[發(fā)明專利]一種微陣列型乳液制備微流控芯片

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010425538.2
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111514951A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙遠(yuǎn)錦;高崴;王月桐
• 申請（專利權(quán)）人: 南京鼓樓醫(yī)院
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

本發(fā)明涉及一種微陣列型乳液制備微流控芯片，包括上蓋板和微通道陣列底板，上蓋板具有連通至微通道陣列底板的兩個進液孔，分別為離散相進口和連續(xù)相進口；微通道陣列底板內(nèi)包含蛇形微通道陣列，蛇形微通道陣列為蛇形閉合結(jié)構(gòu)，蛇形閉合結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)圍成區(qū)域為梯度離散相微通道；所述微通道陣列底板在蛇形微通道陣列周圍設(shè)有凸臺，所述凸臺與蛇形微通道陣列之間具有間隔區(qū)域，為梯度連續(xù)相微通道。蛇形微通道陣列由微通道陣列組成，離散相從梯度離散相微通道通過微通道陣列向梯度連續(xù)相微通道乳化，高通量生成單乳液；梯度連續(xù)相微通道的另一端為單乳液出口。本發(fā)明可優(yōu)化流體分布，實現(xiàn)在單位時間對單乳液生成數(shù)量的控制，獲得不同尺寸的單乳液。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微流控芯片領(lǐng)域，具體涉及一種微陣列型乳液制備微流控芯片。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的單相連續(xù)流微通道中，流體輸運存在著不可避免的問題：(1)流體拋物線流動引起試劑泰勒分散，導(dǎo)致溶質(zhì)在通道中不均勻分布；(2)溶質(zhì)不獨立，存在軸向及徑向擴散問題；(3)溶質(zhì)吸附在通道壁面，產(chǎn)生試劑損失和交叉污染。單乳液是離散相以小液滴形式分布在連續(xù)相中的兩相流體體系，其單乳液微液滴占據(jù)空間小，反應(yīng)體積少，可有效減小試劑消耗；液滴大小可控，反應(yīng)時間可調(diào)，能加速物質(zhì)之間的混合與反應(yīng)速度；反應(yīng)物質(zhì)封裝在微液滴內(nèi)部，形成獨立的微反應(yīng)器，可減少試劑間的交叉污染以及試劑對通道壁面的污染。正由于這些優(yōu)勢，單乳液兩相流可以解決傳統(tǒng)單相連續(xù)流中存在的固有問題，受到了越來越多的關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、能源環(huán)境、化學(xué)材料等領(lǐng)域中，其應(yīng)用場景越來越豐富并處于高速發(fā)展階段。

傳統(tǒng)的單乳液大批量制備方式有機械攪拌法和膜乳化法，但是，由于工藝技術(shù)的限制，制備的單乳液單分散性較差，試劑消耗大。為提高單乳液的單分散性，同時減少試劑消耗，可實現(xiàn)流體精確操控的微流控技術(shù)被引入單乳液制備工藝中。盡管微流控方法解決了單分散性的問題，但由于微通道中的流體流量小，流體每小時的注射量僅幾毫升到幾十毫升，導(dǎo)致液滴乳化過程較慢(一次一滴)，嚴(yán)重制約了單乳液的大批量制備。因此，基于微流控技術(shù)的乳液高通量制備方法受到了廣泛的關(guān)注及研究。

受喇叭狀漸括結(jié)構(gòu)產(chǎn)生連續(xù)梯度壓力以及高度梯度結(jié)構(gòu)產(chǎn)生突變壓力的啟發(fā)，本發(fā)明設(shè)計了一種具有以喇叭狀微通道為基本單元構(gòu)造的蛇形微通道陣列以及梯度連續(xù)相和離散相微通道特征的乳液制備微流控芯片。喇叭狀微通道單元以及梯度連續(xù)相和離散相微通道可產(chǎn)生壓力梯度，在雷諾-瑞利不穩(wěn)定性作用下促進微通道處單乳液的均勻乳化。此外，將喇叭狀微通道單元通過連續(xù)分布構(gòu)建蛇形微通道陣列，該蛇形微通道陣列可優(yōu)化流體分布，并且提高分布在梯度離散相微通道和梯度連續(xù)相微通道間的喇叭狀微通道單元數(shù)量，使得單乳液在多個微通道中并行乳化，以此提高單乳液的產(chǎn)量，達(dá)到乳液高通量制備的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對單乳液制備過程中存在的乳液單分散性低、制備效率低下的問題，而提供了一種以喇叭狀微通道為基本單元構(gòu)造的蛇形微通道陣列以及梯度連續(xù)相和離散相微通道特征的乳液制備微流控芯片。

喇叭狀微通道單元以及梯度連續(xù)相和離散相微通道可產(chǎn)生壓力梯度，在雷諾-瑞利不穩(wěn)定性作用下促進微通道處單乳液的均勻乳化。蛇形微通道陣列可優(yōu)化流體分布，并且提高分布在梯度離散相微通道和梯度連續(xù)相微通道間的喇叭狀微通道單元數(shù)量，使得單乳液在多個微通道中并行乳化，以此提高單乳液的產(chǎn)量，達(dá)到乳液高通量制備的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：