CN104941469B - 一种微通道内生成乳液的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微通道内生成乳液的方法，包括以下步骤：a、在第一片聚二甲基硅氧烷的表面形成微通道；b、将第一片聚二甲基硅氧烷与平整的第二片聚二甲基硅氧烷贴合在一起；c、将激光器垂直置于第二片聚二甲基硅氧烷一侧；d、从乳化进口通道和乳液形成通道的进口端分别注入乳液的内层液体、外层液体；e、启动激光器，使激光器对一级乳化进口通道的出口端的出口端处加热；f、在乳液形成通道内形成乳液液滴，乳液液滴被液体推动流向出液孔。本发明采用相互垂直的双通道进行乳液的生成，通过激光器加热，实现乳液大小和体积，生成速度、频率，分散性等的改变。

Description

一种微通道内生成乳液的方法
技术领域
本发明特别涉及一种微通道内生成乳液的方法,具体通过激光技术来控制微通道内乳液的生成。
背景技术
近年来，微电子机械系统、生命科学和分析科学等学科相交叉所产生的新兴学科——生物微电子机械系统，又称微流控芯片、芯片实验室或微全分析系统发展迅速。其市场空间巨大，可广泛应用于生命科学、医学、化学、新药开发、食品和环境卫生监督等领域。微流控芯片是把一个传统的分析实验室功能微缩到一个小芯片上构建成化学或生物实验室，与传统分析方法相比，微流控芯片具有响应速度快；样品和试剂消耗量少；系统外部连接少；污染少，实行一次性使用；可以实时、原位、连续检测，并可在微环境下工作；可实现批量制造、降低成本等优点。因此，微流控芯片技术已引起人们的广发关注，成为了生物医学、化学分析等领域的研究热点。
乳液是一种液体以液滴的形式分散在另一种与之不互溶的液体，被分散的液体称为分散相，另一种液体则称为连续相。常见的有油包水，即水滴分散在油中，如原油；油包水包油，即双乳液等模型。乳液内通常包裹着实验所需的各种试剂，广泛应用于生物、医学等研究领域，包括药物的控制释放、化妆品、食品等。通过连续相包裹着分散相，可以实现对内部的试剂更好的保护，防止交叉污染等。为了对内部试剂的量以及乳液的大小和体积等实现精确的控制以达到生化反应的某些需求，就要求我们对制得的乳液的分散性达到很好的控制，同时也是后续对乳液的操控和实现其他功能的前提和基础。目前的乳液制备工艺包括胶体研磨、转子定子系统以及膜乳化法等，但这些方法无法实现对乳液大小和体积以及分散性等精确控制，以及对乳液内部试剂的包裹和释放过程达到高效、灵敏的控制。
因此本领域技术人员致力于开发一种实现精确控制乳液大小和体积以及生成速度、频率，分散性的精确控制的方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种生成双乳液的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种微通道内生成乳液的方法，其特征是包括以下步骤：
a、在硅片上制作出微流通道模具，将配好的聚二甲基硅氧烷溶液倾倒在硅片上，再放在加热板上烘烤，烘烤完毕后，将烤硬的第一片聚二甲基硅氧烷从硅片上撕下来，则在第一片聚二甲基硅氧烷的表面形成微通道，该微通道包括乳化进口通道和乳液形成通道，该乳化进口通道的进口端和乳液形成通道的进口端均设有进流孔与微流控芯片外部相通，所述乳化进口通道的出口端垂直连接到乳液形成通道上，且该乳液形成通道的出口端设有出液孔与微流控芯片外部相通；
b、将第一片聚二甲基硅氧烷与平整的第二片聚二甲基硅氧烷贴合在一起，使第一片聚二甲基硅氧烷上的微通道朝向第二片聚二甲基硅氧烷；
c、将激光器垂直置于第二片聚二甲基硅氧烷一侧，激光器的激光发射端对准乳化进口通道的出口端；
