CN107321398A - 一种液滴自发形成与控制的系统及方法 - Google Patents

一种液滴自发形成与控制的系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107321398A
CN107321398A CN201710500063.7A CN201710500063A CN107321398A CN 107321398 A CN107321398 A CN 107321398A CN 201710500063 A CN201710500063 A CN 201710500063A CN 107321398 A CN107321398 A CN 107321398A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase container
microchannel
oil phase
pressure
aqueous phase
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.)
Granted
Application number
CN201710500063.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107321398B (zh
Inventor
吴文明
穆全全
李渊明
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.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
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 Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN201710500063.7A priority Critical patent/CN107321398B/zh
Publication of CN107321398A publication Critical patent/CN107321398A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107321398B publication Critical patent/CN107321398B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers 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
    • B01L3/502769Containers 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 multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784Containers 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 multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers 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
    • B01L3/50273Containers 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 the means or forces applied to move the fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14Process control and prevention of errors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)

Abstract

本发明公开了一种液滴自发形成与控制的系统,包括微管道、用于释放微管道内气体的放气部、用于盛放极性液体的水相容器和用于盛放非极性液体的油相容器;微管道的首端能够分别与水相容器和油相容器的出口端连通以形成密闭的系统,且系统内部气压能够增大至高于外界大气压,以在极性液体和非极性液体分别阻隔水相容器和油相容器内的气体与微管道内气体的连通后,放气部泄压使微管道内压力小于水相容器和油相容器内气压,并促使极性液体和非极性液体在压差作用下注入微管道。本发明还公开了一种液滴自发形成与控制的方法。应用本发明提供的液滴自发形成与控制的系统和方法,不需要外部能源提供动力,成本低,液滴形成效果稳定,操作方便。

Description

一种液滴自发形成与控制的系统及方法
技术领域
本发明涉及微流控技术领域,更具体地说,涉及一种液滴自发形成与控制的系统,还涉及一种液滴自发形成与控制的方法。
背景技术
微液滴在化学和生物医学领域的应用非常广泛,如何产生微液滴并对微液滴的产生进行有效的控制的技术已经相当成熟。
目前已有的微液滴形成设备大多需要注射泵提供动力利用油相和水相的剪切形成液滴,而对于液滴大小的控制则多通过控制阀以及复杂的控制系统来实现,设备成本高,体积大,不适于大规模推广。
综上所述,如何有效地解决液滴形成与控制系统结构复杂、成本高等问题,是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的第一个目的在于提供一种液滴自发形成与控制的系统,该液滴自发形成与控制的系统的结构设计可以有效地解决液滴形成与控制系统结构复杂、成本高的问题,本发明的第二个目的是提供一种液滴自发形成与控制的方法。
为了达到上述第一个目的,本发明提供如下技术方案:
一种液滴自发形成与控制的系统,包括微管道、用于释放所述微管道内气体的放气部、用于盛放极性液体的水相容器和用于盛放非极性液体的油相容器;所述微管道的首端能够分别与所述水相容器和所述油相容器的出口端连通以形成密闭的系统,且所述系统内部气压能够增大至高于外界大气压,以在所述极性液体和所述非极性液体分别阻隔所述水相容器和所述油相容器内的气体与所述微管道内气体的连通后,所述放气部泄压使所述微管道内压力小于所述水相容器和所述油相容器内气压,并促使所述极性液体和所述非极性液体在压差作用下注入所述微管道。
优选地,上述液滴自发形成与控制的系统中,所述水相容器和所述油相容器的容积可调以改变系统内部气压以及所述水相容器和所述油相容器内压缩空气的体积比例。
优选地,上述液滴自发形成与控制的系统中,所述水相容器和所述油相容器包括注射器或其他体积可调的容器,并通过胶管或针尖与所述微管道连通。
优选地,上述液滴自发形成与控制的系统中,所述放气部为设置于所述微管道尾端的放气阀或所述微管道管壁的透气孔隙。
优选地,上述液滴自发形成与控制的系统中,所述微管道包括硅胶管或PDMS芯片或塑料芯片、玻璃芯片、金属芯片。
本发明提供的液滴自发形成与控制的系统包括微管道、放气部、水相容器和油相容器。其中,水相容器用于盛放极性液体,油相容器用于盛放非极性液体。放气部用于释放微管道内气体,微管道的首端能够与水相容器和油相容器的出口端连通,进而形成密闭的系统,且系统内部气压能够增大至高于外界大气压,以在极性液体和非极性液体分别阻隔水相容器和油相容器内的气体与微管道内气体的连通后,放气部泄压使微管道内压力小于水相容器和油相容器内气压,并促使极性液体和非极性液体在压差作用下注入微管道。
应用本发明提供的液滴自发形成与控制的系统,将极性液体注入水相容器中,将非极性液体注入油相容器中,并将水相容器和油相容器的出口端分别与微管道的首端连通,使水相容器、油相容器和微管道形成相连通的密闭的空间。而后能够通过增大系统的压力,使水相容器、油相容器和微管道整个系统的内部产生高于外界大气的压力。而后使极性液体和非极性液体分别封住水相容器和油相容器的出口,也就是极性液体和非极性液体分别阻隔水相容器和油相容器内的气体与微管道内气体的连通,此时油相容器、水相容器和微管道形成三个初始压力相同的密闭容器。而后放气部释放微管道内的气体以泄压,使得水相容器和油相容器内的气体压力大于微管道的气压,从而促使非极性液体和极性液体分别向微管道流动。进而促使极性液体和非极性液体在交汇口处形成液滴,并使液滴在微管道内自发流动。且通过调节放气部的气体通量或调节整个系统初始气体压力,能够控制微管道内液滴的流动速度。
综上,本发明利用系统内部的内压实现液滴的自发形成和流动,不需要外部能源提供动力。本发明使用价格比较低的注射器等水相容器和油相容器和透气性的微管道就可以实现液滴的形成并且可以对微管道中极性液体和非极性液体的比例进行控制。系统体积小,成本低,操作方便,液滴形成效果稳定,不需要复杂的辅助系统,易于广泛推广使用。
