不同孔間距的微通道陣列，并且，本發(fā)明所述的微通道陣列的制備方法，適于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，更加具有實(shí)際生產(chǎn)價(jià)值。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1二次排棒示意圖。

圖2是實(shí)施例2二次排棒示意圖。

圖3是實(shí)施例3二次排棒示意圖。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的一種微通道陣列及其制備方法其具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個(gè)實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提出直徑5mm，厚度1mm，孔間距500μm(d₁)，孔直徑5μm微孔個(gè)數(shù)為19的微通道陣列的制備方法，制造步驟具體如下：

1、采用兩種玻璃材料，其中一種耐酸性，制作成壁厚3.1mm，內(nèi)徑27.7mm的玻璃管；采用相同材料制作直徑30mm玻璃棒。第二種玻璃材料為具有良好的酸溶速率玻璃棒，棒外徑27.3mm。

2、一次拉絲：分別拉制兩種單絲，其中第一種單絲(單絲A)采用將具有良好酸溶速率玻璃棒放入玻璃管中，再把這種組合體裝夾在拉絲機(jī)上拉制，拉制成直徑Y(jié)₁＝0.6mm的單絲(單絲A)；第二種單絲(單絲B)，直徑將耐酸性玻璃棒裝夾在拉絲機(jī)上拉制，拉制成0.6mm單絲B。

3、一次排棒：以每邊M₁＝24根將單絲排列在正六方形橫截面的模具里，除最中心單絲采用單絲A(直徑0.6mm)以外，其余全部排入單絲B。然后用棉線以一定的間距把它捆扎起來，兩端頭用不易燒壞的銅線捆扎，排列成正六方形一次復(fù)絲棒C；另以24根單絲B(0.6mm)排列成一次復(fù)絲棒D。

4、二次拉絲：在高精度拉絲機(jī)拉制，將正六方形一次復(fù)絲棒C和D分別拉制成Y₂＝0.95mm的一次復(fù)絲E和F，本工藝中Y₂＝Z₂×d₁/X。

5、二次排棒：以每邊M₂＝15根將一次復(fù)絲按圖1進(jìn)行排列在正六方形橫截面的模具里，然后用棉線以一定的間距把它捆扎起來，兩端頭用不易燒壞的銅線捆扎，排列成正六方形一次復(fù)絲棒，本工藝中(1.732×(M₂-1)-1)*Y₁＝d₂×Z₂。

6、拉絲成型：在高精度拉絲機(jī)上拉制，將二次棒拉制成d₂＝6.35mm(比直徑為5mm內(nèi)接圓尺寸略大正六方對(duì)比)的坯體，然后滾圓切割成直徑為5mm，厚度為1mm半成品，拋光后在稀硝酸溶液中處理，得到直徑5mm，厚度1mm，孔間距500μm，孔直徑5μm微通道陣列。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提出直徑5mm，厚度1mm，孔間距750μm，孔直徑5μm微通道陣列，微孔個(gè)數(shù)為37孔的制備方法，與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例的制備方法除了將排二次棒按圖2進(jìn)行排列與實(shí)施例1不同之外，其他步驟操作方式完全相同。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提出直徑5mm，厚度1mm，孔間距400μm，孔直徑3.4μm微通道陣列，微孔個(gè)數(shù)為7孔的制備方法，與實(shí)施例1相比，排一次棒的單絲根數(shù)由24根改為28根；排二次棒的根數(shù)由15根改為19根，并按照?qǐng)D3進(jìn)行排列；將二次棒拉制成6.45mm的坯體不同之外，其他步驟操作方式完全相同。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。