CN106215989A - 一种微乳液快速大量制备的装置 - Google Patents

一种微乳液快速大量制备的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106215989A
CN106215989A CN201610705397.3A CN201610705397A CN106215989A CN 106215989 A CN106215989 A CN 106215989A CN 201610705397 A CN201610705397 A CN 201610705397A CN 106215989 A CN106215989 A CN 106215989A
Authority
CN
China
Prior art keywords
drop formation
passage
emulsion
entrance
formation unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610705397.3A
Other languages
English (en)
Inventor
李�浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201610705397.3A priority Critical patent/CN106215989A/zh
Publication of CN106215989A publication Critical patent/CN106215989A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502753—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0864—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)

Abstract

本发明公开了一种微乳液快速大量制备的装置，包括液滴生成单元阵列、流体分配通道以及乳液收集通道，液滴生成单元阵列由呈阵列分布的液滴生成单元组成，液滴生成单元包括三角形柱、液滴生成单元入口以及液滴生成单元出口，液滴生成单元入口连接在流体分配通道入口，液滴生成单元出口连接在流体分配通道出口，乳液收集通道的入口与流体分配通道出口连接。本发明网状结构的微乳液快速大量制备装置，实现乳液通过液滴生成单元时均匀分配到各个子液滴生成单元中去，进而达到充分利用微流控芯片空间、实现乳液快速大量生成、保证乳液液滴的均一度和单分散性等目的。

