一种开放式可重构流体芯片

本发明涉及流体芯片，具体为一种开放式可重构流体芯片。

背景技术：

1、(微)流体器件在近年来得到了快速的发展，已成为科学研究、微量合成、微纳制造、生物分析器件等领域不可或缺的工具。常规的流体器件是利用各种制造技术在固态的基板上(如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷等)制备出毫米、微米宽度的流道结构，然后对基板进行封装，形成具有入口和出口的封闭流体系统。这种构建方式存在制造时间长，流道结构无法原位调整，使用过程中漏液、气泡难以排除、缺乏灵活性的问题。

2、为了解决这些问题，人们提出了开放式流体芯片的概念，其主要理念是通过制造具有图案化亲疏水性的基板实现水的区域性吸附，从而可以在没有固态外壳的情况下构建出流道结构，大大简化了流体芯片的制造流程并一定程度上解决了传统流体芯片漏液、气泡排除、缺乏灵活性的问题。但目前的开放式流体芯片存在最大流速低(通常低于20ml/h)、流道设计高度受限于基板亲疏图案、无法构建三维流道、非水相流道难以构建、原位调整困难等一系列问题。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种流道形状设计不受限制、灵活性好的开放式可重构流体芯片。

2、技术方案：本发明所述的一种开放式可重构流体芯片，包括基板，基板上设置阵列排布的微柱，微柱与其相邻的能够连成正方形的微柱围合而成的区域用于滴加液滴，液滴包括水滴、油相液滴、双亲性液滴、双疏液滴和液态金属液滴，液滴与其相邻的液滴发生融合或打断，通过不断的创建相邻的液滴，形成流体通道。由于拉普拉斯压强的作用，液滴会被困于微柱间，形成稳定的液滴单元。

3、进一步地，微柱的直径为0.05～2mm，高度为0.25～10mm，间距为其直径的1.2～4倍，数量为25根～1千万根。

4、进一步地，微柱的形状为圆柱形、方柱形、六边柱形或八边柱形。

5、进一步地，微柱上设置能够构建三维空间液滴的托盘，托盘的中心与微柱的中心重合。托盘直径为微柱直径的1.2～2倍，厚度为微柱高度的0.02～0.2倍，数量为1～10。

6、进一步地，基板的材料在空气中的水接触角为60度～120度，否则无法形成稳定的液滴单元。基板在制作流体流道时，能够置于空气或油相中。

7、进一步地，油相液滴由正己烷或食用油制成，液态金属液滴由镓铟合金制成。双亲性液滴由二甲亚砜、乙醇或二甲基甲酰胺制成，双疏液滴由液态全氟聚合物或聚硅氧烷制成。

8、进一步地，微柱之间设置用于切断液滴的疏水薄膜，包括特氟龙膜、氟化处理的滤纸，液滴被切断，拉普拉斯压强会将该液滴拉回到相邻的两个液滴单元中，使得流道从该处被打断。

9、制备原理：通过制造具有特殊设计的柱状阵列基板，利用在液体界面上普遍存在的拉普拉斯压强，可将液滴稳定的困于微柱之间，形成液滴单元。相邻的液滴单元的交界面会自动融合，因此通过不断形成相邻的液滴单元，就可以构建出各种各样的流道，形成流体芯片。

10、有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

11、1、流体芯片基板不存在预设的亲疏水图案，因此流道的形状设计不受限制，可以在基板上即时的根据需要随时制造出目标流体结构，能够被快速制造，具有很好的灵活性；

12、2、可用于形成水相、油相、液态金属等各种液体的流道，具有很强的普适性，各种液体都可以在本发明提出的流体芯片基板中使用，这是其它的开放式流体芯片构建方案无法实现的；

13、3、本发明的设计方案极大的提升了可用的最大流速，对于1mm的流道，常规的开放式流体芯片最大流速很难超过20ml/h，而用本发明提出的方案制造的1mm流道最大流速在200ml/h以上，可以极大的提升装置用于微量合成时的效率，远高于普通的开放式流体芯片；

14、4、本发明的方案可以很容易的制造出多层的、三维的流体通道，这是基于亲疏图案表面的开放式流体芯片无法实现的；

15、5、在已形成的流道的某一单元中插入高疏水/油的薄片，如特氟龙薄膜、氟化处理的滤纸等，就可以在该单元处打断流道，从而实现流道的重构，具有极强的灵活性，这是目前其它方案难以实现的功能。

技术特征：

1.一种开放式可重构流体芯片，其特征在于：包括基板(1)，所述基板(1)上设置阵列排布的微柱(2)，所述微柱(2)与其相邻的能够连成正方形的微柱(2)围合而成的区域用于滴加液滴(3)，所述液滴(3)包括水滴、油相液滴、双亲性液滴、双疏液滴和液态金属液滴，所述液滴(3)与其相邻的液滴(3)发生融合或打断，通过不断的创建相邻的液滴(3)，形成流体通道(4)。

2.根据权利要求1所述的一种开放式可重构流体芯片，其特征在于：所述微柱(2)的直径为0.05～2mm，高度为0.25～10mm，间距为其直径的1.2～4倍，数量为25根～1千万根。

3.根据权利要求1所述的一种开放式可重构流体芯片，其特征在于：所述微柱(2)的形状为圆柱形、方柱形、六边柱形或八边柱形。

4.根据权利要求1所述的一种开放式可重构流体芯片，其特征在于：所述微柱(2)上设置能够构建三维空间液滴(3)的托盘(5)，所述托盘(5)的中心与微柱(2)的中心重合。

5.根据权利要求4所述的一种开放式可重构流体芯片，其特征在于：所述托盘(5)直径为微柱(2)直径的1.2～2倍，厚度为微柱(2)高度的0.02～0.2倍，数量为1～10。

6.根据权利要求1所述的一种开放式可重构流体芯片，其特征在于：所述基板(1)的材料在空气中的水接触角为60度～120度。

7.根据权利要求1所述的一种开放式可重构流体芯片，其特征在于：所述基板(1)在制作流体流道时，能够置于空气或油相中。

8.根据权利要求1所述的一种开放式可重构流体芯片，其特征在于：所述油相液滴由正己烷或食用油制成，所述液态金属液滴由镓铟合金制成。

9.根据权利要求1所述的一种开放式可重构流体芯片，其特征在于：所述双亲性液滴由二甲亚砜、乙醇或二甲基甲酰胺制成，所述双疏液滴由液态全氟聚合物或聚硅氧烷制成。

10.根据权利要求1所述的一种开放式可重构流体芯片，其特征在于：所述微柱(2)之间设置用于切断液滴(3)的疏水薄膜。

技术总结本发明公开了一种开放式可重构流体芯片，包括基板，基板上设置阵列排布的微柱，微柱与其相邻的能够连成正方形的微柱围合而成的区域用于滴加液滴，液滴包括水滴、油相液滴、双亲性液滴、双疏液滴和液态金属液滴，液滴与其相邻的液滴发生融合或打断，通过不断的创建相邻的液滴，形成流体通道。本发明的流体芯片基板不存在预设的亲疏水图案，因此流道的形状设计不受限制，可以在基板上即时的根据需要随时制造出目标流体结构，能够被快速制造，具有很好的灵活性；可用于形成水相、油相、液态金属等各种液体的流道，具有很强的普适性，各种液体都可以在本发明提出的流体芯片基板中使用，这是其它的开放式流体芯片构建方案无法实现的。技术研发人员：杜鑫,曾易受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/1/12