为了达到上述第二个目的,本发明提供如下技术方案:
一种液滴自发形成与控制的方法,采用如上所述任一种液滴自发形成与控制的系统,包括如下步骤:
S1:向所述水相容器和所述油相容器分别注入极性液体和非极性液体;
S2:将所述水相容器和所述油相容器的开口端分别与所述微管道的首端连通并形成密闭的系统;
S3:增大所述系统内的气体压力至高于外界大气压的预设压力;
S4:使所述极性液体和非极性液体分别阻隔所述水相容器和所述油相容器内的气体与所述微管道内气体的连通;
S5:所述放气部释放所述微管道内的气体以泄压,使所述微管道内压力小于所述水相容器和所述油相容器内气压,所述极性液体和所述非极性液体在压差作用下注入所述微管道。
优选地,上述液滴自发形成与控制的方法中,所述步骤S3中增大所述系统内的气体压力,具体包括:
分别压缩所述水相容器和所述油相容器内容积以增大系统内部气体压力。
优选地,上述液滴自发形成与控制的方法中,所述步骤S3中分别压缩所述水相容器和所述油相容器内容积,具体包括:
分别压缩所述水相容器和所述油相容器内容积,且使得所述水相容器中压缩气体的体积与所述油相容器中压缩气体的体积与目标所述微管道中的极性液体与非极性液体的体积比相同。
优选地,上述液滴自发形成与控制的方法中,所述步骤S5中所述放气部释放所述微管道内的气体以泄压,具体包括:
通过设置于所述微管道尾端的放气阀或所述微管道管壁的透气孔隙释放所述微管道内的气体以泄压,且所述放气阀的开度或所述微管道的透气孔隙的通气量控制所述微管道内液滴的流动速度。
本发明提供的液滴自发形成与控制的方法,利用系统内部的内压实现液滴的自发形成和流动,不需要外部能源提供动力,成本低,液滴形成效果稳定,操作方便,不需要复杂的辅助系统,易于广泛推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个具体实施例的液滴自发形成与控制的系统的结构示意图;
图2为极性液体和非极性液体的比例为2:1示意图;
图3为极性液体和非极性液体的比例为1:1示意图。
附图中标记如下:
压缩气体1,油相容器2,非极性液体3,针尖4,微管道5,放气阀6,水相容器7,极性液体8。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种液滴自发形成与控制的系统,以降低液滴形成与控制系统的结构复杂程度及成本。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图3,图1为本发明一个具体实施例的液滴自发形成与控制的系统的结构示意图;图2为极性液体和非极性液体的比例为2:1示意图;图3为极性液体和非极性液体的比例为1:1示意图。
在一个具体实施例中,本发明提供的液滴自发形成与控制的系统包括微管道5、放气部、水相容器7和油相容器2。
其中,水相容器7用于盛放极性液体8,油相容器2用于盛放非极性液体3。具体的,极性液体8一般为水,非极性液体3一般为油。当然,根据需要也可以采用其他能够剪切形成微液滴的液相。需要说明的是,水相容器7与水相容器均为气密性容器,进而可以调整二者内的气体压力。
微管道5的首端能够分别与水相容器7和油相容器2的出口端连通,进行形成密闭的系统,且系统内部气压能够增大至高于外界大气压的预设压力,具体可以通过压缩水相容器7和油相容器2的容积增大气压,也可以通过向系统内注入气体的方式等增大系统内的气压。需要说明的是,系统内部气压能够增大至高于外界大气压,指在水相容器7和油相容器2与微管道5处于连通状态下增大系统压力,也就是水相容器7和油相容器2与微管道5内初始气压是相同的。
放气部用于释放微管道5内气体,从而控制微管道5内的气体压力。进而系统内部气压能够增大至高于外界大气压后,在极性液体8和非极性液体3分别阻隔水相容器7和油相容器2内的气体与微管道3内气体的连通后,放气部泄压使微管道5内压力小于水相容器7和油相容器2内气压,并促使极性液体8和非极性液体3在压差作用下注入微管道5。
