一种振动管路控制T型微流控芯片生成微气泡的方法_CN109701430A
微气泡发生器的研究与应用进展
化工进展
Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 1 期
微气泡发生器的研究与应用进展
翟霖晓，崔怡洲，李成祥，石孝刚，高金森，蓝兴英
（中国石油大学（北京）重质油全国重点实验室，北京 102249）
摘要：微气泡具有体积小、稳定性高、停留时间长、比表面积大和具有较强自增压效应等优点，可以显著增加气
液两相的接触面积和接触时间，强化气液两相的传质速率。目前，多种基于不同原理的微气泡发生器均可以有效
产生微气泡，而不同领域利用微气泡的侧重点有所不同，因此其应用的微气泡发生技术也有所区别。本文综述了
微气泡发生器在水处理过程、生物和医学领域、矿物浮选过程以及化工过程中的应用，重点阐述了各工业过程中
常用的微气泡发生器类型和微气泡发生器的发泡原理，简述了各类微气泡发生器的气泡生成效果，指出了微气泡
发生器的结构和操作条件对微气泡发生性能的影响，总结了各类微气泡发生器的使用条件。当下，依靠单一原理
的微气泡发生技术仍具有一定的局限性，而耦合式微气泡发生器结合多种微气泡生成原理的优势，可以产生尺寸
更小、分布更均匀的微气泡，因此耦合式微气泡发生器的研发对未来微气泡技术的应用具有重要意义。本文最后
对微气泡发生器的应用前景、研发方向等进行了总结和展望。
关键词：微气泡；气液两相；过程强化；微气泡发生器；微气泡应用；耦合式微气泡发生器
中图分类号：TQ051.7 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）01-0111-13
Research and application process of microbubble generator
ZHAI Linxiao，CUI Yizhou，LI Chengxiang，SHI Xiaogang，GAO Jinsen，LAN Xingying
(State Key Laboratory of Heavy Oil Processing, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)
PDMS微流控芯片加工技术研究
PDMS微流控芯片加工技术研究
林晓梅;张铭
【摘 要】对PDMS微流控芯片的制作流程、封装方法和结构特征进行了探讨,并提出了相应的解决方案.
【期刊名称】《长春工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(034)002
【总页数】8页(P172-179)
【关键词】微流控芯片;聚二甲基硅氧烷;微加工
【作 者】林晓梅;张铭
【作者单位】长春工业大学电气与电子工程学院,吉林长春130012;长春工业大学电气与电子工程学院,吉林长春130012
【正文语种】中 文
【中图分类】TN405
0 引 言
微 流 控 芯 片 又 称 芯 片 实 验 室 （Lab-on-a-Chip），是一种微型全分析系统（μTAS），它是一种操控微小体积的流体在微小通道或构件中流动的系统，涉及到物理、化学、生物等多个基础学科领域。它以微流控技术为基础，制备出小尺度（从微米到纳米）的通道、腔、阀、泵等器件，并利用各种物理手段研究小尺度上器件的特异性质，发展小尺度控制流体运动和物理化学变化。目前这门学科已经成为国际上的一个研究热点，其专业期刊《Lab on a Chip》自2001年创刊以来已经成为这个领域最具代表性的权威杂志，相关的专业国际会议μTAS每年召开，微流控芯片技术已被认为是当今科技发展最为重要的生化分析前沿技术领域之一［1－5］。在现阶段，微流控芯片既是一门科学，又是一种技术。无论是科学还是技术，它最终还是以应用为主。从理论上讲，微流控芯片可以应用于任何涉及流体的学科，其中最直接的应当是化学、生物学和医学，与此同时，它的第二波影响力已经渗透到了一些传统观念中不涉及流体的学科，如光学和信息学。