[發明專利]一種基于微流控芯片的雙尺寸微液滴的產生方法

有效

• 申請號: 201810322608.4
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108671970B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 水玲玲;尹生平;金名亮
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;B01J2/02;G01N21/85
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任重

本發明提供了一種基于微流控芯片的雙尺寸微液滴的產生方法，將分散相和連續相注入微流控芯片中，在微流控芯片的剪切口處形成雙尺寸微液滴，微通道的剪切口高度和寬度均為10~100微米，長寬比為（10~1）：1；連續相的流速為5~10μL/min，分散相的流速0.5~5.0μL/min。本發明結合通道設計和流速控制兩個因素，通過設計芯片的微通道的從入口到出口的整體結構設計，剪切口的形狀及尺寸，實現在單一通道內一步法直接產生雙尺寸液滴，其產生液滴的性能穩定，在一定通道尺寸內受流速影響小，可重復性好，并且可通過體積控制小液滴的尺寸；從而減少了分裂、分離通道的設計，減化了芯片加工以及流體操縱的操作難題。

技術領域

本發明屬于微流控芯片技術領域，尤其是微流控微液滴的生成。更具體地，涉及一種基于微流控芯片的雙尺寸微液滴的產生方法。

背景技術

液滴微流控 (droplet microfluidic)是近年來基于微流控芯片技術的一種全新的操縱微小體積液體的技術。液滴微流控中微液滴的形成類似于常見的乳化現象。在傳統的乳化過程中，兩種不相溶的液體，如油相與水相，在容器中一般會因為互不相溶而分成兩層，密度低的在上層，密度高的在下層；若加入適當的表面活性劑并強烈攪拌，油相被分散在水相中或者水相被分散在油相中形成乳液。在微流控芯片中的液滴產生，是將兩種互不相溶的液體，在流體的剪切力、界面張力、粘滯力等的作用下，其中的一相作為連續相，另一種流體作為分散相，通過微通道的尺度限制，在流體剪切力的作用下，將分散相分割形成微小體積 (10^-15～10^-9 L)的液滴分散于連續相中，形成含有微液滴的乳液。因為微流控芯片中，體積微小，流速可控，因此可以產生粒徑均勻的微液滴，可廣泛用于化學、生物醫學和光電器件中。因此，液滴微流控技術是微流控芯片技術眾多應用中的重要分支之一，它是基于微流控芯片發展起來的操縱微小體積液滴的技術, 可以實現微液滴的穩定生成、表面處理、破裂、融合及多液滴制備等。

雙尺寸液滴指的是在同一種芯片中，同時產生兩個大小不同的液滴，在相同條件下，產生的大小兩個液滴的尺寸不變，并且可以在一定的參數范圍內，在通道中連續穩定的產生。

常用的衛星液滴雙尺寸因為在高流速下，流體前端在產生液滴過程中的界面在形成液滴的過程中被干擾而形成的，因此是動態變化的，受流體性能、流速等影響非常大。例如，流體在高速流動剪切下前端不穩定，因此在前一個液滴形成過程中倒置內相前端并因為 Rayleigh-Plateau原理而斷裂形成一個子液滴。以上方法其雙尺寸液滴主要由流體的流速和粘度決定的，受流體流速影響很大，比較難控制。

其他基于液滴微流控技術產生雙尺寸微液滴，是運用微通道流動阻力差異原理設計微液滴分裂的微通道，通過分裂、分離微通道來實現兩種不同尺寸液滴產生，而分裂、分離通道的存在無疑增加了微通道長度，給器件加工以及流體操縱帶來了更多的困難。上述雙尺寸微液滴的生成方法都需要經過兩個功能單元來完成，即液滴的生成單元以及分裂、分離單元。即微液滴首先在液滴生成單元產生，再經微通道分裂、分離單元產生雙尺寸液滴。也有文獻報道了在通道中設計阻礙點，將產生的大液滴“切割”開產生雙尺寸液滴。以上方法液滴的產生和分裂處于不同的階段和分開控制，因此對芯片的設計和加工要求比較高。由于液滴分離時需要使用分裂通道結構將一個液滴分離，增加了通道長度和流體在通道中的阻力，增加了實驗過程調節連續相和分散相流速的難度，影響雙尺寸液滴生成的效果而且兩個階段相互影響，并且為了實現液滴的“分割”液滴產生的頻率較慢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于微流控芯片的雙尺寸微液滴的產生方法。

本發明利用單一通道連續產生穩定的雙尺寸液滴，可解決常見微流控芯片中利用額外的分裂通道或者基于快速不穩定流體分裂得到的雙尺寸液滴的問題。

本發明的上述技術目的通過以下技術方案實現：