d、从乳化进口通道的进口端注入乳液的内层液体，从乳液形成通道的进口端注入乳液的外层液体；
e、启动激光器，使激光器对乳化进口通道的出口端的出口端处加热用于控制乳液大小和体积以及生成速度、频率、分散性；
f、在乳液形成通道内形成乳液液滴，持续注入液体，乳液液滴被液体推动流向出液孔。
在步骤b和步骤c之间插入步骤b1，在第一片聚二甲基硅氧烷一侧设置高速摄影仪和信号采集系统，将高摄对准微流控芯片，该高摄与信号采集系统相连，通过信号采集系统对微通道内的流动过程进行处理，且该高摄和激光器分别位于微流控芯片两侧。
采用本发明方法制备乳液，微流控芯片材质具有光学透明、化学惰性、良好的生物兼容性等性质，从乳化进口通道的进口端和乳液形成通道的进口端分别注入两相流体，由于两相流体的粘性不同从而表面张力等不同，当两相流体相遇时，连续相液体的剪切力会剪段分散相从而形成小液滴。
上述提到的流体的物性如粘度、表面张力等与流体的温度呈一定关系，当流体的温度改变时，其粘度、表面张力等会发生相应的改变，即温度的改变间接影响了乳液的生成。通过激光点热源加热的方式可以很好的改变流体的温度，而且激光加热方式具有高效、灵敏、迅速的温控特性。由于激光光斑可以很容易地聚焦到几百个纳米，这正是现代生物分析检测所关心的尺度，即热源为点热源，只改变局部的温度，没有加热的地方则不受控制，因此控制方式更加灵活。常规的微通道内控制乳液生成的方式大多通过改变流体流速、通道尺寸和流体种类等来实现，这些方式大多具有适用性窄、操作性不强、推广度差等不足，而通过激光点热源加热的方式刚好可以弥补这些不足，不需要改变流体的种类，也不需要调节流速，更不需要为了实现某些大小和体积特定的乳液去一个一个的改变通道尺寸。只需要改变激光的功率，就可以实现乳液大小和体积，生成速度、频率，分散性等的改变。由于微通道尺寸较小，通过高速摄影仪能够更好的采集微通道内乳液的生成过程，从而调节激光参数实现对乳液的精确控制。
作为优选的，所述乳化进口通道包括一级乳液进口通道和二级乳液进口通道，该一级乳液进口通道的进口端和二级乳液进口通道的进口端均设有进流孔与微流控芯片外部相通，所述一级乳化进口通道的出口端垂直连接到二级乳化进口通道上，二级乳化进口通道的出口端垂直连接到乳液形成通道上。采用这种结构的微通道，从一级乳化进口通道的进口端通入乳液的最内层液体，从二级乳化进口通道的进口端通入乳液的中间层液体，通过将两个通道相叠加组合可实现两级乳液乳化过程，就形成了双乳液通道结构。
作为优选的，在步骤c中，所述激光器的激光发射端还设置有物镜，能够更好的聚集激光光斑。
本发明的有益效果是：本发明采用相互垂直的双通道进行乳液的生成，通过激光器加热，实现乳液大小和体积，生成速度、频率，分散性等的改变。
附图说明
图1是发明一具体实施方式的结构示意图。
图2是图1中第一片聚二甲基硅氧烷微通道的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1、图2所示，本实施例包括以下步骤：
a、在硅片上制作出微流通道模具，将配好的聚二甲基硅氧烷溶液倾倒在硅片上，再放在加热板上烘烤，烘烤完毕后，将烤硬的第一片聚二甲基硅氧烷5从硅片上撕下来，则在第一片聚二甲基硅氧烷5的表面形成微通道，该微通道包括一级乳化进口通道8a、二级乳液进口通道8b和乳液形成通道8c，该一级乳化进口通道8a的进口端、二级乳液进口通道8b的进口端和乳液形成通道8c的进口端均设有进流孔1a与微流控芯片1外部相通，所述一级乳化进口通道8a的出口端垂直连接到二级乳化进口通道8b上，二级乳化进口通道8b的出口端垂直连接到乳液形成通道8c上，且该乳液形成通道8c的出口端设有出液孔1b与微流控芯片1外部相通；
