[发明专利]一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法

说明书

本发明公开了属于微流控芯片生成单乳液滴和复乳液滴的技术领域，具体涉及的是一种为解决当前以玻璃底板的毛细管微流控芯片的制备技术复杂，胶封不可靠问题而改进的具有按需定制/多层嵌套一体化装置和共轴聚焦式微通道特征的微流控装置。微通道结构固定在微通道一体化装置主体上，其中外相毛细管是胶粘在一体化装置上；内部的微通道结构主要包括2层嵌套的同轴毛细玻璃管，生成毛细管和收集毛细管共轴聚焦装入外相毛细管。在生成毛细管的输入端连接有一离散相注射泵，在外相微通道A/B的入口分别连接有一连续相注射泵，通过调整各个入口流量实现单乳稳定生成。在以上所述生成单乳液滴的基础上，通过嵌套器将生成单乳液滴再次通入一体化装置进行二步生成双乳液滴；在上述基础上可以继续嵌套一体化装置实现N相多核复乳液滴的生成。

技术领域

本发明属于微流控芯片生成单乳液滴和复乳液滴的技术领域，具体涉及的是一种为解决当前以玻璃底板的毛细管微流控芯片的制备技术复杂，胶封不可靠问题而改进的具有按需定制/多层嵌套一体化装置和共轴聚焦式微通道特征的微流控装置。

背景技术

近年以来，随着微流控技术的迅速发展，以生成微液滴为核心的多相微流控芯片技术也得到了越来越多的关注。微流控芯片技术(Microfluidics)是在微米级乃至纳米级下对液滴或气体等进行操纵的技术，该技术在微尺度内将军事、医学、化学等领域中涉及的诸如在药物筛选、功能材料合成、生物医学检测等领域发挥着重要作用，用以实现常规实验室下物理、化学和生物实验的微型化集中分析。

基于生成液滴的多相微流控系统是近年来微流控技术中快速发展的重要分支，单乳液滴使试剂或样品体积可控、控制和响应迅速、可精确调控流体的理化特性等微流控技术，可集成样品制备、反应、分离、检测,以及细胞培养、分选和裂解等基本操作单元,基本囊括实验室的大部分操作于一体,是化学和生物实验操作和研究的新平台。复乳液滴是一种离散相液滴中包裹更小不相溶液滴的高度结构化复杂多相系统，多核型复乳液滴更为实现多组分样品的精准操控提供了重要载体。以复乳液滴为模板生成的核壳型、孔壳型、多腔室型功能微颗粒广泛应用于药物传输与控释、活性物质包封、化学催化以及生化分离等领域。

在现代微流控芯片制备工艺的发展下，常见用于液滴制备的微流控芯片主要为基于软光刻的聚甲基硅烷(polydimethylsiloxane，PDMS)2D微通道，以及基于玻璃毛细管3D微流控系统。软光刻以矩形截面微通道为主，增大流体流阻，层流效应较差，还有化学强度不高、易发生溶胀作用和不易对表层属性功能化调控等问题。采用玻璃毛细管3D微流控系统可以很好避免以上问题，还容易实现对内部腔室结构的连续精确调控。本发明和传统的玻璃底板毛细管微通道相比，模块化使微通道组装简单易行，各个连接处更加牢固，能彻底解决以往玻璃底板的密封问题，还具有模块化按需定制，实现多层嵌套复乳液滴的生成。

发明内容

本发明可通过3D打印或车削加工出组装模块：毛细管微通道一体化装置主体和四个通孔螺柱，如图1所示。一体化装置和四个通孔螺用来固定一根玻璃毛细方管和四根毛细圆管，从而实现单乳液滴的生成，如图2所示。玻璃毛细方管是通过胶水固定在毛细管微通道一体化装置中间的；两根玻璃毛细圆管拉锥一端放入方管两端使玻璃毛细圆管在毛细方管中封装，如图3所示，另一端通过圆台硅胶垫圈密封固定，一体化装置上方两端用含有接管的通孔螺栓和圆台硅胶垫圈来通入流体和密封，通过拧紧通孔螺柱来挤压圆台硅胶垫圈来密封，密封效果稳定可靠，如图5所示。

拉锥毛细管微通道一体化装置可以根据需求和选用流体的物性参数来任意选用四个通孔螺柱，这可以剪切各种黏度和表面张力的流体来稳定生成所需液滴，如图6所示；还可以通过选用嵌套连接器来两步式生成复乳液滴，如图7所示。

附图说明

图1是用于组装共轴聚焦微通道一体化装置的模块。(a)为毛细管共轴聚焦微通道一体化装置；(b)为通孔螺柱，用于外接进出口并挤压圆台硅胶垫圈密封；(c)为嵌套连接器，用于连接两个一体化装置来两步式生成复乳液滴。

图2是可按需定制的共轴聚焦的毛细管微通道一体化装置内部剖视图。