应用本发明提供的液滴自发形成与控制的系统,将极性液体8注入水相容器7中,将非极性液体3注入油相容器2中,并将水相容器7和油相容器2的出口端分别与微管道5的首端连通,使水相容器7、油相容器2和微管道5形成相连通的密闭的空间。而后能够通过增大系统的压力,使水相容器7、油相容器2和微管道5整个系统的内部产生高于外界大气的压力。而后使极性液体8和非极性液体3分别封住水相容器7和油相容器2的出口,也就是极性液体8和非极性液体3分别阻隔水相容器7和油相容器2内的气体与微管道5内气体的连通,此时油相容器2、水相容器7和微管道5形成三个初始压力相同的密闭容器。而后放气部释放微管道5内的气体以泄压,使得水相容器7和油相容器内2的气体压力大于微管道5的气压,从而促使非极性液体3和极性液体分别8向微管道5流动。进而促使极性液体8和非极性液体3在交汇口处形成液滴,并使液滴在微管道3内自发流动。且通过调节放气部的气体通量或调节整个系统初始气体压力,能够控制微管道3内液滴的流动速度。
综上,本发明利用系统内部的内压实现液滴的自发形成和流动,不需要外部能源提供动力。本发明使用价格比较低的注射器等水相容器和油相容器2和透气性的微管道5就可以实现液滴的形成并且可以对微管道5中极性液体8和非极性液体3的比例进行控制。系统体积小,成本低,操作方便,不需要复杂的辅助系统,易于广泛推广使用。
具体的,水相容器和油相容器2的容积可调以改变系统内部气压以及水相容器7和油相容器2内压缩空气的体积比例。也就是通过压缩水相容器7和油相容器2的容积,使得其内的气体内压缩,从而与二者连通的微管道5形成的系统内的气压升高。压缩后水相容器7和油相容器2的容积可以相同也可以不同,具体通过控制水相容器7和油相容器2压缩空气的体积比,能够控制微管道5内部油相和水相液滴的体积比。根据需要也可以通过向系统内补充气体的方式等增大系统的压力。
优选的,水相容器7和油相容器2分别为注射器,并通过胶管或针尖4与微管道5连通。注射器的结构简单,通过推动注射器的推杆即可以改变注射器内容积,从而提高密闭系统内气压。具体的,可以先通过移液枪分别向两注射器内注入极性液体8和非极性液体3。而后用针尖4将注射器分别与微管道5连通,并使整个系统形成密封空间。而后推动两个注射器的推杆至预设位置并固定,以压缩注射器内的气体,从而作为水相容器和7油相容器2的两个注射器内的压强及与之连通的微管道5中的压强增大。而后,将两个注射器倾斜设置以使得内部的液体进入注射器出口,也就是通过极性液体8阻隔了水相容器内气体与微管道5内气体的连通,通过非极性液体3阻隔了油相容器2内气体与微管道5内气体的连通,进而在放气部释放微管道5内气体使其压力小于水相容器7和油相容器2内气体压力时,极性液体8和非极性液体3在压力作用下流向微管道5,进而在二者剪切作用下形成微液滴。根据需要,水相容器7和油相容器2也可以分别为其他体积可控的容器等。
在上述各实施例中,放气部为设置于微管道5尾端的放气阀6或微管道5管壁的透气孔隙。当然,此处的透气孔隙应不影响水相容器7和油相容器2内气体压力的提升。也就是能够通过压缩水相容器7和油相容器2的容积等方式增大系统内部的气体压力,而后利用微管道5的透气性,其内部压强会随着时间的推移而下降,进而水相容器7和油相容器2二者与微管道5间形成压力差。通过上述设置,简单的结构即可方便的形成压力差。根据需要也可以通过放气阀6放气或其他方式在水相容器和油相容器2二者与微管道5间形成压力差。放气部为微管道5管壁的透气孔隙时,则微管道5包括具有透气孔隙的硅胶类透气管。当然,在设置有放气阀6的情况下,微管道5也可为或者非透气孔隙的(PMMA、PVC、PTFE等)塑料管道、玻璃管道、金属管道等。
具体的,微管道5包括硅胶管或PDMS芯片或塑料芯片、玻璃芯片、金属芯片。利用硅胶管的透气性,逐渐降低微管道5的压强,形成压差。或者也可以采用二甲基硅氧烷芯片或塑料芯片、玻璃芯片、金属芯片材料制备的硅胶管。
采用上述任一种液滴自发形成与控制的系统,在初始时刻油相容器2和水相容器7中的压力相同,根据范德华方程可知,当微管道5内的压强降低时,由于油相容器2中压缩气体1,例如空气,和水相容器7中压缩气体1的体积不同,进入微管道5中的极性液体8和非极性液体3,如油相和水相的体积也不同。微管道5中油滴和液滴的体积比与油相容器2和水相容器7中的压缩气体1体积比相等。通过控制两容器内压缩气体1的体积比即可控制微管道5中油相和水相的体积比。
通过调节微管道5末端的放气阀6的空气通量的大小,或者改变油相容器2和水相容器7的初始压缩位置,进而改变体系内部的总体初始压力可以实现对微管道5内液滴流速的控制。
