微流控芯片散熱裝置及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種微流控芯片散熱裝置及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在微流控芯片分析中，執(zhí)行樣本試劑在微流道內(nèi)輸運、混合、分離、反應(yīng)等操作的微元器件(微栗、微閥、微混合器、微分離器、微反應(yīng)器等)，通常伴隨有熱量的產(chǎn)生。這些熱量對樣本試劑微流體具有加熱作用，使微流體溫度上升。樣本試劑溫度升高而偏離理想生化溫度，將會使微流控分析效率下降，甚至失敗。例如，在高電壓電滲驅(qū)動的微流控細(xì)胞培養(yǎng)芯片中，電滲微栗正、負(fù)微電極之間會產(chǎn)生明顯電流焦耳熱，使細(xì)胞液實際的培養(yǎng)溫度高于理想培養(yǎng)溫度。而細(xì)胞培養(yǎng)溫度過高會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)某些功能蛋白質(zhì)變性，這樣細(xì)胞也就無法進行正常的生化反應(yīng)及分析。上述現(xiàn)象在低熱導(dǎo)率材質(zhì)微流控芯片中尤為明顯，如PDMS、PMMA微流控芯片。
[0003]由于PDMS、PMMA熱導(dǎo)率非常低(0.1?0.2ff/mK)，PDMS、PMMA材質(zhì)微流控芯片片內(nèi)微小區(qū)域的產(chǎn)熱往往難以通過芯片表面自然對流換熱來消除。要徹底消除片內(nèi)微小區(qū)域產(chǎn)熱，目前最為常用的方法是芯片表面強迫散熱。這類方法多采用風(fēng)扇、半導(dǎo)體制冷片、冷水浴等對芯片外部表面進行冷卻降溫，使得芯片表面與芯片內(nèi)部之間溫差增大，由此芯片內(nèi)部向外部散發(fā)的熱量就會增加，芯片內(nèi)部溫度也就會得到降低。芯片片外強迫散熱屬整體控溫方法，雖能夠有效降低片內(nèi)微小區(qū)域溫度，但同時也使片內(nèi)其它微小區(qū)域溫度下降，另外片外強迫散熱裝置不利于芯片的集成和微型化，且能耗大。
[0004]另外，通過提高低熱導(dǎo)率材質(zhì)微流控芯片的熱導(dǎo)率是強化微流控芯片內(nèi)部傳熱、消除產(chǎn)熱的有效途徑。高熱導(dǎo)率材質(zhì)微流控芯片的優(yōu)勢在于，芯片內(nèi)部局部區(qū)域產(chǎn)熱能夠快速傳導(dǎo)至芯片外表面并通過自然對流散熱方式就可使芯片內(nèi)維持理想生化分析溫度，而無需芯片外部強迫散熱裝置。通過在低熱導(dǎo)率微流控芯片材料中摻雜高熱導(dǎo)率粉末材料是目前用于提高微流控芯片熱導(dǎo)率的有效途徑。例如，在液態(tài)PDMS中均勻摻雜一定比例的銅、銀、石墨等微米納米顆粒，混合物固化后即可用于制作高熱導(dǎo)率材質(zhì)微流控芯片。這種方法方便、快捷，且利于芯片集成，但摻雜有高熱導(dǎo)率材料的芯片基體材料在導(dǎo)電、潤濕、電滲、電潤濕、透水透氣等性質(zhì)方面同樣會發(fā)生改變，很大程度上限制了原有芯片材料的應(yīng)用范圍和效果。另外，通過提高芯片材質(zhì)熱導(dǎo)率來實現(xiàn)微流控芯片片內(nèi)強化傳熱也屬于整體控溫方法，若片內(nèi)有多個微小區(qū)域需獨立進行強化傳熱的操控，該方法無法實現(xiàn)。