Description

一种微乳液快速大量制备的装置
技术领域
本发明涉及一种基于微流控技术的乳液批量制备装置，具体涉及的是一种为提高乳液制备产量而设计的具有柱阵列结构微通道的微乳液快速大量制备装置。
背景技术
乳液是一种高度结构化的特殊乳液，其中外流体包裹着内流体形成液滴。乳液液滴特殊的结构使得其在在医药、食品、化工等行业有着十分广泛的应用。传统的乳液制备方法如搅拌、以及膜乳化等通常伴随强烈振荡过程，存在试剂消耗大、工艺复杂、工艺耗时长、制得的乳液液滴形度不高、液滴大小不均一、单分散性差、产量小等诸多问题。故迫切需求开发高效的，能批量生产高度单分散乳液的制备方法与可控性更好、原料利用率更高的制造设备，以满足工业上对乳液的大量需求。目前高品质乳液制备工艺中最具发展前景的当数微流控装置。基于微流控的柱阵列装置具有高度的可控性和原料利用率，所制备的乳液单分散性好、均一度高、球形度好，可用于多种流体的乳化，尤其是产量大的特点使其在生物医学、化学化工等领域有着广阔的应用前景。
柱阵列装置的核心组成部分为柱阵列芯片，柱阵列芯片中微通道的结构、形状和尺寸对微通道中流体的流动以及所制备的乳液尺寸以及均一度有着决定性的影响。通常的乳液制备芯片结构多为单通道，一次只能产生两个乳液液滴，具有生产率低、制备耗时长等缺点，阻碍了微流控技术在乳液实际生产中的应用。提高乳液的生产率可以采用多个制备通道并联的方式，然而并联的制备通道需要达到很高的均一度才能保证所制得的乳液的均一性，对生产条件要求较高。另一个提高生产率的方式是采用直通道将流体分配到乳液生成单元中，这个方法对通道的制作要求较低，但是流体的沿程压降使得每一个乳液制备单元中的流体流量并非完全一致，可能会导致各单元中的流动情况有差异，进而影响到乳液的单分散性。
受生活中常见的柱阵列结构的思想启迪，本发明将阵列结构应用于乳液流体分配通道设计，利用三角形柱在单通道中产生乳液的高均匀性，将其有规律排列，实现乳液子液滴不断均匀产生并分配到各个通道中，进而达到充分利用微流控芯片空间、实现乳液快速生成、保证乳液液滴的均一度和单分散性、实现高产量及产生任意尺寸乳液液滴等目的。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是针对现有的微流控芯片乳液生成速度慢、产量低以及为提高生成速度而带来的液滴单分散性降低的缺点，提出了一种由三角形柱构成的柱阵列装置来快速大量制备乳液液滴，基于该装置能实现流体均匀分配、保证乳液液滴球形度与单分散性并大幅度提高乳液制备效率及产量。本发明的目的是设计一种基于微流控技术的乳液快速大量制备的装置，采用通道结构将多个乳液生成单元——三角形柱集成到一个装置中，大大减小了微流控装置体积，并且，通道结构实现了乳液子液滴的均匀分配，可实现模块化、连续化、高效的乳液快速生成及大量制备。
技术方案：为解决当前的乳液制备装置设计上存在的生成速度慢、产量低的问题，本发明的一种微乳液快速大量制备的装置包括由上到下顺序设置的流体分配通道入口、液滴生成阵列、网状流体分配通道以及乳液收集通道；所述的液滴生成阵列由呈阵列分布的液滴生成单元组成，所述的液滴生成单元包括位于上部的母通道、下部的三角形柱、位于三角形柱旁的子通道A、子通道B；
所述的网状流体分配通道由三角形柱间构成的流体分配通道构成，所述的液滴生成阵列入口连接在所述的网状流体分配通道的入口，所述的液滴生成阵列出口连接在所述的网状流体分配通道的出口，所述的乳液收集通道的入口与所述的网状流体分配通道出口连接。
所述的液滴生成阵列、网状流体分配通道以及乳液收集通道在空间呈顺序布置；所述的网状流体分配通道中的每一个通道皆由母通道和子通道组成，所述的母通道为流体分配通道入口与液滴生成单元入口连接的第0级通道，所述的母通道通过三角形柱分叉生成1个子通道，其中，同级两子通道之间的夹角θ＝60度。
所述的的液滴生成单元的最后一级具有2n个子通道；所述的的液滴生成单元的总数为2n个，且液滴生成单元应位于网状流体分配通道的前端，其中，n为级数，取自然数。
有益效果：本发明将网状结构应用于乳液流体分配通道设计，构建了一种具有网状结构的微乳液快速大量生成装置，实现乳液均匀分配，进而达到充分利用微流控芯片空间、实现乳液快速生成、保证乳液液滴的均一度和单分散性等目的。另外，网状结构使得整个微流控乳液制备装置设计紧凑合理，实现乳液的快速、高效、大量制备。
附图说明
图1乳液液滴生成单元示意图。
图2乳液生成装置示意图。
图中有：母通道1、三角形柱2、子通道3、子通道4、流体分配通道入口5、液滴生成阵列6、液滴生成单元7、流体分配通道出口中间流体网状流体分配通道第n-1级通道8、流体收集通道9。
具体实施方式
下面结合附图进行更进一步的详细说明：
图1给出了乳液液滴生成单元示意图，由三角形柱2将母通道1分隔开，形成夹角为60度的子通道3和子通道4。流体在第一个分叉处被三角形柱剪切，形成两个尺寸相同的单分散的液滴，并被带向下游。
图2给出了乳液生成装置示意图。所述的一种微乳液快速大量生成装置由流体分配通道、乳液收集通道、液滴生成阵列组成，可以依据需要调节叠放次序。乳液液滴生成单元阵列7呈阵列分布在同一个平面内，乳液流体通过流体分配通道入口5进入液滴生成阵列6，再在每一个母通道内均匀的分成两支流，流入两个乳液生成单元中，不断重复分裂过程，最终被完全均匀的分配到2n个最后一级液滴生成单元中。最终通过流体分配通道出口8，并由流体收集通道9完成收集。所述的流体分配网络以平面方式铺展开来，微通道网络至少含有2级，每级通道连接着分叉数N＝2的下一级通道，两个子通道之间的夹角为60度。为了得到最优的流动效果，分支结构中各级水力直径与长度按照一定的比例关系生成。所述的上下级子通道的水力直径之比为N-1/Δ(N＝2，参数Δ取大于2的实数)，所述的上下级子通道的长度之比为N-1/d(参数d取大于1实数)。
本发明的一种微乳液快速、大量制备的装置，包括液滴生成单元阵列、流体分配通道以及乳液收集通道，所述的液滴生成单元阵列由呈阵列分布的液滴生成单元组成，所述的液滴生成单元包括三角形柱、液滴生成单元入口以及液滴生成单元出口，所述的流体分配通道由三角形柱间构成的网状流体分配通道构成，所述的液滴生成单元入口连接在所述的网状流体流体分配通道入口，所述的液滴生成单元出口连接在所述的网状流体分配通道出口，所述的乳液收集通道的入口与所述的网状流体分配通道出口连接。所述的液滴生成单元阵列、流体分配通道以及乳液收集通道在空间呈上下平行布置；所述的流体分配通道皆由母通道和子通道组成，所述的母通道为流体通道的与生成单元入口连接的第0级通道，所述的母通道通过三角形柱分叉生成2个子通道，其中，同级两子通道之间的夹角θ＝60度。
所述的液滴生成单元最后一级具有2n个子通道；所述的液滴生成单元的总数为2n个，且位置对应流体分配通道的前端，其中，n为三角形柱个数，取自然数。
第1级子通道通过2个三角形柱继续分叉生成4个第2级子通道，周而复循，生成第3、4、5…n级子通道。这样，生成的网状结构的最后一级具有2n个子通道。这意味着液滴生成单元的总数为2n个，且位置对应流体分配通道的前端。在本发明中，所述的上下级子通道的水力直径之比为N-1/Δ(N＝2，参数Δ取大于2的实数)，所述的上下级子通道的长度之比为N-1/d(参数d取大于1实数)。需要指出的是，每一级的子通道都是具有相同形状和结构尺寸的，进而有效保证了每一个液滴制备单元中的流动工况的完全一致，从而达到制备的乳液液滴具有球形度高和大小均一特征。实现了乳液的快速大量制备。
所述的盖板、液滴生成单元阵列、流体分配通道以及乳液收集通道在空间上平行排列。两块盖板位于最上层和最下层，所述的液滴生成单元阵列、流体分配通道以及乳液收集通道位于中间层，层与层之间采用垂直的圆柱结构连接。
使用时，通过调整液滴生成单元数目、乳液流量，已达到对乳液尺寸的调整和控制。由所述的流体分配通道汇集而来的乳液进入呈阵列分布的液滴生成单元中。乳液不断通过三角形柱并被剪切成子液滴，进入子通道后再次循环剪切过程，直到达到需要的尺寸，并大量产生。所生成的乳液通过垂直的通道进入乳液收集通道，最后通过乳液收集通道导出即可制备得到特定尺寸的大量乳液。各级通道和出口通道的截面形状可为圆形或矩形。
所述的微流控芯片根据工作条件、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、PDMS、有机玻璃等材料作为基片，通过蚀刻、光刻或者印模等方法加工微通道。
本发明提供的微乳液快速大量生成装置，乳液流体可根据需要使用任意流体工质，各流体的流动布置可以布置成平行流也可布置成垂直流，不管流体的流动方向如何，对流体的均匀分配不会产生影响，对所述的乳液制备过程也不会产生影响。
本发明提供了一种微乳液快速大量生成装置。在该装置使用中，乳液流体迅速的从网状结构末端流入到液滴生成单元对应的入口，继而不断通过三角形流体生成单元不断切割，形成所需要的子液滴。与传统的平行排列的通道相比，网状结构通道布置大大提高了空间利用率，另外由于网状结构可有效降低流动阻力进而减小泵功消耗，实现了乳液的高效制备。

