本實用新型涉及化學(xué)教學(xué)器具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于微流控芯片技術(shù)制作的化學(xué)反應(yīng)速率教學(xué)用微芯片。

背景技術(shù)：

本技術(shù)屬于微型化化學(xué)反應(yīng)裝置和微流控芯片技術(shù)的交叉領(lǐng)域，其主要思路是利用微流控芯片的制作技術(shù)，制作新型微型化分析化學(xué)教學(xué)器具，Manz A等人于20世紀(jì)90年代初首次提出了微型全分析系統(tǒng)(miniaturized total analysis system，μ-TAS)的概念。其中的微流控芯片綜合了分析化學(xué)、微機電系統(tǒng)(mi-cro-electro-mechanical system，MEMS)、計算機、材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域，將化學(xué)實驗室的各項功能如樣品預(yù)處理、進樣、分離與檢測等，集成到信用卡大小的芯片上，實現(xiàn)實驗室的微型化，可以大大縮短整個分析流程所需要的時間；也能將試劑的消耗降低到微升甚至納升級，可以實現(xiàn)多種分析功能。從本世紀(jì)初開始，微流控芯片技術(shù)得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于芯片毛細(xì)管電泳、材料合成、免疫分析、細(xì)胞操縱、蛋白質(zhì)結(jié)晶研究等眾多領(lǐng)域，是分析科學(xué)研究的熱點之一。但是該技術(shù)目前主要是應(yīng)用在科研方面，教研方面應(yīng)用較少，然而微芯片法耗材少，便攜性好等特點恰恰符合綠色化學(xué)、微型化化學(xué)實驗的要求，也方便實現(xiàn)理實一體化教學(xué)，因此其在教學(xué)領(lǐng)域也具有非常廣泛的應(yīng)用前景。另一方面，目前微芯片制作的技術(shù)如MEMS技術(shù)等較為昂貴，這也限制了其在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

微型化實驗是20世紀(jì)80年代崛起，國際上公認(rèn)的能體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的化學(xué)實驗的新技術(shù)和新方法。其具有節(jié)約藥品，節(jié)省時間，減少實驗的“三廢”等優(yōu)點，引起了國內(nèi)外實驗教學(xué)人員的普遍重視。但是微型化裝置一般來說還是需要有配套的水電等設(shè)施，無法真正帶入課堂進行實驗，同時儀器設(shè)備需要特制，因此價格上也較貴，無法實現(xiàn)教師乃至學(xué)生對反應(yīng)裝置的自我設(shè)計。

如化學(xué)反應(yīng)速率是重要的化學(xué)教學(xué)內(nèi)容，但是相對而言其知識較為枯燥和抽象，雖然可以通過一定的實際例子等讓同學(xué)理解濃度、溫度、壓力、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，但是不夠具體形象。因此設(shè)計出一款化學(xué)反應(yīng)速率教學(xué)用的微芯片，構(gòu)建出濃度梯度和溫度梯度，選擇合適的反應(yīng)體系，從而直觀的讓學(xué)生理解到濃度和溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，是非常有意義的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是設(shè)計出一種便攜的、可以在課堂上直接演示化學(xué)反應(yīng)速率原理的微芯片，達到更好的教學(xué)效果。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為：一種化學(xué)反應(yīng)速率教學(xué)用微芯片，包括芯片本體，所述芯片本體內(nèi)設(shè)有進樣管道和進水管道，所述進樣管道和進水管道通過交匯管道與其下端的若干個出樣管道相連通，任一個所述出樣管道的出口均設(shè)有兩個連通的儲液槽。

進一步的，所述出樣管道的數(shù)量為五個，所述儲液槽在出樣管道的出口處呈兩行五列排布。

進一步的，五個所述出樣管道內(nèi)可形成不同濃度梯度的硫代硫酸鈉溶液。

進一步的，下端儲液槽集成有可用電池加熱的加熱元件。

進一步的，任一個所述儲液槽的厚度均相同。

進一步的，所述交匯管道由三個橫向管道以及位于橫向管道之間的多個縱向管道相互連通而構(gòu)成。

進一步的，所述進樣管道入口設(shè)有進樣口，所述進水管道入口設(shè)有進水口。

本實用新型的有益效果在于：

1、本芯片通過濃度梯度芯片和集成加熱元件從而在微芯片上構(gòu)建濃度梯度和溫度梯度，選擇適合的反應(yīng)體系可以方便的讓學(xué)生理解到濃度和溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，直觀的觀察到現(xiàn)象，達到更好的教學(xué)效果。

2、制作成本低廉，無需任何大型儀器設(shè)備，方便進行大規(guī)模生產(chǎn)，滿足教學(xué)使用，同時可在普通實驗室進行設(shè)計加工，無需特制儀器設(shè)備，方便教師乃至學(xué)生對相關(guān)裝置進行制作。

3、制備出的芯片便攜性好，可以攜帶到課堂進行理實一體化教學(xué)。

4、相比較打印模板法該方法獲得的芯片管道寬，演示區(qū)域大，現(xiàn)象更明顯。同時實現(xiàn)了打印模板法制備的芯片難以制備的具有三維結(jié)構(gòu)的芯片。

以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型微芯片的結(jié)構(gòu)及其制備過程做進一步詳細(xì)的說明，從而幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員進一步理解本設(shè)計提供的微芯片。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本實用新型微芯片的示意圖；