[0005]因此，對產(chǎn)熱型生化微流控芯片，特別是低熱導(dǎo)率材質(zhì)微流控芯片，為使微流控芯片獲得樣本試劑高效生化反應(yīng)的理想溫度環(huán)境，進行合理的散熱設(shè)計是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何實現(xiàn)對微流控芯片的小區(qū)域散熱，同時不影響微流控芯片的理化性質(zhì)。
[0008]( 二)技術(shù)方案
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種微流控芯片散熱裝置，用于為所述微流控芯片的產(chǎn)熱區(qū)域進行散熱，所述裝置包括灌注有高熱導(dǎo)率液體的高熱導(dǎo)率微流道，所述高熱導(dǎo)率微流道與所述產(chǎn)熱區(qū)域之間具有微尺度間隔。
[0010]優(yōu)選地，所述高熱導(dǎo)率微流道與所述產(chǎn)熱區(qū)域之間通過微尺度薄膜形成所述微尺度間隔。
[0011]優(yōu)選地，所述高熱導(dǎo)率微流道包括第一傳熱區(qū)域、灌注入口和灌注出口 ；所述第一傳熱區(qū)域包括一段子流道或多段首尾依次連接的子流道，并且所述多段首尾連接的子流道平行間隔排列，所述灌注入口與所述多段首尾連接的子流道的第一段子流道連接，所述灌注出口與所述多段首尾連接的子流道的最后一段子流道連接。
[0012]優(yōu)選地，所述裝置包括兩個所述高熱導(dǎo)率微流道，兩個所述高熱導(dǎo)率微流道的所述第一傳熱區(qū)域?qū)ΨQ分布于與所述產(chǎn)熱區(qū)域的兩側(cè)。
[0013]優(yōu)選地，兩個所述第一傳熱區(qū)域?qū)ΨQ分布于與所述產(chǎn)熱區(qū)域同一水平面的兩側(cè)，并且與所述產(chǎn)熱區(qū)域等高，或者兩個所述第一傳熱區(qū)域?qū)ΨQ分布于所述產(chǎn)熱區(qū)域的上側(cè)或下側(cè)。
[0014]優(yōu)選地，兩個所述第一傳熱區(qū)域的所述子流道均與所述產(chǎn)熱區(qū)域的長邊平行，或者兩個所述第一傳熱區(qū)域的所述子流道均與所述產(chǎn)熱區(qū)域的長邊方向成第一預(yù)定夾角，或者兩個所述第一傳熱區(qū)域的所述子流道均與豎直方向平行，或者兩個所述第一傳熱區(qū)域的所述子流道均與豎直方向成第二預(yù)定夾角。
[0015]優(yōu)選地，所述第一傳熱區(qū)域用第二傳熱區(qū)域代替，所述第二傳熱區(qū)域包括一段子流道或多段子流道，所述多段子流道平行間隔排列，并且每一段所述子流道的一端均與所述灌注入口，另一端均與所述灌注出口連接。
[0016]優(yōu)選地，所述第一傳熱區(qū)域用第三傳熱區(qū)域代替，所述第三傳熱區(qū)域包括多段交錯連通的子流道。
[0017]優(yōu)選地，所述高熱導(dǎo)率液體包括室溫下為液態(tài)的金屬萊、室溫下為液態(tài)的金屬鎵、室溫下為液態(tài)的鎵合金、高熱導(dǎo)率離子液體、高熱導(dǎo)率電解質(zhì)溶液以及高熱導(dǎo)率銀漿溶液。
[0018]優(yōu)選地，所述灌注入口和灌注出口均采用橡膠密封，并且所述灌注入口和灌注出口采用微機械加工方法制作。
[0019]—種微流控芯片散熱裝置的制造方法，用于制作上述裝置，所述方法包括以下步驟:
[0020]所述高熱導(dǎo)率微流道與所述產(chǎn)熱區(qū)域的樣本試劑微流道同步制作。
[0021](三)有益效果
