[發(fā)明專利]一種氣體剪切輔助的全水相液滴微流控芯片

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211600467.0
• 申請日: 2022-12-12
• 公開（公告）號: CN115970776A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設計）人: 秦建華;甘忠橋;覃馨園
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 徐華燊;李洪福

本發(fā)明提供一種氣體剪切輔助的全水相液滴微流控芯片，該芯片主要由樣品入口、氣體入口、樣品通道、分散相通道、延伸通道、氣體通道、芯片固定板和收集池組成。樣品溶液進入芯片后，按照樣品通道組合以層流方式經(jīng)過分散相通道與延伸通道，在延伸通道出口受到表面張力、重力、氣體剪切力綜合作用，被分割成均勻微液滴。本發(fā)明通過對芯片通道的靈活設計、氣體流速、分散相黏度等參數(shù)的簡單調(diào)節(jié)，該芯片可以在不需要有機相的情景下實現(xiàn)不同尺寸范圍和形態(tài)類別的微液滴高效率生成，得到的液滴經(jīng)收集池固化在細胞負載、藥物控釋等生物醫(yī)學等領域，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及微納加工、流體力學、材料化學技術領域，具體而言，尤其涉及一種氣體剪切輔助的全水相液滴微流控芯片。

背景技術

液滴微流控芯片是近年來發(fā)展起來的一項新興技術，用于處理直徑從幾微米到數(shù)百微米的液滴生成、操作和應用。其制備的微液滴具有粒徑小、表面積大、速度快、通量大、粒徑均勻、系統(tǒng)封閉、內(nèi)部穩(wěn)定等特點，在給藥、生物技術、疾病防治、化學分析、細胞研究和功能材料合成等領域得到了廣泛應用。

傳統(tǒng)芯片在液滴制備過程中需要將兩種不相容的液體分別作為連續(xù)相和分散相以固定體積流量打入各自的微通道。兩相在交點處相遇時，由于連續(xù)相的剪切力和擠壓力，分散相逐漸變薄，最終破碎成液滴。這種情況下，有機相通常不可避免地以連續(xù)相的形式引入以幫助液滴形成。然而，一些蛋白質(zhì)和細胞對有機溶液敏感，隨后的洗滌等后處理過程也會增大污染的概率并且浪費時間，這為液滴微流控在生物醫(yī)學領域的應用帶來了很多限制。近年來，雙水相系統(tǒng)(ATPS)被引入到液滴微流控領域為解決這些問題提供了一定的思路，但該體系下界面張力較低，在液滴大范圍尺寸調(diào)控、高通量產(chǎn)生及復雜形貌制備上仍具有挑戰(zhàn)性。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述提出的現(xiàn)有技術中雙水相系統(tǒng)(ATPS)體系下界面張力較低，在液滴大范圍尺寸調(diào)控、高通量產(chǎn)生及復雜形貌制備上仍具有挑戰(zhàn)性的技術問題，而提供一種氣體剪切輔助的全水相液滴微流控芯片。本發(fā)明利用硬質(zhì)毛細管將微流控芯片中的分散相流路改進到芯片通道外面，并采取了一種氣體剪切輔助的方式調(diào)控液滴生成，通過對芯片通道的不同設計，可以靈活實現(xiàn)具有核殼類、兩面神類(Janus)等形貌特征的液滴高通量制備，這對擴大液滴微流控在生物醫(yī)學領域中的應用具有重要意義。

本發(fā)明采用的技術手段如下：

一種氣體剪切輔助的全水相液滴微流控芯片，包括：固定結(jié)構(gòu)、安裝在固定結(jié)構(gòu)上的芯片本體以及收集池，所述芯片本體包括樣品入口、氣體入口、芯片通道和氣體通道，所述樣品入口連通在所述芯片通道的入口端，用于將不同樣品溶液輸送至芯片通道中；所述氣體通道連通在所述芯片通道的出口端，所述氣體入口連接在芯片通道和氣體通道的相接處；

所述樣品溶液以層流方式流經(jīng)芯片通道，在芯片通道出口受到表面張力、重力、氣體剪切力綜合作用，被分割成均勻微滴，滴至收集池中。

進一步地，所述芯片通道包括樣品通道、分散相通道和延伸通道，所述樣品通道的一側(cè)與樣品入口相連通，另一側(cè)與分散相通道的一端相連通；所述延伸通道的一側(cè)插入至分散相通道的另一端，另一側(cè)與氣體通道相連；經(jīng)樣品入口泵入的樣品溶液按照樣品通道組合以層流方式經(jīng)過分散相通道與延伸通道，在延伸通道出口受到表面張力、重力、氣體剪切力綜合作用，被分割成均勻微液滴。

進一步地，所述樣品通道為由第一通道和第二通道構(gòu)成的多邊形通道，所述第一通道為由并聯(lián)的兩條通道形成的錐形結(jié)構(gòu)，兩條通道的出口端匯集在錐尖處，入口端位于遠離錐尖的一端并同時連接第一個樣品入口；所述第二通道位于第一通道的中部，其入口端與第二個樣品入口相連，出口端與第一通道的出口端匯集后與分散相通道的入口端連通；樣品溶液被分割成具有核殼結(jié)構(gòu)的均勻微滴。

進一步地，所述樣品通道為由并聯(lián)的第三通道和第四通道形成的Y形結(jié)構(gòu)，所述第三通道和第四通道的入口端各連接一個樣品入口，出口端匯集后與分散相通道的入口端連通；樣品溶液被分割成具有Janus結(jié)構(gòu)的均勻微滴。