Claims (3)

1.一种微乳液快速大量制备的装置，其特征在于：该装置包括由上到下顺序设置的流体分配通道入口(5)、液滴生成阵列(6)、网状流体分配通道(8)以及乳液收集通道(9)；所述的液滴生成阵列(6)由呈阵列分布的液滴生成单元(7)组成，所述的液滴生成单元(7)包括位于上部的母通道(1)、下部的三角形柱(2)、位于三角形柱(2)旁的子通道A(3)、子通道B(4)；
所述的网状流体分配通道(8)由三角形柱间构成的流体分配通道构成，所述的液滴生成阵列(6)入口连接在所述的网状流体分配通道(8)的入口，所述的液滴生成阵列(6)出口连接在所述的网状流体分配通道(8)的出口，所述的乳液收集通道(9)的入口与所述的网状流体分配通道(8)出口连接。
2.根据权利要求1所述的微乳液快速大量制备的装置，其特征在于：所述的液滴生成阵列(6)、网状流体分配通道(8)以及乳液收集通道(9)在空间呈顺序布置；所述的网状流体分配通道(8)中的每一个通道皆由母通道和子通道组成，所述的母通道为流体分配通道入口(5)与液滴生成单元(7)入口连接的第0级通道，所述的母通道通过三角形柱分叉生成1个子通道，其中，同级两子通道之间的夹角θ＝60度。
3.根据权利要求1所述的微乳液快速大量制备的装置，其特征在于：所述的的液滴生成单元(7)的最后一级具有2n个子通道；所述的的液滴生成单元(7)的总数为2n个，且液滴生成单元(7)应位于网状流体分配通道(8)的前端，其中，n为级数，取自然数。
CN201610705397.3A 2016-08-22 2016-08-22 一种微乳液快速大量制备的装置 Pending CN106215989A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610705397.3A CN106215989A (zh) 2016-08-22 2016-08-22 一种微乳液快速大量制备的装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610705397.3A CN106215989A (zh) 2016-08-22 2016-08-22 一种微乳液快速大量制备的装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106215989A true CN106215989A (zh) 2016-12-14

