[發明專利]一種基于熱驅動的微流控反應裝置及方法

有效

• 申請號: 201810893026.1
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN109173950B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 潘建章;方群;張宏;田梅;徐光明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01L3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種基于熱驅動的微流控反應裝置及方法，屬于微流控芯片技術和有機合成領域。該裝置包括微流控反應芯片，所述的微流控反應芯片中設有微通道，且微通道的兩端分別設有通道入口和通道出口；所述通道入口和通道出口處設有用于對通道進行封閉的閉鎖裝置；所述微通道中包含順次連接的第一管段、第二管段和第三管段；所述的第二管段的內管壁上具有用于對流經該管段的液體產生擾流的擾動部；所述第一管段和第三管段的至少一段上設有用于調節該管段內流體溫度的溫控裝置。本發明結構簡單，操作方便，可在密閉條件下實現芯片微通道內流體的加溫加壓反應的同時實現高效混合，達到常規有機反應中磁力攪拌器的攪拌效果。

技術領域

本發明屬于微流控芯片領域，具體涉及一種基于熱驅動的微流控反應裝置及方法。

背景技術

微流控技術起源于一種調節微流體通道中流體的技術，這項技術在生物化學工程中有著廣泛的應用。微流控技術的出現，促進了有機化學、材料科學和生物醫學等相關領域的發展，開辟了得到理想產品的新途徑，同時在分子水平上為深入研究機理提供了可能性。在微流控芯片中進行化學反應，提高了反應的可控性、安全性以及選擇性，使用的試劑量小、反應快速、占地面積小。其中，主要的兩大優勢是：(ⅰ)能在短的時間/空間尺度內進行混合和傳熱/傳質；(ⅱ)可以精確控制到nm和pL水平。這些優點主要來源于熱和質量的傳遞與尺寸有關。流體體積小使得雷諾數低，流體越來越受粘度而不是慣性的影響。此外，通道內表面積與體積的比例大，確保了整個反應器的熱均勻性以及裝置和所含流體之間的高傳熱性。

為解決微流控加溫加壓反應系統的在線混合問題，常見的基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料的微流控芯片系統采用主動的微泵閥實現在線混合，但是微泵閥的材料需要是彈性有機材料，所以基本上在強酸強堿、有機溶劑等常見有機反應體系中受到很大限制。

合成過程通常包括多步反應，而這些多步反應可以通過微反應器快速連續地完成，從而簡化了整個反應并提高了合成效率。在微流控芯片中進行多步合成，需要按正確的順序引入試劑，協調好每個反應，尤其需要盡可能縮短在合成期間流體的停留/混合時間。同時，在合成過程中經常涉及加熱反應。在常規反應器中，可以通過恒溫磁力加熱攪拌器和攪拌磁子的配合使用，實現反應液的加熱攪拌功能。而在微流控芯片中，由于通道尺寸太小，若是在反應芯片內預置一微型磁珠，會出現死體積和熱慣性較大等問題，從而影響合成反應速度和產率。另外，在微流控芯片中對流體進行加熱攪拌操作，也存在一系列問題。比如，芯片中的氣體受熱會膨脹，液體試劑在膨脹氣體作用下在微通道內易呈現無序沸騰的狀態，而難以使其處于加熱的部位，因此需要在密閉條件下進行反應，而密閉隨之帶來通道內的壓力增加，故需要選擇耐高壓材質的芯片。因此，亟需一種新的微流控技術以突破這個瓶頸狀態，實現密閉芯片通道內流體的快速混合及高效加溫加壓合成反應。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于熱驅動的微流控反應系統，基于多溫區熱泵驅動原理，結構簡單，操作方便，目的是實現芯片通道內流體的加溫加壓反應的同時實現混合，達到常規有機反應中磁力攪拌器的攪拌效果。同時，實現芯片通道內多種流體的快速混合及高效合成反應，以用于高效的合成反應。

本發明所采用的具體技術方案如下：

基于熱驅動的微流控反應裝置，其包括微流控反應芯片，所述的微流控反應芯片中設有微通道，且微通道的兩端分別設有通道入口和通道出口；所述通道入口和通道出口處設有用于對通道進行封閉的閉鎖裝置；所述微通道中包含順次連接的第一管段、第二管段和第三管段；所述的第二管段的內管壁上具有用于對流經該管段的液體產生擾流的擾動部；所述第一管段和第三管段中至少一段上設有用于調節該管段內流體溫度的溫控裝置。