此外,优选的,油相容器2和水相容器7内的极性液体8和非极性液体3的体积远小于油相容器2和水相容器7的容积,即压缩空气的体积,故极性液体8和非极性液体3流出对油相容器2和水相容器7内部的压强影响小,几乎不发生变化,因而保证极性液体8和非极性液体3在微管道5中的体积比稳定不变,进而保证液滴大小和间隔的稳定。具体液滴的大小则可以通过水相针尖的管径或PDMS芯片中水相的管径来进行控制。同时,液滴的尺寸与直径也可以过微管道5中的液体流量,液体粘度以及微管道5的几何形状与管径控制。
基于上述实施例中提供的液滴自发形成与控制的系统,本发明还提供了一种液滴自发形成与控制的方法,采用如上述任一种液滴自发形成与控制的系统,包括如下步骤:
S1:向水相容器和油相容器分别注入极性液体和非极性液体;
S2:将所述水相容器和所述油相容器的开口端分别与所述微管道的首端连通并形成密闭的系统;
S3:增大所述系统内的气体压力至高于外界大气压的预设压力;
具体可以通过压缩水相容器和油相容器内容积以增大整个系统内部的气体压力,也可以通过向系统内部补充气体等方式增大气体压力。具体预设压力的大小可根据需要进行控制,且预设压力的大小能够调控微液滴形成后在微管道内的流动速度。
S4:使所述极性液体和非极性液体分别阻隔所述水相容器和所述油相容器内的气体与所述微管道内气体的连通;
也就是调整水相容器和油相容器的位置使得极性液体和非极性液体分别流至水相容器和油相容器的出口端,阻隔水相容器和油相容器内的气体流向微管道。以使两个容器成为内部压力相等而内部压缩气体体积成一定比例的密闭容器。具体的,可以通过倾斜水相容器和油相容器,使得极性液体和非极性液体分别流至水相容器和油相容器的出口端。
S5:放气部释放微管道内的气体以泄压,使微管道内压力小于水相容器和油相容器内气压,极性液体和非极性液体在压差作用下注入微管道。
则在放气部释放微管道内的气体以泄压,具体如微管道随时间气体由透气孔隙流出压力下降或经放气阀放弃压力下降时,水相容器和油相容器分别与微管道形成压力差。根据需要,也可以通过其他方式使得水相容器和油相容器分别与微管道形成气体压力差。
同时,微管道内液滴的流动速度可以通过放气部的气体通量,如调节放气阀的开度,或调节微管道的透气孔隙的透气量进行控制,或者通过调节系统内部初始压力以控制。也就是在微液滴形成前,通过改变系统内部压力;在微液滴形成后通过改变微通道末端排气阀排气流量的大小,或者通过改变微管道的透气长度、透气面积或气体扩散直径来实现对微管道内液滴的流动速度的控制。
进一步地,步骤S3中增大系统内的气体压力,具体包括:
分别压缩水相容器和油相容器内容积。
分别压缩油相容器和水相容器至相同或不同体积,以增加系统内部气压。
更进一步地,步骤S3中分别压缩水相容器和油相容器内容积,具体包括:
分别压缩水相容器和油相容器内容积,且使得水相容器中压缩气体的体积与油相容器中压缩气体的体积与目标微管道中的极性液体与非极性液体的体积比相同。分别压缩水相容器和油相容器内容积使系统获得高于外部大气的气压,待极性液体和非极性液体分别封住水相容器和油相容器后,水相容器和油相容器内部压缩空气的体积比即可确定。而在系统内外压力差作用下,极性液体和非极性液体会以所述水相容器和油相容器内部压缩空气体积比相同的体积比例进入微管道内部。通过控制水相容器和油相容器内部压缩空气的体积比,可以实现对进入微管道内的极性和非极性液体体积比例的控制。也就是通过控制水相容器和油相容器压缩气体的体积比能够直观快捷的调控微管道中极性液体与非极性液体的体积比。
在上述各实施例的基础上,步骤S5中放气部释放微管道内的气体以泄压,具体包括:
通过设置于微管道尾端的放气阀或微管道管壁的透气孔隙释放微管道内的气体以泄压,且放气阀的开度或微管道的透气孔隙的通气量控制微管道内液滴的流动速度。也可以在微液滴形成前,通过改变系统内部初始压力,即预设压力值以控制微管道内液滴的流动速度。
利用系统内部的内压实现液滴的自发形成和流动,不需要外部能源提供动力,成本低,操作方便,不需要复杂的辅助系统,易于广泛推广使用。其具体可以参考上述液滴自发形成与控制的系统中的相关表述,此处不再赘述。
以下以两个优选的实施方式说明。
请参阅图2,图2为极性液体和非极性液体的比例为2:1示意图。
在一个优选的实施方式中,采用两个10ml的注射器作为水相和油相容器,分别用于盛放油相和水相的注射器推杆拉到10ml和5ml位置,用移液枪分别向油相容器内注入100微升矿物油,向液相通气内注入50微升蓝色墨水,并用针管将注射器与微型管道连接在一起,关闭微型管道末端放气阀,使整个系统成为一个密闭空间。
