[發(fā)明專利]一種雙支路實(shí)現(xiàn)微液滴兩次分裂功能的微通道

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610693312.4
• 申請日: 2016-08-19
• 公開（公告）號: CN106215988B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉趙淼;張龍祥
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

形成于微流控芯片中的微液滴具有微反應(yīng)器的功能，并成為合成和分析領(lǐng)域的一種新型平臺。其應(yīng)用領(lǐng)域包括納米材料合成、蛋白質(zhì)結(jié)晶、生物酶分析、細(xì)胞分析、血液檢測、高通量藥物篩選等。

背景技術(shù)

微流控芯片技術(shù)是近年來迅速發(fā)展的多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，其具有反應(yīng)或者分析時(shí)間短等顯著優(yōu)點(diǎn)。液滴微流控技術(shù)是微流控芯片技術(shù)眾多應(yīng)用中的重要分支之一，它是基于微流控芯片發(fā)展起來的一種全新的操縱微小體積液滴的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)微液滴的穩(wěn)定生成、表面處理、破裂、融合及多層液滴制備等。微液滴可作為反應(yīng)器進(jìn)行酶反應(yīng)動力學(xué)分析、材料合成、蛋白質(zhì)結(jié)晶分析、藥物釋放和血液檢測等。液滴微流控芯片相比于單相流微流控芯片，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于單個(gè)液滴成為反應(yīng)器，可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)反應(yīng)或者分析，具有高通量合成和分析的特點(diǎn)。微液滴的再分裂可以進(jìn)一步提高芯片的通量。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)微液滴兩次分裂的微通道，該通道將增加芯片反應(yīng)的通量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于上游分叉下游又匯合的雙支路微通道流動阻力差異原理，設(shè)計(jì)了微液滴兩次分裂的微通道。第1個(gè)液滴（體積大于捕獲腔體積）在上游的交叉處發(fā)生第一次分裂，分裂后的子液滴分別流經(jīng)兩個(gè)支路。其中流經(jīng)流阻較小通道的子液滴由于受到連續(xù)相的擠壓作用在下游交匯處發(fā)生第二次分裂。因此該發(fā)明的微通道使同一微液滴在上游和下游的交匯處發(fā)生兩次分裂以實(shí)現(xiàn)芯片通量增加的目的。

本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)微液滴兩次分裂的微通道，該微通道包含兩個(gè)功能單元，即液滴生成單元1和分裂單元，液滴生成單元1和分裂單元相連接；所述液滴生成單元1為用以生成微液滴的T型通道，其由離散相入口I和連續(xù)相入口II交匯組成，離散相入口I和連續(xù)相入口II相互垂直布置；所述分裂單元是用以實(shí)現(xiàn)微液滴兩次分裂的功能結(jié)構(gòu)，分裂單元的上游即第一分裂區(qū)2由支路Ⅲ和支路Ⅳ分叉構(gòu)成，分裂單元的下游即第二分裂區(qū)3由支路Ⅲ和支路Ⅳ匯合構(gòu)成。支路Ⅲ和支路Ⅳ相連接組成口字型結(jié)構(gòu)，支路Ⅳ為倒U形結(jié)構(gòu)，支路Ⅲ為底部的水平結(jié)構(gòu)，支路Ⅲ中間設(shè)有正方形凹槽。

工作時(shí)，離散相（水相）與離散相入口Ι相連，連續(xù)相（油相）與連續(xù)相入口II相連，第二分裂區(qū)3與出口4相連。在連續(xù)相施加給離散相的剪切力和壓力共同作用下，在液滴生成單元1處生成大小均一的微液滴，這為液滴后續(xù)兩次分裂做“前期準(zhǔn)備”。

生成的第一液滴5在連續(xù)相的推力作用下逐漸運(yùn)動至第一分裂區(qū)2，被“剪斷”成第二液滴6和第三液滴7。第二液滴6和第三液滴7在連續(xù)相的推力作用下分別在支路Ⅳ和支路Ⅲ運(yùn)動。由于支路Ⅳ阻力R_Ⅳ大于支路Ⅲ阻力R_Ⅲ，第三液滴7較第二液滴6先運(yùn)動至下游的第二分裂區(qū)3。第二分裂區(qū)3處通道寬度變窄，第三液滴7在該處又一次被分裂成第四液滴8和第五液滴9。由此第一液滴5流經(jīng)第一分裂區(qū)2和第二分裂區(qū)3被分裂成三個(gè)液滴，即實(shí)現(xiàn)兩次分裂，這將直接提高液滴微流控芯片的通量。

微通道通過軟光刻工藝加工而成，采用的材料為聚二甲基硅氧烷（PDMS）。

本發(fā)明在不增加額外驅(qū)動或者控制裝置的基礎(chǔ)上，利用簡單兩支路交匯結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)液滴兩次分裂，且同已有的T型通道和分叉型實(shí)現(xiàn)液滴分裂功能的微通道相比，該發(fā)明可以在一個(gè)簡單的通道結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)兩次分裂液滴功能，這使得微流控芯片實(shí)現(xiàn)高通量生化反應(yīng)成為可能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)微液滴兩次分裂微通道結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明是分裂區(qū)雙支路局部結(jié)構(gòu)放大示意圖。

圖3是實(shí)現(xiàn)微液滴兩次分裂實(shí)驗(yàn)效果圖。

具體實(shí)施方式

附圖對一種雙支路實(shí)現(xiàn)微液滴兩次分裂功能的微通道工作過程和效果進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明和驗(yàn)證。

圖1為一種雙支路實(shí)現(xiàn)微液滴兩次分裂功能微通道結(jié)構(gòu)示意圖。主要包含離散相入口、連續(xù)相入口、液滴生成單元、分裂單元和出口。工作時(shí)注射泵分別通過PE管同離散相入口和連續(xù)相入口相連接。出口通過PE管連接至廢液池。由圖3可證明該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)微液滴兩次分裂的功能。