一种壳核功能材料的制备装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采用微流控方法制备壳核功能材料的装置，属于双层乳液制备技术领域。
【背景技术】
[0002]双重乳液是一种分散相外液滴包裹着更小内液滴的嵌套结构多相体系，双重乳液这种独特的壳核微结构可以有效地隔离内液滴与连续相间的接触，故而被广泛地应用于微存储器、微反应器、微分离器和微结构单元等功能材料的制备中。目前常用的双重乳液的制备方法通常存在着工艺复杂、效率低且原材料浪费严重等问题，并且由于过程中对各相流体缺乏有效的调控，致使所制得的双重乳液球形度不高、同心化程度差，从而引起双重乳液固化生成的微球表面的功能化修饰难度进一步加大，这都极大影响了功能化材料的制备效率。为此，迫切需要对基于双重乳液制备壳核功能材料的现有技术方法进行改进优化，研制高质量壳核功能材料的新型制备方法，从而提高功能材料的制备效率。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是上述现有制备壳核功能材料过程分散、生产效率低及双重乳液产量低、质量差的缺点，而提供了一种在保证双重乳液球形度、同心度和尺寸均一性的条件下大幅提高功能材料的制备效率，实现了具备优异可控性的规模化、连续化生产。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0005]—种壳核功能材料的制备装置，包括微流控集成芯片、微流体驱动装置以及壳核功能材料收集器，所述的微流体驱动装置包括外相流体注射栗及注射器、中间相流体注射栗及注射器、内相流体注射栗及注射器，所述的微流控集成芯片包括外相输入通道、中间相输入通道、内相输入通道、双重乳液生成微结构以及功能材料输出通道，在所述的外相输入通道连接外相注射器，在所述的中间相输入通道连接中间相注射器，所述的内相输入通道连接内相注射器，在所述的功能材料输出通道的出口处连接所述的壳核功能材料收集器，其特征在于:所述的微流控集成芯片还包括位于所述双重乳液生成微结构和功能材料输出通道之间的仿生分裂阵列、介电电泳调心微单元、液膜固化微单元、微球外表面功能化微单元和功能填料加载和均化微单元，所述双重乳液生成微结构、仿生分裂阵列、介电电泳调心微单元、液膜固化微单元、微球外表面功能化微单元和功能填料加载和均化微单元通过输运通道依次连接，所述的仿生分裂阵列包括主通道、至少两级层级分裂通道和汇合通道，所述的层级分裂通道为仿生结构微通道，所述的汇合通道为漏斗状结构，所述的介电电泳调心微单元包含多组并列调心电极和捕获、释放电极。
[0006]所述层级分裂通道为矩形截面，每级层级分裂通道为分裂数为2，每个分裂通道包括斜通道和连接在斜通道后端的平行通道，所述平行通道与主通道平行，所述两斜管之间的夹角为60度，第η级层级分裂通道与第O级层级分裂通道的高度一致，宽度的关系SDn/D0=2—n/p，其中，p> I;第η级层级分裂通道与第O级层级分裂通道长度的关系为Ln/Lo = 2——，其中l〈q〈2。
[0007]所述的层级分裂通道均匀分裂母双重乳液到目标大小，倍增产生大小一致的双乳液，所述的汇合通道为漏斗状结构，用于汇集分裂后的目标双重乳液。所述的仿生分裂阵列能够倍增的提高大小均一、单分散性好的目标双乳液的生产效率。
[0008]所述的介电电泳调心微单元还包括一支撑板，所述的支撑板表面均匀涂覆一层导电薄膜作为介质层，所述的调心电极采用高频非均匀电场，由上置导电丝电极、下置平行板电极组成;所述的释放电极采用均匀电场，由前置平行板电极、后置平行板电极组成，所述的前置平行板电极和所述的后置平行板电极通过微马达控制开闭。
[0009]各组所述的调心电极结构捕获、释放电极结构均采用单独的输出控制，由所述的控制器控制，实现独立调心。
[0010]所述的液膜固化微单元包括溶剂交换微通道、干燥微通道、冷却微通道、高温微电热板及多组微型阀，所述的高温微电热板布置在所述的干燥微通道下部。