[0022]本發(fā)明提供了一種微流控芯片散熱裝置及其制作方法，本發(fā)明利用灌注高熱導(dǎo)率液體的微流道實現(xiàn)微流控芯片的散熱，本發(fā)明的裝置尤其適用于低熱導(dǎo)率微流控芯片片內(nèi)微小區(qū)域的強化傳熱，本發(fā)明的用于強化微小區(qū)域傳熱的高熱導(dǎo)率微流道集成設(shè)置在微流控芯片上，可以與產(chǎn)熱區(qū)域內(nèi)樣本試劑微流道同步設(shè)計、制作，兩者處于同一水平上、等高，也可以設(shè)置在樣本試劑微流道上下兩側(cè)。高熱導(dǎo)率微流道與產(chǎn)熱區(qū)域內(nèi)樣本試劑微流道始終保持非接觸，可在中間設(shè)置微尺度薄膜間隙隔開。高熱導(dǎo)率液體通過簡單的注射方法由微流道灌注入口灌入微流道形成片內(nèi)高熱導(dǎo)率區(qū)域，而多余高熱導(dǎo)率液體則由微流道灌注出口流出。產(chǎn)熱區(qū)域溫度升高時，裝置在產(chǎn)熱區(qū)域附近的高熱導(dǎo)率液體會快速吸收產(chǎn)熱區(qū)域熱量，同時將這些熱量快速傳導(dǎo)至芯片片內(nèi)更大的空間。由于高熱導(dǎo)率液體區(qū)域(第一傳熱區(qū)域、第二傳熱區(qū)域或第三傳熱區(qū)域)遠(yuǎn)大于產(chǎn)熱區(qū)域，高熱導(dǎo)率液體區(qū)域會將產(chǎn)熱區(qū)域產(chǎn)熱吸收傳導(dǎo)至更大面積芯片表面。此時，在芯片表面自然對流作用下，片內(nèi)產(chǎn)熱可自然消除。由于該發(fā)明裝置通過高熱導(dǎo)率微流道將片內(nèi)微小區(qū)域產(chǎn)熱快速吸收并傳導(dǎo)至芯片表面，并在芯片表面自然對流作用下消除片內(nèi)微小區(qū)域產(chǎn)熱，而無需片外強迫散熱裝置。因而，本發(fā)明的微流控芯片散熱裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉、集成性好等諸多優(yōu)點，更重要的是容易實現(xiàn)片內(nèi)微小區(qū)域傳熱的各向異性強化。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明中一個較佳實施例一的微流控芯片散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明中一個較佳實施例二的微流控芯片散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明中一個較佳實施例三的微流控芯片散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明中一個較佳實施例四的微流控芯片散熱裝置的俯視圖；
[0028]圖5為本發(fā)明中一個較佳實施例四的微流控芯片散熱裝置的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0030]一種微流控芯片散熱裝置，用于為所述微流控芯片的產(chǎn)熱區(qū)域進行散熱，其特征在于，所述裝置包括灌注有高熱導(dǎo)率液體的高熱導(dǎo)率微流道，所述高熱導(dǎo)率微流道與所述產(chǎn)熱區(qū)域之間具有微尺度間隔。所述產(chǎn)熱區(qū)域的形狀可為直線形，也可為圓環(huán)形、矩形、圓形等。優(yōu)選地，所述高熱導(dǎo)率微流道與所述產(chǎn)熱區(qū)域之間通過微尺度薄膜形成所述微尺度間隔，上述微尺度間隔用于隔離高熱導(dǎo)率微流道與產(chǎn)熱區(qū)域，是兩者不接觸。
[0031]所述高熱導(dǎo)率液體通過注射方法灌入高熱導(dǎo)率微流道形成片內(nèi)高熱導(dǎo)率區(qū)域，以強化片內(nèi)局部微小區(qū)域?qū)?，降低此區(qū)域內(nèi)的溫度梯度。高熱導(dǎo)率微流道