将装有油相的注射器从10ml推到2ml位置,并用铁丝固定,将装有水相的注射器由5ml推到1ml,并用铁丝固定。此时,整个系统内部的压强高于外部压强,且两注射器内部压强相等。将注射剂倾斜放置,使矿物油和墨水进入注射器出口,此时两个注射器成为两个独立的密闭容器。因微管道具有透气性其内部压强会随着时间的推移而下降,与油相和水相容器内部的压强形成压差,进而促使矿物油和墨水向微管道内流动,即可形成如图2所示的油相和液相体积比为2:1的微液滴。液滴形成后通过改变末端排气阀或者透气性硅胶管的透气参数改变空气通量,可以实现对液滴流动速度的调节。同样也可改变两个注射器初始位置,改变液滴在微管道内的流动速度。
请参阅图3,图3为极性液体和非极性液体的比例为1:1示意图。
在该实施例中,与上述实施方式不同的是,分别向两注射器内注入50微升矿物油和墨水,将装有油相和水相的注射器从5ml位置压到1ml位置并固定。而后按照上述实施方式中的操作即可产生如图3所示的油相和液相比例为1:1的微液滴。也就是,改变注射器固定后两注射器内部空气的体积比,即可控制微管道内部水相和油相的体积比。
本发明用密闭容器内系统的内压实现液滴的自发形成,通过改变系统内部空气体积实现水相和油相比例的调节,通过系统内部压强的不同和材料的透气性实现液滴流速的控制和调节。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种液滴自发形成与控制的系统,其特征在于,包括微管道、用于释放所述微管道内气体的放气部、用于盛放极性液体的水相容器和用于盛放非极性液体的油相容器;所述微管道的首端能够分别与所述水相容器和所述油相容器的出口端连通以形成密闭的系统,且所述系统内部气压能够增大至高于外界大气压,以在所述极性液体和所述非极性液体分别阻隔所述水相容器和所述油相容器内的气体与所述微管道内气体的连通后,所述放气部泄压使所述微管道内压力小于所述水相容器和所述油相容器内气压,并促使所述极性液体和所述非极性液体在压差作用下注入所述微管道。
2.根据权利要求1所述的液滴自发形成与控制的系统,其特征在于,所述水相容器和所述油相容器的容积可调以改变系统内部气压以及所述水相容器和所述油相容器内压缩空气的体积比例。
3.根据权利要求2所述的液滴自发形成与控制的系统,其特征在于,所述水相容器和所述油相容器包括注射器或其他体积可调的容器,并通过胶管或针尖与所述微管道连通。
4.根据权利要求1-3任一项所述的液滴自发形成与控制的系统,其特征在于,所述放气部为设置于所述微管道尾端的放气阀或所述微管道管壁的透气孔隙。
5.根据权利要求4所述的液滴自发形成与控制的系统,其特征在于,所述微管道包括硅胶管或PDMS芯片或塑料芯片、玻璃芯片、金属芯片。
6.一种液滴自发形成与控制的方法,其特征在于,采用如权利要求1-5任一项所述的液滴自发形成与控制的系统,包括如下步骤:
S1:向所述水相容器和所述油相容器分别注入极性液体和非极性液体;
S2:将所述水相容器和所述油相容器的开口端分别与所述微管道的首端连通并形成密闭的系统;
S3:增大所述系统内的气体压力至高于外界大气压的预设压力;
S4:使所述极性液体和非极性液体分别阻隔所述水相容器和所述油相容器内的气体与所述微管道内气体的连通;
S5:所述放气部释放所述微管道内的气体以泄压,使所述微管道内压力小于所述水相容器和所述油相容器内气压,所述极性液体和所述非极性液体在压差作用下注入所述微管道。
7.根据权利要求6所述的液滴自发形成与控制的方法,其特征在于,所述步骤S3中增大所述系统内的气体压力,具体包括:
分别压缩所述水相容器和所述油相容器内容积以增大系统内部气体压力。
8.根据权利要求7所述的液滴自发形成与控制的方法,其特征在于,所述步骤S3中分别压缩所述水相容器和所述油相容器内容积,具体包括:
分别压缩所述水相容器和所述油相容器内容积,且使得所述水相容器中压缩气体的体积与所述油相容器中压缩气体的体积与目标所述微管道中的极性液体与非极性液体的体积比相同。
9.根据权利要求6-8任一项所述的液滴自发形成与控制的方法,其特征在于,所述步骤S5中所述放气部释放所述微管道内的气体以泄压,具体包括:
通过设置于所述微管道尾端的放气阀或所述微管道管壁的透气孔隙释放所述微管道内的气体以泄压,且所述放气阀的开度或所述微管道的透气孔隙的通气量控制所述微管道内液滴的流动速度。