所有这些学科都将直面社会各行各业的实际需要，已经涉及的领域包括疾病诊断、新药物筛选、食品安全、商品检验、环境监测、司法鉴定、刑事科学、体育竞技、军事科学及航天科学等事关人类生存质量的方方面面。在微流控芯片发展初期，硅、玻璃和石英是微流控芯片的首选材料［6－8］，后来，由于研究的不断深入，它们都表现出各自的缺点:硅材料不透光、不能承受高电压、易碎、成本较高、抗腐蚀性差且电绝缘性较差、表面化学行为较复杂；玻璃材料光刻和蚀刻技术工艺复杂、难以得到深宽比大的通道、键合难度大、费时、加工成本高［9］；石英材料硬度大、熔点高、制作步骤复杂。因此，研究者把注意力放在了原材料便宜、制作过程简单的高分子聚合物上，适于制作微流控芯片的高聚物种类主要有:环烯烃共聚物（cycloolefincoplymer，COC）、聚碳酸酯（polycarbonate，PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）和聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）等［10］。不同材料基片的性能比较见表1。
微流控芯片-质谱联用接口的研究进展
综述生命科学仪器2020第18卷/10月刊微流控芯片-质谱联用接口的研究进展张荣楷谭聪睿 徐伟*(北京理工大学生命学院北京100081 )摘要：微流控芯片由于具有尺寸小、集成程度高、结构功能多样化和样品用量少等优势被广泛应用于化学、生命科学和 医学等多个领域:质谱具有灵敏度高、检测速度快和便于定性定量分析等优点：微流控芯片与质谱的联用充分结合了二 者各自的优势，通过简便的操作实现对微量样品的快速分析检测：接口的研究是二者联用的前提和关键.经过20余年的 发展，微流控芯片与质谱的接口技术逐渐成熟，实现了高效稳定的离子化效果，保证了分析的效率和准确性。本文总结 了基于电喷雾和基质辅助激光解吸两种离子化方式中.微流控芯片与质谱接口的主要类型和相关应用并分析了目前存在 的问题及未来发展方向。关键词：微流控芯片；质谱；接口；电喷雾电离源；基质辅助激光解吸电离源中图分类号：0657 文献标识码：A DOI :10.11967/2020181002Recent Advances of Microfluidic Chip- Mass Spectrometry InterfacesZhang Rongkai Tan Congrui Xu Wef(School of Life Science, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)Abstract: Microfluidic chips are widely used in many fields such as chemistry, life sciences and medical science due to their small size, high integration, diversified functions and little sample usage. Mass spectrometry has the advantages of high sensitivity, fast detection speed, and convenient qualitative and quantitative analysis. The combination of microfluidic chip and mass spectrometry fully combines their respective advantages and achieves the rapid analysis of trace samples through simple operation.. The research on the interface is the key of microfluidic chip- mass spectrometry. After more than 20 years' development, the interface technology between the