Family

ID=57553629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610705397.3A Pending CN106215989A (zh) 2016-08-22 2016-08-22 一种微乳液快速大量制备的装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106215989A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108144659A (zh) * 2017-11-22 2018-06-12 昆明理工大学 基于芯片实验室微流控技术微结构辅助萃取装置及方法
CN114534811A (zh) * 2022-02-28 2022-05-27 上海天马微电子有限公司 微流控装置及其制作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104069757A (zh) * 2014-07-07 2014-10-01 东南大学 一种双重微乳液快速制备装置
CN104148124A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 河北工业大学 一种用于微流控芯片的液滴生成装置
CA2930212A1 (en) * 2013-11-11 2015-05-14 King Abdullah University Of Science And Technology Microfluidic device for high-volume production and processing of monodisperse emulsions
CN105050718A (zh) * 2013-03-06 2015-11-11 哈佛学院院长及董事 形成相对单分散液滴的装置和方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105050718A (zh) * 2013-03-06 2015-11-11 哈佛学院院长及董事 形成相对单分散液滴的装置和方法
CA2930212A1 (en) * 2013-11-11 2015-05-14 King Abdullah University Of Science And Technology Microfluidic device for high-volume production and processing of monodisperse emulsions
CN104069757A (zh) * 2014-07-07 2014-10-01 东南大学 一种双重微乳液快速制备装置
CN104148124A (zh) * 2014-07-30 2014-11-19 河北工业大学 一种用于微流控芯片的液滴生成装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108144659A (zh) * 2017-11-22 2018-06-12 昆明理工大学 基于芯片实验室微流控技术微结构辅助萃取装置及方法
CN114534811A (zh) * 2022-02-28 2022-05-27 上海天马微电子有限公司 微流控装置及其制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104069757B (zh) 一种双重微乳液快速制备装置
CN102389730A (zh) 一种双重乳液制备芯片
CN106140340B (zh) 基于流动聚焦型微通道合成微乳液滴的微流控芯片
CN107999155A (zh) 微流控芯片及其控制方法、液滴生成装置和微球制备装置
CN102284262A (zh) 一种微流控微球制备装置
CN103386336A (zh) 一种用于生产浓度梯度微液滴的微流控芯片
WO2022121381A1 (zh) 基于流动聚焦型的一步法双乳液滴并联生成装置及方法
US11794187B2 (en) Highly parallelized droplet microfluidic apparatus
CN205235997U (zh) 基于集成微通道的单组份/多组份液滴制备装置
CN102794119A (zh) 一种单分散乳液的制备方法
CN109261036B (zh) 一种用于高粘流体混合的微结构混合器
CN103386337A (zh) 一种用于生产多组分微液滴的微流控芯片
CN208340745U (zh) 一种微球快速制备收集微流控芯片
CN106215989A (zh) 一种微乳液快速大量制备的装置
CN106423315B (zh) 一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置
KR101666425B1 (ko) 미세 유로 반응기
CN105921188A (zh) 一种乳液多维度快速制备微流控装置
CN105126687A (zh) 一种分合式被动微混合器
CN110681298B (zh) 3d层流微混合器
CN208356802U (zh) 微流控芯片液滴生成装置
CN202129066U (zh) 一种微流控微球制备装置
CN111229070A (zh) 一种用于大批量生成多重乳液滴的装置
CN202237837U (zh) 一种双重乳液制备芯片
CN106391152B (zh) 通道上下两壁面指定位置可变形的微流控芯片
CN111229069A (zh) 一种高效的液滴生成装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161214

RJ01 Rejection of invention patent application after publication