一种提高液滴在不对称通道分裂均匀度的装置的制作方法

本发明涉及一种提高微流控液滴在不对称通道分裂均匀度的装置，通过调节流量泵流量，可以控制分裂后子液滴大小。属于微流控芯片应用领域。

背景技术：

微流控芯片是在微米或纳米尺度上对流体进行一系列操作，来实现特定控制的新型技术。该技术涉及力学、生物、化学、物理学等多个基础学科领域，并可以将各学科所包含的基本功能集成到一个几平方厘米的芯片上。

微流控液滴技术作为微流控技术的分支，通过操纵微小体积液体实现微液滴的生成、输运、分裂、融合、分选、定位和捕获等控制功能。在生物或化学研究中，单个液滴或气泡可以作为化学反应、输运和混合体，并在食品药品制造、颗粒制备、蛋白结晶等行业中起到了重要作用。液滴大小均匀性会对整个过程产生非常重要的影响，人们将越来越多的关注微流控系统中微尺度液滴的均匀度，通过使液滴分裂来调整液滴大小是一种简便可行的方法。

液滴分裂可以精确操控拥有微反应平台功能的微液滴的均匀性，成熟的液滴分裂技术具有提升液滴生成通量，实现平行反应，提高反应和检测效率等优点。由于微流控通道的多样性与复杂性，有必要使不对称通道的液滴实现均匀分裂，从而实现在多种情况下生成大小比较均匀的子液滴。

技术实现要素：

本发明基于引起液滴分裂的不对称通道，通过对通道中已存在的液滴使用流量泵进行抽动，以实现提高不对称通道中液滴分裂均匀度。在不对称通道的两支路末尾处分别插入塑料管的一头，塑料管的另一头与两注射器连接。将注射器安装在流量泵上，使用流量泵抽动液滴，由于两支路中的流量恒相等，可以实现不对称通道分叉处液滴的均匀分裂。结果显示，相同条件下，关于分裂后子液滴的均匀度，抽动引起的液滴分裂明显优于推动引起的液滴分裂。

本发明对微通道中引起液滴分裂的推动方式进行了改进，主要结构如下：

一种提高液滴在不对称通道分裂均匀度的装置，该装置为不对称通道的微流控芯片，包括由pdms制作的盖片1和基片2，盖片1和基片2相配合组成微流控芯片的主体结构，盖片1的结构包括离散相入口3、侧通道7、连续相入口4、主通道8、支路通道i9、支路通道ii10、出口i5、出口ii6，离散相入口3通过侧通道7与主通道8垂直连接，连续相入口4设置在主通道8的一侧，出口ii6通过支路通道i9与主通道8斜向连接，出口i5通过支路通道ii10与主通道8连接，出口i5设置在主通道8的另一侧。

盖片1上的各个结构构成微流控芯片工作时的流体流动的区域。主通道8一端和侧通道7形成t型通道，主通道8的另一端为支路通道i9和支路通道ii10，支路通道i9和支路通道ii10通过塑料管与注射器11相连，注射器11安装在流量泵12上。

常规液滴分裂装置为流量泵推动分散相和连续相引起分裂，所述的液滴分裂装置使用流量泵抽动已生成的液滴引起分裂，能够使分裂后生成的子液滴更加均匀。液滴分裂后的子液滴大小的均匀度受支路通道i9和支路通道ii10的流量影响，为了让支路通道i9和支路通道ii10的流量比接近相同，使用同一个流量泵12进行抽动。

本装置的具体工作过程如下：离散相液体从离散相入口3流入，连续相液体从连续相入口4流入，离散相液体和连续相液体在侧通道7和主通道8形成的t型通道交汇，离散相液体在连续相液体的作用下形成液滴，并随连续相往下游流动，保持流量一段时间使液滴的生成状态稳定，当一液滴到达主通道8下游的分岔口(即主通道8与支路通道i9的交岔口)时，主通道8内充满了稳定的液滴，此时停止分散相和连续相的一侧液体的通入，并切断分散相和连续相入口与流量泵的连接，再使用流量泵12抽动支路通道i9和支路通道ii10内的液体，使两支路通道内的流量相等。当液滴进行分裂时，在相同流量的影响下，两侧相同的粘性剪切应力可使分裂后的子液滴接近相等。

本发明可以实现不对称通道液滴分裂后生成大小更加接近的子液滴，所涉及的步骤方法成熟，可靠性可以得到保证。

附图说明

图1是本发明提高微流控液滴在不对称通道分裂均匀度装置的微流控芯片的三维轮廓示意图。

图2是本发明提高微流控液滴在不对称通道分裂均匀度装置的工作过程示意图。

图中：1、盖片，2、基片，3、离散相入口，4、连续相入口，5、出口i，6、出口ii，7、侧通道，8、主通道，9、支路通道i，10、支路通道ii，11、注射器，12、流量泵

