多组分微液滴微流控芯片及其加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于集成芯片的技术领域，涉及一种多组分微液滴微流控芯片及其加工方法。
【背景技术】
[0002]微液滴是近年来在微流控芯片上发展起来的一种操控微小体积液体的技术，其原理为:将两种互不相溶的液体，以其中的一种为连续相，另一种为分散相，连续相和分散相分别由不同入口进入芯片，在微通道中，分散相在剪切力的作用下被连续相剪切为一系列离散的粒径均匀的微液滴。每个液滴独立的被连续相包裹，与外界无物质交换，形成一个封闭体系，因此可以作为一个微反应器，完成一组化学或生物反应，且反应条件稳定，结果可
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[0003]目前，多组分微液滴的制备已成为该领域的研究热点，应运而生的复杂结构微流控芯片的设计也发展迅速。微流控芯片的制作材料主要有硅、玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯等，其中硅和玻璃材料由于加工难，成本高等缺点，极大地限制了其应用。相比之下，聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯等有机多聚物具有成本低、重量轻、透明度高等特点，以及良好的耐老化性、耐腐蚀性和机械加工性能，成为当下制备微流控芯片的主要材料。通过激光雕刻机可以在不同的有机多聚物板片上加工各种复杂的微流道，然后依次将板片叠置组合起来，最终形成三维的通道网络结构。此外，通过对微通道结构的设计和表面处理，不仅可以在同一块芯片中连续制备出油包水型或者水包油型微液滴，更能够制备包括Janus液滴、0/W/0(油包水包油型)液滴等在内更为复杂的多组分微液滴。
[0004]但是，本领域尚未能解决目前微液滴微流控芯片制作工艺中关于微通道加工及芯片键合等关键技术难题，无法使制备复杂的多组分微液滴可以在一块微流控芯片上实现。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种新颖的多组分微液滴微流控芯片及其加工方法，从而解决了现有技术中存在的问题。
[0006]—方面，本发明提供了一种多组分微液滴微流控芯片，它由依次叠置的封盖层、疏水芯片层、亲水芯片层和基底层构成。
[0007]在一个优选的实施方式中，所述封盖层包含5个试剂入口，即1个水相A入口，2个水相B入口，以及2个油相入口 ；
[0008]所述疏水芯片层为聚焦流式微通道结构，包含1个水相A引入通道、2个油相引入通道和1个油包水型微液滴生成腔室，它们由1个十字交叉聚焦流微液滴生成通道连通；还包含2个水相B入口，与封盖层相配合；
[0009]所述亲水芯片层为聚焦流式微通道结构，包含1个微液滴引入通道、2个水相B引入通道和1个油包水型多组分微液滴生成腔室，它们由1个十字交叉聚焦流油包水型多组分微液滴生成通道连通；
[0010]所述基底层包含1个油包水型多组分微液滴收集出口。
[0011]在另一个优选的实施方式中，所述封盖层包含5个直径约为2_4mm的试剂入口 ；
[0012]在所述疏水芯片层中，水相A引入通道的尺寸约为(10-20mm) X (2_4mm)，2个油相引入通道的尺寸约为(10-20mm) X (2-4mm)，1个油包水型微液滴生成腔室的尺寸约为(10-20mm) X (2_4mm)，聚焦流微液滴生成通道的宽度约为0.5-lmm ;2个水相B入口的直径均约为2_4mm ；
[0013]在所述亲水芯片层中，1个微液滴引入通道的尺寸约为(5-10mm) X (2-4mm)，2个水相B引入通道的尺寸约为(10-20mm) X (2-4mm)，1个油包水型多组分微液滴生成腔室的尺寸约为(10-30mm) X (2-4_)，聚焦流油包水型多组分微液滴生成通道的宽度约为0.5-lmm ；
[0014]在所述基底层中，1个油包水型多组分微液滴收集出口的直径约为2-4_ ;
[0015]所述封盖层、疏水芯片层、亲水芯片层和基底层的厚度均约为l_2mm。
[0016]在另一个优选的实施方式中，所述多组分微液滴微流控芯片的尺寸约为(100-150mm) X (60-100mm)；由一种或多种选自下组的聚合物材料制备:聚甲基丙稀酸甲酯、聚二甲基硅氧烷和聚苯乙烯。
