[發(fā)明專利]一種制備具球形空腔聚合物纖維的方法及專用微流控芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310657245.7
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN104695052A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦建華;于躍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: D01F9/04
• 分類號: D01F9/04;D01F1/08;D01D5/24;D01D5/38
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型材料技術(shù)與微流控技術(shù)的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種制備具球形空腔聚合物纖維的方法及專用微流控芯片。

背景技術(shù)

本發(fā)明以微流控技術(shù)為依托。微流控芯片（microfluidic?chip）又稱芯片實(shí)驗(yàn)室（lab?on?a?chip），指的是把常規(guī)實(shí)驗(yàn)室基本操作單元集成到一塊幾平方厘米（甚至更小）的芯片上，由微通道形成網(wǎng)絡(luò)，以可控流體貫穿整個系統(tǒng)，用以取代常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的各種功能的一種技術(shù)。液滴微流控是微流控芯片技術(shù)的一個重要分支。其利用兩相流在T型或夾流等形態(tài)的微流體通道內(nèi)形成單分散的水滴或油滴。單分散的液滴為高通量的微量分析檢查及顆粒材料合成提供了一個強(qiáng)力的支撐。

高分子聚合物指由許多相同的、簡單的結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵重復(fù)連接而成的高分子量化合物。由能夠形成結(jié)構(gòu)單元的小分子所組成的化合物稱為單體，是合成聚合物的原料。由于高分子聚合物材料相對于傳統(tǒng)材料具有更加多樣更加優(yōu)異的特性，因此其發(fā)展速度及應(yīng)用的廣泛性大大超過了傳統(tǒng)材料。可以說高分子材料已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科技等領(lǐng)域的重要材料。高分子材料的一大特性是其能夠根據(jù)需求被方便的加工成各種形態(tài)的材料，例如棒狀，顆粒，纖維等等。但就高分子聚合物纖維來說，由于加工方法的限制，很難制備出具有更加復(fù)雜特殊形態(tài)及成分的纖維材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芗肮δ艿囊笾饾u提高。制備更加復(fù)雜及多形態(tài)，多成分的多功能化聚合物材料，尤其是聚合物纖維材料已成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供了一種基于微流控技術(shù)制備具有球形空腔結(jié)構(gòu)的聚合物纖維的方法及其專用芯片，利用本發(fā)明所提供的芯片及方法，可制備出具有特殊球形空腔的聚合物纖維，尺寸范圍可從微米級到毫米級，聚合物種類多樣，球形空腔間距及大小可調(diào)，并可在空腔內(nèi)包涵多種物質(zhì)。此類具復(fù)制結(jié)構(gòu)及成分的聚合物纖維的應(yīng)用前景廣泛。

本發(fā)明提供了一種微流控芯片，該微流控芯片分為兩層，兩層材料表面均具有通道結(jié)構(gòu)，兩通道結(jié)構(gòu)呈鏡面對稱，兩層芯片材料在兩鏡面對稱通道結(jié)構(gòu)相互重合的情況下被封接在一起；

該芯片具有一個用于引入聚合物單體溶液的連續(xù)相入口及通道、一個用于引入液滴分散相溶液的分散相入口及通道、一個用于引入鞘流溶液的入口及通道、一個用于產(chǎn)生液滴的夾流通道結(jié)構(gòu)單元、一個用于產(chǎn)生聚合物纖維的噴口結(jié)構(gòu)單元、一個聚合物纖維產(chǎn)生通道、和一個產(chǎn)物收集出口。

本發(fā)明提供的微流控芯片，所述夾流通道結(jié)構(gòu)位于噴口結(jié)構(gòu)的上游，是連續(xù)相溶液通道與分散相溶液通道的交匯處，呈十字形。

本發(fā)明提供的微流控芯片，所述噴口結(jié)構(gòu)單元位于夾流通道結(jié)構(gòu)單元的下游，是連續(xù)相溶液通道、鞘流溶液通道及聚合物纖維形成通道三者的交匯處；連續(xù)相溶液通道與聚合物纖維形成通道呈上下分布，具有共同的中心軸；聚合物纖維形成通道直徑大于連續(xù)相溶液通道；鞘流溶液通道分為兩支路，位于噴口結(jié)構(gòu)單元的左右兩側(cè)。

本發(fā)明提供的微流控芯片，所述產(chǎn)物收集出口位于聚合物纖維形成通道的末端，連通芯片通道與外界環(huán)境。

本發(fā)明還提供了基于所述微流控芯片制備具有球形空腔結(jié)構(gòu)的聚合物纖維的方法，利用注射泵，將分散相溶液（揮發(fā)性液體物質(zhì)），連續(xù)相溶液（聚合物單體溶液），鞘流溶液（第三種液體物質(zhì)）分別通過各自的入口注入到微流控芯片的分散相溶液通道，連續(xù)相溶液通道及鞘流溶液通道內(nèi)；調(diào)整各流體的流速到合適的范圍內(nèi)，使各溶液分別流經(jīng)夾流通道結(jié)構(gòu)單元及噴口結(jié)構(gòu)單元，并在各溶液流經(jīng)聚合物纖維形成通道時，通道內(nèi)部或外部施加合適的聚合條件，以使聚合物單體聚合成纖維；隨后在芯片的產(chǎn)物收集出口處即可連續(xù)的收集到包含有液滴的聚合物纖維材料；將收集到的聚合物纖維材料的外部鞘流溶液及內(nèi)部殘留溶劑去除，之后利用液滴溶液的揮發(fā)性將其從聚合物纖維中除去，即可形成具有球形空腔的聚合物纖維；通過在液滴分散相溶液中預(yù)先加入某種物質(zhì)，可將此物質(zhì)包涵在聚合物纖維的球形空腔內(nèi)，以賦予這種纖維材料特殊的性能。

本發(fā)明提供的制備具有球形空腔結(jié)構(gòu)的聚合物纖維的方法，在所述夾流通道結(jié)構(gòu)單元處，分散相溶液會自動的形成液滴并被包涵在連續(xù)相溶液中，并被攜帶到下游的噴口結(jié)構(gòu)單元。

本發(fā)明提供的制備具有球形空腔結(jié)構(gòu)的聚合物纖維的方法，在所述噴口結(jié)構(gòu)單元處，載有液滴的連續(xù)相溶液及鞘流溶液連續(xù)的從各自的通道匯入到聚合物纖維產(chǎn)生通道，形成了內(nèi)部為聚合物單體溶液，外部為鞘流溶液的鞘流流型。