b、将第一片聚二甲基硅氧烷5与平整的第二片聚二甲基硅氧烷6贴合在一起，使第一片聚二甲基硅氧烷5上的微通道朝向第二片聚二甲基硅氧烷6；
b1、在第一片玻璃板5一侧设置高速摄影仪3和信号采集系统4，将高速摄影仪3对准微流控芯片，该高速摄影仪3与信号采集系统4相连，且该高速摄影仪3和激光器2分别位于微流控芯片两侧。
c、将激光器2垂直置于第二片聚二甲基硅氧烷5一侧，激光器2的激光发射端对准二级乳液进口通道8b的出口端或一级乳化进口通道8a的出口端，激光器2的激光发射端还连接有物镜11；
d、从一级乳化进口通道8a的进口端通入乳液的最内层液体，从二级乳化进口通道8b的进口端通入乳液的中间层液体，从乳液形成通道8c的进口端注入乳液的外层液体；
e、启动激光器2，使激光器2对一级乳化进口通道8a的出口端的出口端处加热；
f、在乳液形成通道8c内形成双乳液液滴，持续注入液体，双乳液液滴被液体推动流向出液孔1b。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种微通道内生成乳液的方法，其特征是包括以下步骤：
a、在硅片上制作出微流通道模具，将配好的聚二甲基硅氧烷溶液倾倒在硅片上，再放在加热板上烘烤，烘烤完毕后，将烤硬的第一片聚二甲基硅氧烷(5)从硅片上撕下来，则在第一片聚二甲基硅氧烷(5)的表面形成微通道，该微通道包括乳化进口通道和乳液形成通道(8c)，该乳化进口通道的进口端和乳液形成通道(8c)的进口端均设有进流孔(1a)与微流控芯片(1)外部相通，所述乳化进口通道的出口端垂直连接到乳液形成通道(8c)上，且该乳液形成通道(8c)的出口端设有出液孔(1b)与微流控芯片(1)外部相通；
b、将第一片聚二甲基硅氧烷(5)与平整的第二片聚二甲基硅氧烷(6)贴合在一起，使第一片聚二甲基硅氧烷(5)上的微通道朝向第二片聚二甲基硅氧烷(6)；
c、将激光器(2)垂直置于第二片聚二甲基硅氧烷(6)一侧，激光器(2)的激光发射端对准乳化进口通道的出口端；
d、从乳化进口通道的进口端注入乳液的内层液体，从乳液形成通道(8c)的进口端注入乳液的外层液体；
e、启动激光器(2)，使激光器(2)对乳化进口通道的出口端的出口端处加热用于控制乳液大小和体积以及生成速度、频率、分散性；
f、在乳液形成通道(8c)内形成乳液液滴，持续注入液体，乳液液滴被液体推动流向出液孔(1b)；
在步骤b和步骤c之间插入步骤b1，在第一片聚二甲基硅氧烷(5)一侧设置高速摄影仪(3)和信号采集系统(4)，将高速摄影仪(3)对准微流控芯片，该高速摄影仪(3)与信号采集系统(4)相连，且该高速摄影仪(3)和激光器(2)分别位于微流控芯片两侧。
2.如权利要求1所述的一种微通道内生成乳液的方法，其特征是：所述乳化进口通道包括一级乳液进口通道(8a)和二级乳液进口通道(8b)，该一级乳液进口通道(8a)的进口端和二级乳液进口通道(8b)的进口端均设有进流孔(1a)与微流控芯片(1)外部相通，所述一级乳化进口通道(8a)的出口端垂直连接到二级乳化进口通道(8b)上，二级乳化进口通道(8b)的出口端垂直连接到乳液形成通道(8c)上。
3.如权利要求1所述的一种微通道内生成乳液的方法，其特征是：在步骤c中，所述激光器(2)的激光发射端还连接有物镜(11)。
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基于微流控装置制备聚丙烯腈靶用微胶囊;施展;《强激光与粒子束》;20130831;第25卷(第8期);论文第1979页全文 *

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