微流控芯片散热装置及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微流控技术领域，更具体涉及一种微流控芯片散热装置及其制作方法。
【背景技术】
[0002]在微流控芯片分析中，执行样本试剂在微流道内输运、混合、分离、反应等操作的微元器件(微栗、微阀、微混合器、微分离器、微反应器等)，通常伴随有热量的产生。这些热量对样本试剂微流体具有加热作用，使微流体温度上升。样本试剂温度升高而偏离理想生化温度，将会使微流控分析效率下降，甚至失败。例如，在高电压电渗驱动的微流控细胞培养芯片中，电渗微栗正、负微电极之间会产生明显电流焦耳热，使细胞液实际的培养温度高于理想培养温度。而细胞培养温度过高会导致细胞内某些功能蛋白质变性，这样细胞也就无法进行正常的生化反应及分析。上述现象在低热导率材质微流控芯片中尤为明显，如PDMS、PMMA微流控芯片。
[0003]由于PDMS、PMMA热导率非常低(0.1?0.2ff/mK)，PDMS、PMMA材质微流控芯片片内微小区域的产热往往难以通过芯片表面自然对流换热来消除。要彻底消除片内微小区域产热，目前最为常用的方法是芯片表面强迫散热。这类方法多采用风扇、半导体制冷片、冷水浴等对芯片外部表面进行冷却降温，使得芯片表面与芯片内部之间温差增大，由此芯片内部向外部散发的热量就会增加，芯片内部温度也就会得到降低。芯片片外强迫散热属整体控温方法，虽能够有效降低片内微小区域温度，但同时也使片内其它微小区域温度下降，另外片外强迫散热装置不利于芯片的集成和微型化，且能耗大。
[0004]另外，通过提高低热导率材质微流控芯片的热导率是强化微流控芯片内部传热、消除产热的有效途径。高热导率材质微流控芯片的优势在于，芯片内部局部区域产热能够快速传导至芯片外表面并通过自然对流散热方式就可使芯片内维持理想生化分析温度，而无需芯片外部强迫散热装置。通过在低热导率微流控芯片材料中掺杂高热导率粉末材料是目前用于提高微流控芯片热导率的有效途径。例如，在液态PDMS中均匀掺杂一定比例的铜、银、石墨等微米纳米颗粒，混合物固化后即可用于制作高热导率材质微流控芯片。这种方法方便、快捷，且利于芯片集成，但掺杂有高热导率材料的芯片基体材料在导电、润湿、电渗、电润湿、透水透气等性质方面同样会发生改变，很大程度上限制了原有芯片材料的应用范围和效果。另外，通过提高芯片材质热导率来实现微流控芯片片内强化传热也属于整体控温方法，若片内有多个微小区域需独立进行强化传热的操控，该方法无法实现。
[0005]因此，对产热型生化微流控芯片，特别是低热导率材质微流控芯片，为使微流控芯片获得样本试剂高效生化反应的理想温度环境，进行合理的散热设计是十分必要的。
【发明内容】
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]本发明要解决的技术问题是如何实现对微流控芯片的小区域散热，同时不影响微流控芯片的理化性质。
[0008]( 二)技术方案
[0009]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微流控芯片散热装置，用于为所述微流控芯片的产热区域进行散热，所述装置包括灌注有高热导率液体的高热导率微流道，所述高热导率微流道与所述产热区域之间具有微尺度间隔。
[0010]优选地，所述高热导率微流道与所述产热区域之间通过微尺度薄膜形成所述微尺度间隔。
[0011]优选地，所述高热导率微流道包括第一传热区域、灌注入口和灌注出口 ；所述第一传热区域包括一段子流道或多段首尾依次连接的子流道，并且所述多段首尾连接的子流道平行间隔排列，所述灌注入口与所述多段首尾连接的子流道的第一段子流道连接，所述灌注出口与所述多段首尾连接的子流道的最后一段子流道连接。
[0012]优选地，所述装置包括两个所述高热导率微流道，两个所述高热导率微流道的所述第一传热区域对称分布于与所述产热区域的两侧。