microfluidic chip-mass spectrometry has gradually matured, achieving an efficient and stable ionization effect, ensuring the efficiency and accuracy of the analysis. In this review, the main types and related applications of the interface based on ESI and MALDI between microfluidic chip-mass spectrometry, as well as the current problem and future development were discussed.Key Words: Microfluidic chip; Mass spectrometry; Interface; ESI; MALDI|CLC Number] 0657 [Document Code] A DOI:: 10.11967/20201810021、引言 统基于流动注射分析、色谱和电泳的理论，通过减小通道内径、缩短通道长度以实现分离性能更微流控芯片，又称芯片实验室(lab on a chip ),是一种将生物、化学、医学分析过程的 样品制备、反应、分离和检测等基本操作单元集 成到微小尺寸芯片的技术。微流控芯片的概念出 现于20世纪90年代，Manz等⑴首先提出了微全分 析系统的概念(miniaturized TAS, pTAS ) o该系好、分析时间更短的目标。Manz等⑵在1992年首 次报道了基于芯片结构的毛细管电泳的实验研 究，该研究使用光刻胶技术加工了 15x4cm尺寸的 玻璃芯片，在30xl0|im的通道内成功分离钙黄绿 素和荧光素。经过近30年的发展，微流控芯片已 经应用到分析化学氏41、生命科学卜7】和医药佟刃等多 基金资助：国家自然科学基金项目(21827810, 61635003 )★通讯作者：徐伟，北京理工大学教授，主要研究方向为微型化质谱仪、结构解析质谱新技术由卩箱：
微流控法制备微球
微流控法制备微球
随着微流控技术的快速发展，微流控法制备微球也成为了近年来研究的热点之一。微球是具有微米级粒径和高表面积的微粒子，广泛应用于生物医学、材料科学、环境工程等领域。相比传统方法，微流控法具有操作简便、效率高、重复性好等优点，本文将介绍微流控法制备微球的相关知识。
一、微流控技术简介
微流控技术是一种在毫升级别的微尺度流体通道中进行流动控制的方法。它通过微型芯片上的微型通道和微阀门等装置，实现了对微流体的精准控制。相对于传统的宏观实验室，微流控芯片占用空间小，反应时间短，操作简便，再加上微纳制造技术的成熟，使其在生物医学和化学反应等领域得到了广泛的应用。
二、微流控法制备微球的基本原理
微流控法制备微球的基本原理是在微型芯片中利用流体力学原理制备出近乎球形的粒子。具体地说，微流控芯片中由两个相互垂直的通道组成T形结构，进料通道中注入了一定比例的油相与水相溶液，这两种液相在T形结构中相遇时依靠表面张力产生的作用将油相分成微小的滴状液体，形成高度一致的液滴，液滴之间的空隙会填充稳定剂，使得液滴状态变得更加稳定，经过一系列的微处理后，最终形成了近乎球形的微球。
三、微量控制条件的影响因素
微球制备中一些关键的物理化学参数，如液相流速、流体比例、稳定剂浓度、芯片几何形状等都会影响微球的制备效果。
1. 流体速度：流体速度的变化会影响液滴的大小和形状，一般情况下，速度越细液滴越小，速度越快液滴越大。
2. 液相比例：若在进料通道中的油相溶液浓度过高，微滴的大小和数量将不稳定，若溶液浓度过低，液滴子会变大、形变或合并。
3. 稳定剂浓度：稳定剂含量过低时，液滴不易变成微球；稳定剂含量过高时，则容易造成微球不规则甚至结块。
4. 芯片几何形状：借助各种加工工艺，可以制造多种形状的微流控芯片，选择不同形状的微流控芯片会影响到微球的制备效果。
四、微流控法制备微球的应用
