[發明專利]一種聲表面波調控的高通量微液滴生成裝置及方法

有效

• 申請號: 202010018850.X
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111085281B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 韋學勇;金少搏
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種聲表面波調控的高通量微液滴生成裝置及方法，裝置包括叉指換能器，叉指換能器上制作有一個弧形叉指電極，叉指換能器上部鍵合有PDMS微流道系統，PDMS微流道系統由頂層PDMS流道、中層PDMS流道和底層PDMS流道鍵合形成；方法是先將裝置固定在顯微鏡的載物臺上，通過注射泵將分散相與連續相調整到相應的流速，在裝置中的各T型微流道處，連續相將分散相剪切成微液滴，然后按下信號發生器“輸出”按鈕，叉指換能器上產生匯聚聲表面波，聲壓場作用于連續相以增加相應的流阻，作為聲學閥調控連續相的流速,從而實現對液滴大小的調控；本發明在保證液滴高通量生成的同時，調節輸入正弦電壓幅值、頻率的大小，可以柔性實時調控微液滴的生成大小。

技術領域

本發明涉及微流控技術領域，特別涉及一種聲表面波調控的高通量微液滴生成裝置及方法。

背景技術

微液滴在生物醫學研究、化學材料制造應用十分廣泛，其中微液滴生成方法至關重要，不同的方法在液滴生成速率和均勻性方面相差很大。隨著微流控技術的發展，出現了被動式微液滴生成方法和主動式微液滴生成方法。目前，微液滴的被動式生成方法主要有共流法、流式匯聚法、T型微流道法以及基于以上方法的衍生方法，通過調節分散相和連續相的輸入壓力，分散相可以被連續相快速剪成微液滴，液相通常是油和水溶液。然而，在大多數被動式微液滴產生裝置中，壓力源通常遠離微流控芯片，需要通過很長的連接管與微流體芯片相連，流體或通道材料的可壓縮性會引起時間延遲，如果需要在調節液滴尺寸時進行按需實時調控，以上方法有一些局限，需要較長的系統響應時間來穩定液滴產生。

為了解決以上問題，出現了以磁控、電控、聲控等外力與以上被動方法相結合的微液滴產生方法，可以通過外力實時柔性的調控微液滴生成大小。目前出現的與表面聲波相關的液滴生成的研究有，Jason C.Brenker和David J.Collins將高頻SAW作為一種壓力源，通過定時脈沖電壓，產生聲表面波，作用于微流道中的兩相流界面，實現了液滴的生成(詳見Jason C.Brenker,David J.Collins,Hoang Van Phan,Tuncay Alan and AdrianNeild.Lab Chip,2016,16,1675-1683.David J.Collins,Tuncay Alan,KristianHelmerson and Adrian Neild,Lab Chip,2013,13,3225-3231.)。Lothar Schmid將聲表面波作為動力源，在T型流道中生成了可控大小的微液滴(詳見Lothar Schmid and ThomasFranke.Applied Physics Letters 104,133501(2014).)，利用對流式匯聚生成液滴的裝置施加SAW的作用，實現了對生成液滴大小的控制(詳見Lothar Schmid and ThomasFranke.Lab Chip,2013,13,1691-1694.)。

但在以上聲控液滴生成方法中，使用的微流控裝置大多為二維流道，其生成速率有一定的限制，不適于大通量微液滴的生成，特別是當需要進行大規模液滴快速生成的時候，生成速率難以滿足需要,亟需主動式液滴實時調控的高通量微流控生成裝置。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種聲表面波調控的高通量微液滴生成裝置及方法，通過T型微流道結構的環形陣列化排布，實現微液滴的高通量生成，微液滴的大小可通過集成在裝置內的叉指換能器產生的聲表面波的輸入電壓和頻率進行柔性調節；不僅適用于微液滴的高通生成，還適用于微氣泡的高通生成。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種聲表面波調控的高通量微液滴生成裝置，包括叉指換能器1000，叉指換能器1000上制作有一個弧形電極，叉指換能器1000上部鍵合有PDMS微流道系統，弧形電極與PDMS微流道系統配合；PDMS微流道系統由頂層PDMS流道700、中層PDMS流道800和底層PDMS流道900鍵合形成；PDMS微流道系統設有連續相入口接頭100、分散相入口接頭200、第一收集出口接頭300、第二收集出口接頭400、第三收集出口接頭500、第四收集出口接頭600。