[0017]在另一个优选的实施方式中，所述多组分微液滴微流控芯片的工作原理在于:使用外部栗阀系统分别将水相A溶液、水相B溶液、油相溶液从对应的入口注入芯片中，水相A在疏水芯片层中被油相剪切成一系列微液滴，随后，所述微液滴在亲水芯片层中被后续的水相B进一步剪切成粒径均匀的油包水型多组分微液滴，并最终从出口导出收集；其中，所述水相A溶液、油相溶液和水相B溶液的流量比约为1: (4-5): (20-30)。
[0018]另一方面，本发明提供了一种多组分微液滴微流控芯片的加工方法，该方法包括以下步骤:
[0019](i)将封盖层、疏水芯片层、亲水芯片层和基底层依次叠置，形成内部三维的通道网络结构，并利用紫外光固化胶进行各层之间的初步定位；以及
[0020](ii)将初步定位后的各层进行热压键合，形成由依次叠置的封盖层、疏水芯片层、亲水芯片层和基底层构成的多组分微液滴微流控芯片。
[0021]在一个优选的实施方式中，该方法还包括以下步骤:将所述封盖层、疏水芯片层、亲水芯片层和基底层均利用0)2激光雕刻机进行加工，加工后用超声波清洗，烘干备用，其中，
[0022]分别控制各层的激光加工功率和速度，其中，加工封盖层和基底层时的激光加工功率控制在90-100%，加工速度控制在50-60%;加工疏水芯片层和亲水芯片层时的激光加工功率控制在70-80%，加工速度控制在90-100% ;超声波清洗时间为5-10分钟。
[0023]在另一个优选的实施方式中，该方法还包括以下步骤:使用溶胶-凝胶法对所述亲水芯片层进行表面亲水改性，改性步骤如下:
[0024](1)将未经改性的芯片层进行超声清洗，烘干备用；
[0025](2)将步骤(1)中得到的芯片层放入异丙醇中浸洗，取出晾干；
[0026](3)将步骤(2)中得到的芯片层放入正硅酸乙酯溶液中，浸泡时间不少于3小时；以及
[0027](4)将步骤(3)中得到的芯片层从正硅酸乙酯溶液中取出，用去离子水冲洗并干燥。
[0028]在另一个优选的实施方式中，所述正硅酸乙酯溶液由正硅酸乙酯、去离子水、稀盐酸和异丙醇按体积比约(1-2):(3-4):(1-2):(2-4)进行混合，其中稀盐酸浓度为0.1-0.15mol/L0
[0029]在另一个优选的实施方式中，所述紫外光照射时间为1-2分钟；热压键合温度控制在80-90°C之间，热压数次，每次热压30-60秒。
【附图说明】
[0030]图1是根据本发明的多组分微液滴微流控芯片的立体分解示意图。
[0031]图2是根据本发明的制备油包水包油型(0/W/0)多组分微液滴微流控芯片的截面结构以及液滴生成的示意图。
【具体实施方式】
[0032]本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，针对现有技术中微液滴微流控芯片制作工艺中关于微通道加工及芯片键合等关键技术难题，无法使制备复杂的多组分微液滴可以在一块微流控芯片上实现，通过将四层结构叠置由热压键合而成微流控芯片，其中该微流控芯片包括封盖层、疏水芯片层、亲水芯片层、基底层；封盖层包含3个水相入口和2个油相入口 ；疏水芯片层设有聚焦流式微通道结构和与封盖层相配合的2个水相入口 ；亲水芯片层设有与疏水芯片层相同的聚焦流式微通道结构，并通过溶胶-凝胶法对芯片表面进行亲水改性处理；基底层设有1个多组分微液滴收集出口，可以实现油包水型多组分微液滴的连续制备，同时具有成本低廉、加工简单、工艺环保等特点；通过改变芯片层的表面亲疏水特性和各相溶液的组分，更能实现油包水包油型(0/W/0)多组分微液滴的制备，在多组分液滴和复杂结构微粒的制备方面具有重要意义。基于上述发现，本发明得以完成。
[0033]在本发明的第一方面，提供了一种多组分微液滴微流控芯片，它由依次叠置的封盖层、疏水芯片层、亲水芯片层和基底层构成。
[0034]较佳地，所述微流控芯片可以由聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯等聚合物材料中的一种或多种制备而成。
[0035]较佳地，所述微流控芯片尺寸约为(100-150mm) X (60-100mm)，优选100_X 60mm。
[0036]较佳地，所述封盖层、疏水芯片层、亲水芯片层和基底层的厚度均约为l_