微流控法制备微球在生物医学、材料科学等领域具有广阔的应用前景。比如说在药物传递中，微球的高表面积有利于提高药物的生物利用度；在纳米材料领域，微球也可以作为载体，用于储藏、检测、传输等方面；而在生物传感器领域，可将微球制成特定的形状和尺寸，通过对某些因子的敏感性和响应，达到特定的检测目的。
微流控芯片技术的原理及其应用
微流控芯片技术的原理及其应用
随着生物医学技术的逐步发展，微流控芯片技术逐渐成为研究生物科学领域的重要工具。微流控芯片技术是一种将液体微小化的技术，通过微通道和微结构控制液体的流动，从而实现对微小的流体样本的操控和分析。本文将详细介绍微流控芯片技术的原理和应用。
一、微流控芯片技术的原理
微流控芯片技术是一种基于微纳米尺度结构和微通道的流体控制技术。它通过制造微通道和微结构，将液体分割成非常微小的体积，从而控制和操作微小的流体体系。微流控芯片可以分为两个部分：微通道和微结构。微通道是用于控制微小液滴和海绵多孔的通道系统。海绵多孔是指微通道中的特殊结构，可以用来创建离散液滴或分隔通道。微流控芯片通过这些微通道和微结构来控制微小液滴或微小的液体分散体系。
对于微流控芯片来说，微小液滴是非常重要的元素。微小液滴是由小于100微米的液体球体组成的。由于它们是液体，所以微小液滴之间可以互相合并，而且通过电极可以控制液滴的聚合和分离状态。在微流控芯片中，微小液滴通常是由吸头和压力控制系统产生的。
微流控芯片技术的原理一般分为三个步骤：样品输入、反应和检测。首先，将样品输入到微流控芯片上。其次，样品会经过一系列的反应过程，例如混合、稀释、分隔等等。最后，对反应后的产物进行检测。
二、微流控芯片技术的应用
微流控芯片技术在生物医学领域中有着广泛的应用。它能够用于细胞分数、免疫分析、基因测序等方面的研究。下面将具体介绍微流控芯片技术的应用。
1、细胞分数
微流控芯片技术可以用于隔离细胞并分析细胞中的生物大分子。这种技术通过一个海绵多孔来将细胞定位在特定位置，并将细胞从其他细胞中隔离出来。这种技术对于医学研究很有价值，可以用来研究细胞的分子成分和机制，在探索生物性能和疾病诊断方面具有广阔的应用前景。
2、免疫分析
免疫分析是一种常用的免疫学方法。在传统的免疫分析中，技术人员需要进行样本的制备和处理，这个过程常常需要耗费大量的样品和试剂。而在微流控芯片技术中，微通道可以提供非常精确和可靠的样品混合和反应。这种高效和高通量的处理技术可以大大提高免疫分析的效率，并在医学诊断和治疗中起到更为重要的作用。
微流控芯片制作工艺
微流控芯片制作工艺
嘿，你知道微流控芯片吗？这可真是个超级厉害的小玩意儿。我第一次接触到它的时候，就像发现了新大陆一样兴奋。
微流控芯片，简单来说，就像是一个微观世界里的交通枢纽。在这个小小的芯片上，流体就像是行驶的车辆，按照我们设定的路线流动。那这么神奇的微流控芯片是怎么制作出来的呢？这可就大有学问了。
先说说材料吧。制作微流控芯片的材料就像厨师做菜的食材一样重要。有硅材料，它就像是建筑里的坚固基石。硅材料具有很好的化学稳定性和热传导性，这使得用它制作的微流控芯片在很多复杂的环境下都能稳定工作。我的朋友小李，他在实验室里捣鼓硅基微流控芯片的时候，就感叹：“这硅材料啊，真像是个忠诚的卫士，不管怎么折腾都稳稳当当的。”还有玻璃材料呢，玻璃就像是透明的水晶宫殿，清晰又纯净。它的光学性能非常好，这对于那些需要在芯片上进行光学检测的实验来说，简直是完美的选择。
接下来就是制作工艺的核心部分啦。光刻技术可是制作微流控芯片的一把“魔法钥匙”。想象一下，光刻就像是在芯片这个小画布上进行超精细的绘画。我们通过光刻胶，就像给芯片穿上一层特殊的外衣。这层外衣在光照的地方和没光照的地方会有不同的反应，就像被施了魔法一样。我的导师曾经这样给我解释：“光刻就好比是在黑暗中用一束光来雕刻出我们想要的形状，光刻胶就是那被光驯服的精灵。”光刻技术能够把我们设计好的微流控芯片的通道结构精准地复制到芯片材料上，那精度可都是以微米甚至纳米来计算的。这要是让一个普通的工匠来做，简直是想都不敢想的事情。
