[發(fā)明專利]一種用于多結(jié)構(gòu)復(fù)合微液滴規(guī)模化可控制備的微流控裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110457152.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN113145190B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王炳捷;白志山;張城;楊曉勇;譚紹洹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01L3/00
• 分類號(hào): B01L3/00
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責(zé)任公司 31203
• 代理人: 李鴻儒;程意意

本發(fā)明涉及一種用于多結(jié)構(gòu)復(fù)合微液滴規(guī)模化可控制備的微流控裝置，由隔板間隔的三個(gè)功能區(qū)域堆疊構(gòu)成，自上而下分別是閥門控制功能區(qū)、液滴制備功能區(qū)和流體分配功能區(qū)。閥門控制功能區(qū)以氣或液/磁驅(qū)動(dòng)閥門閉合/開啟狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多組分微液滴的結(jié)構(gòu)調(diào)控。流體分配功能區(qū)以多形式蛇形通道結(jié)構(gòu)組合，實(shí)現(xiàn)分配通道中各流體流速的均等分配，并將對(duì)應(yīng)分散相(連續(xù)相)流體輸送至液滴制備功能區(qū)。液滴制備功能區(qū)包含在二維平面上并聯(lián)排布的多個(gè)相同液滴制備單元，其中液滴制備單元以交錯(cuò)流型或聚焦流型結(jié)構(gòu)微通道多級(jí)串聯(lián)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)復(fù)合微液滴高通量制備。此微流控裝置適用于多領(lǐng)域高單分散性、高結(jié)構(gòu)性和高功能性復(fù)合顆粒材料的可控規(guī)模化制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微化工領(lǐng)域，具體涉及到一種用于多結(jié)構(gòu)復(fù)合微液滴規(guī)模化可控制備的微流控裝置。

技術(shù)背景

液滴微流控技術(shù)是當(dāng)今備受關(guān)注的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一，在化工、能源、環(huán)境、醫(yī)藥等領(lǐng)域中都起到了非常重要的作用。與傳統(tǒng)液滴成型方法相比，液滴微流控技術(shù)具有優(yōu)異的流體微尺度相界面調(diào)控能力，可實(shí)現(xiàn)高單分散性、高結(jié)構(gòu)性和高功能性復(fù)合微液滴的可控制備。但受限于單位時(shí)間內(nèi)單一微通道中液滴制備較低的產(chǎn)能，難以滿足工業(yè)級(jí)產(chǎn)量要求，且微通道裝置結(jié)構(gòu)一經(jīng)確定不可變更，無法利用同一微流控裝置實(shí)現(xiàn)多結(jié)構(gòu)復(fù)合微液滴的可控制備。由于微通道本身具有可重復(fù)且不產(chǎn)生放大效應(yīng)的特性，配合氣/液/磁驅(qū)動(dòng)閥門開啟/閉合狀態(tài)調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)微通道結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，突破復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)合微液滴的可控規(guī)模化制備的瓶頸。

中國發(fā)明專利(ZL201610641007.0)公開了一種規(guī)模化制備液滴的微流控模塊，此發(fā)明采用多級(jí)模塊化放大策略，模塊設(shè)計(jì)包括并聯(lián)、堆疊兩個(gè)放大過程。在具體實(shí)施例中，借助蛇形通道均等分配分支流通道內(nèi)流體流速，通過在單個(gè)芯片組以環(huán)形陣列方式并聯(lián)排布八個(gè)微通道，再采用十個(gè)芯片組堆疊構(gòu)成模塊組，將殼聚糖微球產(chǎn)量提升至480mL/h。然而此芯片結(jié)構(gòu)固定、不可變更，僅可實(shí)現(xiàn)單組份微液滴的批量制備，無法用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)多組分微液滴的可控規(guī)模化制備。

中國發(fā)明專利(ZL201510733141.9)公開了一種多組分微液滴微流控芯片及其加工方法，此發(fā)明通過對(duì)微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和表面改性處理，實(shí)現(xiàn)了單一組份微液滴的連續(xù)制備。但當(dāng)需要合成Janus液滴、O/W/O(油包水包油型)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)合液滴時(shí)，則需利用多組分預(yù)混合或者多塊芯片串聯(lián)，通過前步過程首先獲得內(nèi)部微液滴，再將其作為分散相引入微流控芯片，結(jié)合連續(xù)相的再次剪切作用獲得。此制備過程相對(duì)繁瑣，且無法實(shí)現(xiàn)液滴的規(guī)模化制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于突破微流控技術(shù)在高通量制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)多組分微液滴的瓶頸，提供一種用于多結(jié)構(gòu)復(fù)合微液滴規(guī)模化可控制備的微流控裝置。本發(fā)明所涉及的微流控裝置的液滴制備總產(chǎn)量為Q，Q＝η×M，其中η為液滴制備功能區(qū)中單個(gè)液滴制備單元的液滴產(chǎn)量，M為液滴制備單元數(shù)，M＝N×2^i-1。蛇形通道數(shù)N可依據(jù)芯片基板尺寸進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)受加工精度的影響。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種用于多結(jié)構(gòu)復(fù)合微液滴規(guī)模化可控制備的微流控裝置，其特征在于，所述的微流控裝置為一塊由隔板間隔的三個(gè)縱向串聯(lián)的功能區(qū)域組成的芯片，所述的功能區(qū)域自上而下分別是閥門控制功能區(qū)、液滴制備功能區(qū)和流體分配功能區(qū)；

所述的流體分配功能區(qū)位于最下方，自下而上為依次疊置的底板、連續(xù)相I流體分配層、微通道分隔層I、分散相流體分配層、以及s級(jí)間隔排列的微通道分隔層和連續(xù)相流體分配層，s＝1,2,3...，由液滴制備功能區(qū)中液滴制備微通道層微通道串聯(lián)級(jí)數(shù)j決定，s＝j(luò)-1；每個(gè)流體分配層包括與之對(duì)應(yīng)的獨(dú)立流體進(jìn)口，分別與外部獨(dú)立的流體輸送泵閥系統(tǒng)相連；所述的各個(gè)流體分配層呈中心圓孔結(jié)構(gòu)，沿圓周等間距設(shè)置N個(gè)流體分配通道，通道數(shù)N由芯片基板尺寸和加工精度決定，其中N＝1,2,3…；每個(gè)流體分配通道采用扇形漸擴(kuò)或矩形等寬排布的多級(jí)蛇形微通道i級(jí)串聯(lián)構(gòu)成，其中i＝2,3,4…，第i級(jí)采用扇形漸擴(kuò)或矩形等寬排布的一種或兩種蛇形微通道并聯(lián)構(gòu)成，末級(jí)蛇形通道流體出口與液滴制備功能區(qū)各液滴制備單元對(duì)應(yīng)流體入口相連；