圖2為微芯片的制備過程示意圖；

圖中：進樣管道1；進水管道2；橫向管道30；縱向管道31；出樣管道4；儲液槽5；芯片本體6；培養(yǎng)皿7；PDMS下底片8；加熱元件9；進樣口10；電池11；進水口20。

具體實施方式

如圖1所示，為本設(shè)計提供的用于化學(xué)反應(yīng)速率的教學(xué)用微芯片的示意圖，包括芯片本體6，所述芯片本體6內(nèi)設(shè)有進樣管道1和進水管道2，進樣管道1入口設(shè)有進樣口10，所述進水管道2入口設(shè)有進水口20，所述進樣管道1和進水管道2通過交匯管道與其下端的五個出樣管道4相連通，任一個所述出樣管道4的出口均設(shè)有兩個連通的儲液槽5，從而儲液槽在出樣管道的出口處呈兩行五列排布，且任一個所述儲液槽的厚度均相同，下端的一行儲液槽集成有可用電池加熱的加熱元件9，本設(shè)計中的加熱元件采用加熱片，加熱元件9對下端的儲液槽5進行加熱，從而在上端儲液槽和下端儲液槽之間形成溫度梯度；所述交匯管道由三個橫向管道30以及位于橫向管道之間的多個縱向管道31相互連通而構(gòu)成，三個所述橫向管道30由上至下依次排布，上端與中間的橫向管道之間設(shè)有三個縱向管道31，中間與下端的橫向管道之間設(shè)有四個縱向管道31，上端的橫向管道與進樣管道1和進水管道2相連通，下端的橫向管道與出樣管道4相連通。

使用本實用新型提供的微芯片演示化學(xué)反應(yīng)速率的原理如下：將0.5mol/L的硫代硫酸鈉溶液和純水分別從進樣口10和進水口20注射至進樣管道1和進水管道2內(nèi)，硫代硫酸鈉溶液和純水混合后通過交匯管道流入出樣管道4內(nèi)，因硫代硫酸鈉溶液與純水混合后通過交匯管道分別到達各個出樣管道4所經(jīng)歷的行程不同，從而在五個出樣管道4內(nèi)形成不同濃度梯度的硫代硫酸鈉溶液，同時，在任一個出樣管道的出口處，依次排列的儲液槽5將形成不同溫度的吸收池。而在各組儲液槽內(nèi)事先加入0.1mol/L的硫酸溶液，這樣在各槽內(nèi)將發(fā)生如下反應(yīng)：

Na₂S₂O₃+H₂SO₄＝＝Na₂SO₄+S↓+SO₂+H₂O

因為任一個出樣管道4出口處的儲液槽內(nèi)硫代硫酸鈉溶液濃度和槽的溫度不同，從而可以觀察到各行中硫代硫酸鈉濃度大的出現(xiàn)硫沉淀的速度快，同時各列中加熱后的儲液槽內(nèi)出現(xiàn)硫沉淀的速度快，通過觀察同學(xué)將輕易得出化學(xué)反應(yīng)速率與濃度和溫度的關(guān)系。

在制備上述化學(xué)反應(yīng)速率教學(xué)用的微芯片的過程中，本課題組采用過多種方法，所采用的方法為打印模板法、焊錫絲-面粉混合模板法，打印模板該方法所用設(shè)備簡單且效果明顯，有一定的實用價值，但是限于打印機的限制其演示區(qū)域較薄，現(xiàn)象不是很明顯，且只能獲得二維圖形，沒有獲得三維厚度的能力。焊錫絲-面粉混合模板法模板易被破壞，是一次性模板，焊錫絲不易固定，這些方法均有一定缺陷。

針對上述的缺陷，本實用新型中的微芯片采用熱熔膠、培養(yǎng)皿、磁鐵石為模板，用聚二甲基硅橡膠(即PDMS)制備，參照圖2，制備方法如下：

1)在底部平整的方形塑料培養(yǎng)皿中設(shè)計好進樣管道、進水管道、交匯管道和出樣管道的位置，用熱熔膠在培養(yǎng)皿中的相應(yīng)管道處刻畫出凸起的管道模型，即用熱熔膠沿管道的形狀進行涂覆，等其凝固；

2)在每一個出樣管道出口依次放置兩塊厚度相同的磁鐵石，這兩塊磁鐵石之間用熱熔膠連通；培養(yǎng)皿的下方可放置在鐵盒表面，從而通過磁力作用固定磁鐵石的位置，完成具有三維空間結(jié)構(gòu)的模板；

3)將PDMS膠按照單體：固化劑＝10:1的比例配好，混合均勻倒入培養(yǎng)皿中，超過磁鐵石所在的表面，靜置排盡氣泡后，在60°的溫度下烘干兩個小時；

4)將烘干完成的PDMS膠體從培養(yǎng)皿中剝離下來，去除磁鐵石；

5)使用另外一塊集成加熱片的PDMS下底片8封接貼緊在芯片本體的下表面，保證加熱片對準(zhǔn)最下端的儲液槽，從而形成芯片本體，在進樣口和進水口等處打孔，即可用于實驗，制備好的芯片本體能通過熱溶膠拷貝形貌制備新的模板，保證芯片的重現(xiàn)性。

以上示意性的對本實用新型及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實用新型的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實用新型創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。