除了光刻，还有软刻蚀技术。软刻蚀就像是在芯片上进行一场温柔的雕塑。它不需要像光刻那样复杂的设备和严苛的环境。软刻蚀更像是手工制作，有一种独特的韵味。我们用弹性模具，就像用柔软的橡皮泥一样，把想要的微流控通道结构印刻到芯片材料上。小王是专门研究软刻蚀的，他总是自豪地说：“软刻蚀啊，那是咱老百姓都能玩得转的技术，简单又实用。”
在微流控芯片制作过程中，键合技术也是非常关键的一环。键合就像是把两个好伙伴紧紧地黏在一起。比如在硅 - 玻璃键合的时候，就像是把两个性格互补的朋友拉到一起，让他们共同为微流控芯片的性能发挥作用。这可不容易，需要精确地控制温度、压力等条件，就像两个人相处需要找到最佳的相处模式一样。
微流控芯片制作方法详解
微流控芯片制作方法详解
微流控芯片（Microfluidic chip）是一种集成了多功能微型流体通道和微型微处理器的微小化芯片，可以实现精确的流体控制和微型反应。微流控技术在生物医学、分析化学、环境监测等领域具有广泛的应用前景。下面将详细介绍微流控芯片的制作方法。
1.芯片设计
2.光刻制作主模板
微流控芯片的制作是通过光刻技术来实现的。首先制作的是一个主模板，用于制作通道的模具。首先在一块硅片上涂覆一层光刻胶（photoresist），然后将芯片设计中的模板图案通过光刻机进行曝光，曝光之后使用显影工艺将光刻胶进行开发，形成曝光和未曝光区域。最后使用氧化工艺将未曝光区域的光刻胶进行去除，得到主模板。
3.制作模具
将主模板受控地与PDMS（聚二甲基硅氧烷）材料接触，使PDMS材料在主模板上复制出具有相同形状的微通道结构。首先将PDMS材料A和B按照一定的比例混合均匀，然后倒入主模板的孔洞中。将其放入真空浸泡块中，将PDMS材料中的气泡排出。待PDMS材料固化后，从主模板上将PDMS模具剥离下来。
4.封闭模具
将PDMS模具与玻璃片或另一块PDMS片接触，形成一层封闭的通道结构。首先将PDMS模具和底板的表面涂上适量的粘结剂，然后将其放在一起，并使用真空吸附使其粘合在一起。将其放在温烤箱中进行烘烤，以使PDMS材料与玻璃片或另一块PDMS片粘在一起。
5.接口制作
为了使微流控芯片与外部仪器连接，需要在芯片上制作出接口。接口一般包括进样口和出样口。可以通过钻孔或者切割技术在芯片上制作出孔洞，以便于方便连接。
6.清洗
制作完微流控芯片后，需要进行清洗处理。首先将芯片放入去离子水中，去除表面的灰尘和杂质，然后将芯片放在洗涤液中进行超声波清洗，以去除残留的光刻胶和其他污染物。
7.功能化修饰
为了提高芯片的稳定性和流体控制的准确性，可以对芯片进行功能化修饰。一种常用的方法是将芯片表面进行表面处理，使其具有特定的物理化学性质，如疏水性或亲水性等。
微流控芯片制作的工艺
微流控芯片制作的工艺
微流控芯片制作工艺
微流控芯片是一种在微米尺度下操作液体的芯片，它具有高度集成化和高效性能的优点，广泛应用于生物医学、化学分析、环境监测等领域。在微流控芯片的制作过程中，需要经过一系列工艺步骤，以实现精确的控制和操控微小液滴的目的。
微流控芯片的制作一般采用光刻技术。这是一种利用光敏胶的特性进行图形转移的工艺。具体步骤包括：在硅片上涂覆光敏胶层，然后将光掩模放置在胶层上，通过紫外光照射，使得胶层在光掩模的掩盖区域发生化学反应，形成图案。接着，通过显影和清洗等步骤，将未曝光的胶层去除，得到所需的芯片结构。
微流控芯片的制作还需要进行湿法腐蚀。湿法腐蚀是指通过将芯片浸泡在酸性或碱性溶液中，使得芯片表面的某些区域被溶解掉，从而形成所需的微通道结构。湿法腐蚀的工艺参数要根据具体的芯片设计需求进行选择，包括溶液的浓度、温度和腐蚀时间等。
然后，微流控芯片的制作还需要进行胶粘剂的加工。胶粘剂主要用于将芯片与其它器件进行粘接，以实现整体的封装和固定。胶粘剂的选择要考虑其对微流控芯片和液体样品的相容性，以及粘接的强度和稳定性等因素。
微流控芯片的制作还需要进行微通道的封闭。微通道封闭是指使用合适的材料对芯片上的微通道进行封堵，以避免液体泄漏和交叉污染。常用的封闭材料有PDMS（聚二甲基硅氧烷）和热熔胶等。封闭材料的选择要考虑其与芯片材料的相容性、封堵效果和操作的方便性等。
微流控芯片的制作还需要进行芯片测试和封装。测试是指对制作好的芯片进行性能评估和功能验证，以确保其达到设计要求。封装是指将芯片封装在适当的载体上，以方便连接和使用。常用的封装方式有贴片封装和薄膜封装等。