[0011 ]所述的溶剂交换微通道为蛇形密布排列，所述的干燥微通道及所述的冷却微通道为回纹密布排列，充分利用微流控芯片空间，增大溶剂交换和液膜干燥时间。所述的高温微电热板布置在所述的干燥微通道下部，加速液膜干燥。所述的微型阀与所述的控制器相连，所述的控制器输出相应信号，微阀在电流驱动下开闭，有效的连通或者隔离微通道，控制反应时间。经过所述的液膜固化微结构后，同心度和球形度高的双重乳液固化形成壳核微球。
[0012]所述的微球外表面功能化微单元包括微球外表面功能化微通道和多组微型阀，所述的微球外表面功能化微通道为蛇形密布排列并被所述的微型阀隔离成多个单独通道，在不同通道中分别填充清洗剂和弓I发剂溶液。
[0013]壳核微球分别与清洗剂、引发剂反应后，最终在微球外表面涂覆一层功能材料引发剂，诱导微球功能化特性。微球在通道中的反应时间由微型阀控制。
[0014]所述的功能填料加载和均化微单元包含功能填料加载微通道和功能填料均化微通道、恒温微电热板和多组微型阀，所述的功能填料加载微通道和功能填料均化微通道为回纹密布排列，所述的恒温电热板布置在所述的功能填料均化微通道下部，所述的功能填料加载微通道中有功能填料;所述的微型阀控制壳核微球反应时间。
[0015]功能化微球在通道中与功能填料充分接触反应，加载功能填料，然后在所述的功能填料加载微通道中通过所述的恒温微电热板热诱导功能材料特性并使的表面的功能材料在逐渐干燥过程中均匀分布。
[0016]所述的双重乳液生成微结构为典型的双十字形微通道，直接加工在所述的数字化微流控集成芯片上。所述的微型阀均通过所述的控制器中的控制电路单独控制开闭，所述的数字化微流控集成芯片根据工作条件、流体性质等不同，大小可以控制在几个平方厘米左右，材料可选用硅片、玻璃、硅橡胶、塑料等材料作为基片，通过蚀刻、光刻或者印模等方法加工微通道。
[0017]当所述的微流体驱动装置运行时，较大体积的双重乳液在所述的双重乳液生成微结构中生成，伴随着流体流动，进入所述的仿生分裂阵列，单个大体积双重乳液就被分裂成4,8....2n个均一性好，质量高的双重乳液。随后进入所述的介电电泳调心微单元，通过非均匀电场调心，获得球形度好，同心度高的双重乳液，同时由于电泳的焦耳热效应加速双重乳液凝胶化，变成凝胶化大分子结构。随后在所述的液膜固化微单元中，先在所述的溶剂交换微通道中进行溶剂交换，然后在所述的干燥微通道中快速干燥，然后再通过所述的冷却微通道成为固态微球。通过输运通道，将固态微球输运到所述的微球外表面功能化微单元进行外表面功能化处理，最后在所述的功能填料加载和均化微单元中继续优化表面材料结构，最后从末端的所述的功能材料输出通道进入所述的壳核功能材料收集器，获得高质量的壳核功能材料。
[0018]有益效果:
[0019]本发明涉及的一种制备高质量壳核功能材料的装置，充分利用数字化微流控技术的优势，将双重乳液生成微结构、仿生分裂阵列、介电电泳调心微单元、液膜固化微单元、微球外表面功能化微单元和功能填料加载和均化微单元集成在一个微流控芯片上，利用双重乳液分裂法快速制备均一性好的双重乳液，使用高频非均匀电场调控双乳液的球形度和同心度同时加速乳液凝胶化，并且高效的实现液膜固化、微球表面功能化材料加载及均化，实现了高质量壳核功能材料的快速制备。此外，由于在分裂阵列中引入了仿生分裂阵列的特征结构，能够高效倍增的产生数量多、均一性好、单分散性好的双重乳液，利用介电电泳技术辅助双重乳液的快速凝胶化。以上这些因素，不仅充分利用微流控芯片的空间，使得芯片结构布局紧凑合理，还实现了快速、尚效制备尚质量壳核功能材料的目的。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的结构示意图。
[0021 ]图2是本发明微流控集成芯片示意图。
[0022]图3是本发明仿生分裂阵列示意图。
[0023 ]图4是本发明调心电极及捕获、释放电极示意图。
[0024]图中1.外相流体注射栗及注射器;2.中间相流体注射栗及注射器;3.内相流体注射栗及注射器;4.外相输入通道;5.中间相输入通道;6.内相输入通道和;7.数字化微流控集成芯片;8.功能材料输出通道;9.壳核功能材料收集器；10.控制器；11.双重乳液生成微结构；12.仿生分裂阵列；13.介电电泳调心微单元；14.溶剂交换微通道；15.干燥微通道；16.冷却微通道；17.高温微电热板；18.微球外表面功能化微单元；