[0013]优选地，两个所述第一传热区域对称分布于与所述产热区域同一水平面的两侧，并且与所述产热区域等高，或者两个所述第一传热区域对称分布于所述产热区域的上侧或下侧。
[0014]优选地，两个所述第一传热区域的所述子流道均与所述产热区域的长边平行，或者两个所述第一传热区域的所述子流道均与所述产热区域的长边方向成第一预定夹角，或者两个所述第一传热区域的所述子流道均与竖直方向平行，或者两个所述第一传热区域的所述子流道均与竖直方向成第二预定夹角。
[0015]优选地，所述第一传热区域用第二传热区域代替，所述第二传热区域包括一段子流道或多段子流道，所述多段子流道平行间隔排列，并且每一段所述子流道的一端均与所述灌注入口，另一端均与所述灌注出口连接。
[0016]优选地，所述第一传热区域用第三传热区域代替，所述第三传热区域包括多段交错连通的子流道。
[0017]优选地，所述高热导率液体包括室温下为液态的金属萊、室温下为液态的金属镓、室温下为液态的镓合金、高热导率离子液体、高热导率电解质溶液以及高热导率银浆溶液。
[0018]优选地，所述灌注入口和灌注出口均采用橡胶密封，并且所述灌注入口和灌注出口采用微机械加工方法制作。
[0019]—种微流控芯片散热装置的制造方法，用于制作上述装置，所述方法包括以下步骤:
[0020]所述高热导率微流道与所述产热区域的样本试剂微流道同步制作。
[0021](三)有益效果
[0022]本发明提供了一种微流控芯片散热装置及其制作方法，本发明利用灌注高热导率液体的微流道实现微流控芯片的散热，本发明的装置尤其适用于低热导率微流控芯片片内微小区域的强化传热，本发明的用于强化微小区域传热的高热导率微流道集成设置在微流控芯片上，可以与产热区域内样本试剂微流道同步设计、制作，两者处于同一水平上、等高，也可以设置在样本试剂微流道上下两侧。高热导率微流道与产热区域内样本试剂微流道始终保持非接触，可在中间设置微尺度薄膜间隙隔开。高热导率液体通过简单的注射方法由微流道灌注入口灌入微流道形成片内高热导率区域，而多余高热导率液体则由微流道灌注出口流出。产热区域温度升高时，装置在产热区域附近的高热导率液体会快速吸收产热区域热量，同时将这些热量快速传导至芯片片内更大的空间。由于高热导率液体区域(第一传热区域、第二传热区域或第三传热区域)远大于产热区域，高热导率液体区域会将产热区域产热吸收传导至更大面积芯片表面。此时，在芯片表面自然对流作用下，片内产热可自然消除。由于该发明装置通过高热导率微流道将片内微小区域产热快速吸收并传导至芯片表面，并在芯片表面自然对流作用下消除片内微小区域产热，而无需片外强迫散热装置。因而，本发明的微流控芯片散热装置具有结构简单、制作方便、成本低廉、集成性好等诸多优点，更重要的是容易实现片内微小区域传热的各向异性强化。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本发明中一个较佳实施例一的微流控芯片散热装置的结构示意图；
[0025]图2为本发明中一个较佳实施例二的微流控芯片散热装置的结构示意图；
[0026]图3为本发明中一个较佳实施例三的微流控芯片散热装置的结构示意图；
[0027]图4为本发明中一个较佳实施例四的微流控芯片散热装置的俯视图；
[0028]图5为本发明中一个较佳实施例四的微流控芯片散热装置的侧视图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0030]一种微流控芯片散热装置，用于为所述微流控芯片的产热区域进行散热，其特征在于，所述装置包括灌注有高热导率液体的高热导率微流道，所述高热导率微流道与所述产热区域之间具有微尺度间隔。所述产热区域的形状可为直线形，也可为圆环形、矩形、圆形等。优选地，所述高热导率微流道与所述产热区域之间通过微尺度薄膜形成所述微尺度间隔，上述微尺度间隔用于隔离高热导率微流道与产热区域，是两者不接触。
[0031]所述高热导率液体通过注射方法灌入高热导率微流道形成片内高热导率区域，以强化片内局部微小区域导热，降低此区域内的温度梯度。高热导率微流道