微流控芯片的制作工艺包括光刻、湿法腐蚀、胶粘剂加工、微通道封闭、芯片测试和封装等步骤。这些工艺步骤的精确控制和操作能力对于制作高质量的微流控芯片至关重要。随着微纳制造技术的不断发展，微流控芯片的制作工艺也将不断完善和创新，为微流控技术的应用提供更多可能性。
微流控芯片发展历程
微流控芯片发展历程
一、微流控芯片的起源
微流控芯片起源于20世纪90年代初，当时美国、加拿大、欧洲等地的多个研究小组开始着手研发微米尺度的流体操作技术。其中，美国加利福尼亚大学伯克利分校的Fred
R.Handy教授和美国密歇根大学的Mark A.Burns教授等人是微流控芯片技术的先驱者，他们在早期对微流控芯片的研究中做出了重要贡献。
早期的微流控芯片主要是利用光刻、微加工等技术，在芯片表面制作微米级的流道和微结构，以实现对微液滴、微粒子等微尺度流体的操控和分析。随着MEMS（微机电系统）技术的发展，微流控芯片的加工精度和成本逐渐得到改善，为其在生物医学、化学分析等领域的应用奠定了基础。
二、微流控芯片的关键技术
微流控芯片是一种集成了微流体控制和微流体分析功能的微型芯片，其关键技术包括微流体传输、微处理器晶圆加工、微流控芯片结构设计等。这些技术的发展推动了微流控芯片的不断进步，为其在医学诊断、实验室分析、环境监测等领域的应用提供了技术支撑。
微流体传输技术是微流控芯片的核心技术之一，其主要包括微流道设计、微流动操作、微管道连接等方面。微流道设计是微流体传输技术中最基础的环节，通过光刻和湿法刻蚀等技术，在芯片表面制作微米级的流道和微结构，以实现对微液滴、微粒子等微尺度流体的操控和分析。微流道设计的关键在于结构的精准和稳定性，需要兼顾通道的宽度和深度，以满足不同尺度和功能的需求。
微处理器晶圆加工技术是微流控芯片加工中的关键环节，其主要包括MEMS技术、微加工技术、光刻技术等方面。MEMS技术是微流控芯片加工的基础，通过在晶圆表面制作微米级的结构和元件，实现对微流道、微阀门等组件的制作和集成。微加工技术是微流控芯片加工的关键技术之一，通过湿法刻蚀、干法刻蚀等技术，在晶圆表面形成微流道、微泵等结构，实现对微尺度流体的控制和操作。光刻技术是微流控芯片加工的基础，通过紫外光曝光、显影、蚀刻等过程，在晶圆表面形成微米级的结构和元件，实现对微流道、微阀门等组件的制作和集成。
微流控芯片技术的原理
微流控芯片技术的原理
微流控芯片技术是一种新兴的微米封装技术，其利用微米封装技术和微流控技术来微调、控制和监测微纳流体的流动和流量。
一、微流控芯片技术的原理：
1、微加工技术：利用微米加工技术可以在微流控芯片上形成微型应用结构，如微型阀门、微型气动管、微型流体膜，用于控制、注入和释放流体；
2、微流控技术：利用微流控技术可以实现微量流体沟通，实现微米尺度上的流量控制和流动控制；
3、微泵技术：微流控技术也可以实现定量，无论其微量流体在垂直或水平方向上控制或流动，也可以实现实现微量流体的定量注入或释放；
4、微传感技术：微流控技术也可以检测微量流体的流动特性，如流量、压力等，实现快速和精确的流体检测；
二、微流控芯片技术的优势：
1、空间尺寸小：微流控芯片技术占据较少的空间，可以减少系统面积，提高系统密度；
2、操作便捷：微流控芯片技术操作简便，可以实现自动控制和监测，确保精确的控制和安全的运行；
3、成本低：微流控芯片技术的相对优劣，使其应对一些复杂的任务时，成本可能比传统技术低； 4、可扩展性强：微流控芯片技术的可扩展性强，可以连接更多的结构上的模块，无论是实验室设备、激光驱动系统或实际应用系统，都可以不断扩展及更新。
三、微流控芯片技术的应用：
1、推动系统：微流控芯片技术可以有效地控制各种液体的流量，实现液体的微量推动和调节，广泛应用于化学液体的分析和分离；
2、平衡控制：微流控芯片技术可以有效地利用微型阀门、微型气动管和微型流体膜来实现平衡控制；
3、定量控制：微流控芯片技术可以实现微量流体的注入或释放，实现定量控制；
4、数据采集：微流控芯片技术还可以检测和监测流体活性，如流量、压力等，以收集有关流体状态的数据。