注：

由于微通道尺寸远小于芯片尺寸，用实际尺寸表示微流控芯片时不能清晰表征微流控芯片流道部分的结构，因此附图使用的是微流道结构相对放大的芯片示意图。

具体实施方式

下面结合结构附图，对实现提高微流控液滴在不对称通道分裂均匀度的装置的工作过程和作用效果进行详细说明。

本装置的具体工作过程如下：使用流量泵分别通离散相和连续相液体，离散相液体从离散相入口3流入，连续相液体从连续相入口4流入，离散相液体和连续相液体在侧通道7和主通道8形成的t型通道交汇，离散相液体在连续相液体的作用下形成液滴，并随连续相往下游流动，保持流量一段时间使液滴的生成状态稳定，使通道内充满稳定的液滴，此时停止分散相和连续相的一侧液体的通入，并切断分散相和连续相入口与流量泵的连接，再使用流量泵12抽动支路通道i9和支路通道ii10内的液体，使两支路通道内的流量相等。当液滴进行分裂时，在相同流量的影响下，两侧相同的粘性剪切应力可使分裂后的子液滴接近相等。

图1是本发明实现提高微流控液滴在不对称通道分裂均匀度的装置的微流控芯片的三维轮廓示意图。该芯片包含盖片1、基片2、离散相入口3、侧通道7、连续相入口4、主通道8、支路通道i9、支路通道ii10、出口i5、出口ii6。支路通道i9和支路通道ii10之间的夹角为30°，图2是本发明实现微流控液滴在不对称通道均匀分裂的装置的工作过程示意图。两种液体在两流量泵的推动下通过两个入口流入微流控芯片中，调整两种液体的流量，使其生成不同大小的微液滴，并保持流量一段时间使液滴的生成状态稳定，在液滴充满通道的情况下，切断与驱动分散相和连续相液体的流量泵的连接，再使用相同流量泵抽动两支路通道，通道内已充满的液滴在流量泵抽动下发生分裂。

技术特征：

1.一种提高液滴在不对称通道分裂均匀度的装置，其特征在于：该装置为不对称通道的微流控芯片，包括由pdms制作的盖片(1)和基片(2)，盖片(1)和基片(2)相配合组成微流控芯片的主体结构，盖片(1)的结构包括离散相入口(3)、侧通道(7)、连续相入口(4)、主通道(8)、支路通道i(9)、支路通道ii(10)、出口i(5)、出口ii(6)，离散相入口(3)通过侧通道(7)与主通道(8)垂直连接，连续相入口(4)设置在主通道(8)的一侧，出口ii(6)通过支路通道i(9)与主通道(8)斜向连接，出口i(5)通过支路通道ii(10)与主通道(8)连接，出口i(5)设置在主通道(8)的另一侧。

2.根据权利要求1所述的一种提高液滴在不对称通道分裂均匀度的装置，其特征在于：盖片(1)上的各个结构构成微流控芯片工作时的流体流动的区域；主通道(8)一端和侧通道(7)形成t型通道，主通道(8)的另一端为支路通道i(9)和支路通道ii(10)，支路通道i(9)和支路通道ii(10)通过塑料管与注射器(11)相连，注射器(11)安装在流量泵(12)上。

3.根据权利要求2所述的一种提高液滴在不对称通道分裂均匀度的装置，其特征在于：液滴分裂后的子液滴大小的均匀度受支路通道i(9)和支路通道ii(10)的流量影响，为了让支路通道i(9)和支路通道ii(10)的流量比接近相同，使用同一个流量泵(12)进行抽动。

4.根据权利要求2所述的一种提高液滴在不对称通道分裂均匀度的装置，其特征在于：本装置的具体工作过程如下：离散相液体从离散相入口(3)流入，连续相液体从连续相入口(4)流入，离散相液体和连续相液体在侧通道(7)和主通道(8)形成的t型通道交汇，离散相液体在连续相液体的作用下形成液滴，并随连续相往下游流动，保持流量一段时间使液滴的生成状态稳定，当一液滴到达主通道(8)下游的分岔口即主通道(8)与支路通道i(9)的交岔口时，主通道(8)内充满了稳定的液滴，此时停止分散相和连续相的一侧液体的通入，并切断分散相和连续相入口与流量泵的连接，再使用流量泵(12)抽动支路通道i(9)和支路通道ii(10)内的液体，使两支路通道内的流量相等；当液滴进行分裂时，在相同流量的影响下，两侧相同的粘性剪切应力可使分裂后的子液滴接近相等。

技术总结
本发明公开了一种提高液滴在不对称通道分裂均匀度的装置，通过调节流量泵流量，可以控制分裂后子液滴大小。属于微流控芯片应用领域。不对称通道的微流控芯片包括由PDMS制作的盖片和基片。使用流量泵将离散相液体和连续相液体分别从入口I和入口II通入微通道，两种不同的液体在T形通道处生成液滴，保持流量不变使液滴达到稳定的生成状态，之后停止分散相和连续相的一侧液体的通入，并切断分散相和连续相入口与流量泵的连接，通过这种方法使通道内部充满大小均匀的液滴。之后通过对通道中已生成的液滴使用流量泵进行抽动，以实现不对称通道中液滴更加均匀的分裂。

技术研发人员：刘赵淼;李泽轩;王翔;逄燕
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2019.09.05
技术公布日：2019.11.15