CN106215988B - 一种双支路实现微液滴两次分裂功能的微通道 - Google Patents

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Abstract

一种双支路实现微液滴两次分裂功能的微通道，本发明基于上游分叉下游又汇合的双支路微通道流动阻力差异原理，设计了微液滴两次分裂的微通道。第1个液滴在上游的交叉处发生第一次分裂，分裂后的子液滴分别流经两个支路。其中流经流阻较小通道的子液滴由于受到后续液滴的挤压作用在下游交汇处发生第二次分裂。因此该发明的微通道使同一微液滴在上游和下游的交汇处发生两次分裂以实现芯片通量增加的目的。在不增加额外驱动或者控制装置的基础上，利用简单两支路交汇结构来实现液滴两次分裂，且同已有的T型通道和分叉型实现液滴分裂功能的微通道相比，本发明在一个通道结构中实现两次分裂液滴功能，这使得微流控芯片实现高通量生化反应成为可能。

Description

一种双支路实现微液滴两次分裂功能的微通道
技术领域
形成于微流控芯片中的微液滴具有微反应器的功能，并成为合成和分析领域的一种新型平台。其应用领域包括纳米材料合成、蛋白质结晶、生物酶分析、细胞分析、血液检测、高通量药物筛选等。
背景技术
微流控芯片技术是近年来迅速发展的多学科交叉研究领域，其具有反应或者分析时间短等显著优点。液滴微流控技术是微流控芯片技术众多应用中的重要分支之一，它是基于微流控芯片发展起来的一种全新的操纵微小体积液滴的技术，可以实现微液滴的稳定生成、表面处理、破裂、融合及多层液滴制备等。微液滴可作为反应器进行酶反应动力学分析、材料合成、蛋白质结晶分析、药物释放和血液检测等。液滴微流控芯片相比于单相流微流控芯片，其最大的优点在于单个液滴成为反应器，可同时进行多个反应或者分析，具有高通量合成和分析的特点。微液滴的再分裂可以进一步提高芯片的通量。本发明设计了一种能够实现微液滴两次分裂的微通道，该通道将增加芯片反应的通量。
发明内容
本发明基于上游分叉下游又汇合的双支路微通道流动阻力差异原理，设计了微液滴两次分裂的微通道。第1个液滴（体积大于捕获腔体积）在上游的交叉处发生第一次分裂，分裂后的子液滴分别流经两个支路。其中流经流阻较小通道的子液滴由于受到连续相的挤压作用在下游交汇处发生第二次分裂。因此该发明的微通道使同一微液滴在上游和下游的交汇处发生两次分裂以实现芯片通量增加的目的。
本发明一种实现微液滴两次分裂的微通道，该微通道包含两个功能单元，即液滴生成单元1和分裂单元，液滴生成单元1和分裂单元相连接；所述液滴生成单元1为用以生成微液滴的T型通道，其由离散相入口I和连续相入口II交汇组成，离散相入口I和连续相入口II相互垂直布置；所述分裂单元是用以实现微液滴两次分裂的功能结构，分裂单元的上游即第一分裂区2由支路Ⅲ和支路Ⅳ分叉构成，分裂单元的下游即第二分裂区3由支路Ⅲ和支路Ⅳ汇合构成。支路Ⅲ和支路Ⅳ相连接组成口字型结构，支路Ⅳ为倒U形结构，支路Ⅲ为底部的水平结构，支路Ⅲ中间设有正方形凹槽。
工作时，离散相（水相）与离散相入口Ι相连，连续相（油相）与连续相入口II相连，第二分裂区3与出口4相连。在连续相施加给离散相的剪切力和压力共同作用下，在液滴生成单元1处生成大小均一的微液滴，这为液滴后续两次分裂做“前期准备”。
生成的第一液滴5在连续相的推力作用下逐渐运动至第一分裂区2，被“剪断”成第二液滴6和第三液滴7。第二液滴6和第三液滴7在连续相的推力作用下分别在支路Ⅳ和支路Ⅲ运动。由于支路Ⅳ阻力RⅣ大于支路Ⅲ阻力RⅢ，第三液滴7较第二液滴6先运动至下游的第二分裂区3。第二分裂区3处通道宽度变窄，第三液滴7在该处又一次被分裂成第四液滴8和第五液滴9。由此第一液滴5流经第一分裂区2和第二分裂区3被分裂成三个液滴，即实现两次分裂，这将直接提高液滴微流控芯片的通量。
微通道通过软光刻工艺加工而成，采用的材料为聚二甲基硅氧烷（PDMS）。
本发明在不增加额外驱动或者控制装置的基础上，利用简单两支路交汇结构来实现液滴两次分裂，且同已有的T型通道和分叉型实现液滴分裂功能的微通道相比，该发明可以在一个简单的通道结构中实现两次分裂液滴功能，这使得微流控芯片实现高通量生化反应成为可能。
附图说明
图1是本发明实现微液滴两次分裂微通道结构示意图。
图2是本发明是分裂区双支路局部结构放大示意图。
图3是实现微液滴两次分裂实验效果图。
具体实施方式
附图对一种双支路实现微液滴两次分裂功能的微通道工作过程和效果进行进一步详细说明和验证。
图1为一种双支路实现微液滴两次分裂功能微通道结构示意图。主要包含离散相入口、连续相入口、液滴生成单元、分裂单元和出口。工作时注射泵分别通过PE管同离散相入口和连续相入口相连接。出口通过PE管连接至废液池。由图3可证明该发明可以实现微液滴两次分裂的功能。

Claims (2)

1.一种双支路实现微液滴两次分裂功能的微通道，其特征在于：该微通道包含两个功能单元，即液滴生成单元（1）和分裂单元，液滴生成单元（1）和分裂单元相连接；所述液滴生成单元（1）为用以生成微液滴的T型通道，其由离散相入口（I）和连续相入口II交汇组成，离散相入口I和连续相入口II相互垂直布置；所述分裂单元是用以实现微液滴两次分裂的功能结构，分裂单元的上游即第一分裂区（2）由支路Ⅲ和支路Ⅳ分叉构成，分裂单元的下游即第二分裂区（3）由支路Ⅲ和支路Ⅳ汇合构成；支路Ⅲ和支路Ⅳ相连接组成口字型结构，支路Ⅳ为倒U形结构，支路Ⅲ为底部的水平结构，支路Ⅲ中间设有正方形凹槽；
工作时，离散相与离散相入口Ι相连，连续相与连续相入口II相连，第二分裂区（3）与出口（4）相连；在连续相施加给离散相的剪切力和压力共同作用下，在液滴生成单元（1）处生成大小均一的微液滴，这为液滴后续两次分裂做“前期准备”；
生成的第一液滴（5）在连续相的推力作用下逐渐运动至第一分裂区（2），被“剪断”成第二液滴（6）和第三液滴（7）；第二液滴（6）和第三液滴（7）在连续相的推力作用下分别在支路Ⅳ和支路Ⅲ运动；由于支路Ⅳ阻力RⅣ大于支路Ⅲ阻力RⅢ，第三液滴（7）较第二液滴6先运动至下游的第二分裂区（3）；第二分裂区（3）处通道宽度变窄，第三液滴（7）在该处又一次被分裂成第四液滴（8）和第五液滴（9）；由此第一液滴（5）流经第一分裂区（2）和第二分裂区（3）被分裂成三个液滴，即实现两次分裂，这将直接提高液滴微流控芯片的通量。
2.根据权利要求1所述的一种双支路实现微液滴两次分裂功能的微通道，其特征在于：微通道通过软光刻工艺加工而成，采用的材料为聚二甲基硅氧烷。
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