[發(fā)明專利]以并行化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)微液滴高通量制備的三維微流控芯片

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110581490.9
• 申請(qǐng)日: 2021-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN113304790A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余子夷;袁羚峰;張靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01L3/00
• 分類號(hào): B01L3/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 高艷敏

本發(fā)明公開了一種通過并行化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)微液滴高通量制備的三維微流控芯片，包括微液滴單元生成層、鍵合在微液滴單元生成層下表面的基底層、以及鍵合在微液滴單元生成層上表面的液體分配層，所述微液滴單元生成層的下表面有若干并行化設(shè)置的液滴生成單元，每個(gè)所述液滴生成單元用于生成微液滴，所述液體分配層的下表面設(shè)有連續(xù)相分配流道和分散相分配流道，所述連續(xù)相流道用于使連續(xù)相流體分別進(jìn)入每個(gè)液滴生成單元，所述分散相流道使相應(yīng)的分散相流體分別進(jìn)入每個(gè)液滴生成單元。本發(fā)明所述的三維微流控芯片裝置通過并行了數(shù)個(gè)微液滴生成單元，可以實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)間內(nèi)，微液滴的產(chǎn)量提高數(shù)倍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微流控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通過并行化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)微液滴高通量制備的三維微流控芯片及方法。

背景技術(shù)

液滴微流控技術(shù)是一項(xiàng)在微流道內(nèi)通過多相流剪切形成單分散液滴，并對(duì)其進(jìn)行操控的技術(shù)。該技術(shù)得益于能夠在微尺度的流道之中，對(duì)多相流體之間的表面張力、粘性力等進(jìn)行精確控制，對(duì)每種流體的速度可以進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，使之能夠生產(chǎn)具有單分散、高度均勻性的微液滴。微流控技術(shù)所制備的微液滴已被證實(shí)可以在化學(xué)反應(yīng)、材料合成、生物分析等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景。盡管如此，微流控的液滴低產(chǎn)量(＜10mL h^-1)一直是阻礙著這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室階段向著商業(yè)大規(guī)模應(yīng)用化轉(zhuǎn)變。一個(gè)微液滴生成單元的產(chǎn)量是有限的，但通過將數(shù)個(gè)微液滴生成單元并行以梯狀的設(shè)計(jì)排列，可以實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)間內(nèi)使得微液滴產(chǎn)量提升數(shù)倍。N個(gè)微液滴生成單元擁有N個(gè)連續(xù)相入口、N個(gè)分散相入口以及N個(gè)收集出口，原則上則需要N+N臺(tái)進(jìn)液設(shè)備，這顯然是耗時(shí)、耗力，并且將大大增加成本。目前所常用的液滴微流控裝置大多是二維的流體流道，無論如何設(shè)計(jì)，微液滴的生成速率存在一定的限制，并不滿足高通量的微液滴的生成。中國(guó)專利(授權(quán)號(hào)：ZL201911031393.1)公布了一種用于高通量微液滴生成的三維微流控裝置及方法，涉及采用樹枝狀微流控流道分配液體的方法，但這種設(shè)計(jì)中的流體分支會(huì)占用較大的空間，相較于本發(fā)明所采用的梯狀的流道分布設(shè)計(jì)會(huì)容納更少的微液滴生成單元，且如果流體分枝中有一條流道發(fā)生了堵塞，會(huì)對(duì)于呈對(duì)稱性流道中的流體分布造成一定的影響。中國(guó)專利(公開號(hào)為CN109908983A)公布了一種具有三維錐型結(jié)構(gòu)的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，涉及一種具有三維錐形結(jié)構(gòu)的微流控芯片。中國(guó)專利(公開號(hào)為CN206492517U)公布了一種基于PMMA材料的內(nèi)嵌三維流道式微流控芯片。中國(guó)專利(公開號(hào)為CN209144161U)公布了一種微流控芯片系統(tǒng)，包括了微液滴產(chǎn)生裝置、動(dòng)力產(chǎn)生裝置、收集瓶及連通微液滴產(chǎn)生裝置、動(dòng)力產(chǎn)生裝置及收集瓶的連接裝置。但是在以上的方法之中，其微液滴的生產(chǎn)速率是受到一定的限制的，并不能滿足高通量制備微液滴所需要的生產(chǎn)規(guī)模。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供將連續(xù)相流體與分散相流體通過各自的分配流道輸送到各個(gè)微液滴生成單元之中，以并行化的設(shè)計(jì)去實(shí)現(xiàn)微液滴的高通量生產(chǎn)的三維微流控芯片；本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供利用上述芯片制備微液滴的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種通過并行化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)微液滴高通量制備的三維微流控芯片，包括微液滴單元生成層、鍵合在微液滴單元生成層下表面的基底層、以及鍵合在微液滴單元生成層上表面的液體分配層，所述微液滴單元生成層的下表面有若干并行化設(shè)置的微液滴生成單元，每個(gè)所述微液滴生成單元用于生成微液滴，所述液體分配層的下表面設(shè)有連續(xù)相分配流道和分散相分配流道，所述連續(xù)相流道用于使連續(xù)相流體分別進(jìn)入每個(gè)液滴生成單元，所述分散相流道使相應(yīng)的分散相流體分別進(jìn)入每個(gè)液滴生成單元。本發(fā)明將通過引入多層微流體流道的設(shè)計(jì)，將連續(xù)相流體與分散相流體通過各自的分配流道輸送到各個(gè)微液滴生成單元之中，實(shí)現(xiàn)并行化生產(chǎn)，這樣能夠顯著減少注射泵的使用數(shù)量，從N+N臺(tái)的注射泵的數(shù)量可以減少至兩臺(tái)注射泵。

進(jìn)一步的，所述液體分配層的上表面設(shè)有若干液體入口接頭和若干收集口接頭，所述液體入口接頭包括一個(gè)連續(xù)相入口接頭和若干分散相入口接頭，所述液體分配層設(shè)有與連續(xù)相入口接頭連通的連續(xù)相分配流道，以及和分散相入口接頭一一對(duì)應(yīng)連通的若干分散相分配流道，所述收集口接頭用于收集液滴生成單元生成的微液滴。