CN201710500063.7A 2017-06-27 2017-06-27 一种液滴自发形成与控制的系统及方法 Expired - Fee Related CN107321398B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710500063.7A CN107321398B (zh) 2017-06-27 2017-06-27 一种液滴自发形成与控制的系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710500063.7A CN107321398B (zh) 2017-06-27 2017-06-27 一种液滴自发形成与控制的系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107321398A true CN107321398A (zh) 2017-11-07
CN107321398B CN107321398B (zh) 2019-11-26

Family

ID=60198301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710500063.7A Expired - Fee Related CN107321398B (zh) 2017-06-27 2017-06-27 一种液滴自发形成与控制的系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107321398B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108152232A (zh) * 2017-12-28 2018-06-12 西北工业大学 基于微液滴增强吸光度效应的六价铬检测装置及方法
CN109173949A (zh) * 2018-08-07 2019-01-11 浙江大学 一种封闭注射泵促混微流控反应装置及方法
CN110075933A (zh) * 2018-01-25 2019-08-02 北京致雨生物科技有限公司 微液滴生成装置、系统及生成方法
CN112007705A (zh) * 2020-09-07 2020-12-01 新羿制造科技(北京)有限公司 微液滴生成装置
CN113025478A (zh) * 2021-02-25 2021-06-25 王奔 Poct定量核酸检测用微流控装置、检测系统及检测方法
CN113814011A (zh) * 2021-09-16 2021-12-21 广东省科学院健康医学研究所 一种基于疏水毛细管的微流体进样装置及方法
CN114522597A (zh) * 2022-02-10 2022-05-24 清华大学 微分散装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101718795A (zh) * 2008-09-22 2010-06-02 中国科学院大连化学物理研究所 基于气动微阀的微流控芯片液滴操控方法
US20120040472A1 (en) * 2010-01-24 2012-02-16 Pz Cormay S.A. System and method for automated generation and handling of liquid mixtures
CN103736528A (zh) * 2013-12-19 2014-04-23 北京化工大学常州先进材料研究院 一种用于试剂混合及微液滴、微液柱制备的微流控芯片
CN104324769A (zh) * 2014-11-17 2015-02-04 中国科学院微生物研究所 基于微管道的液滴的生成方法
CN204816578U (zh) * 2015-07-30 2015-12-02 河北工业大学 一种微流控芯片液滴生成装置
CN106238111A (zh) * 2016-07-28 2016-12-21 南京理工大学 一种基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101718795A (zh) * 2008-09-22 2010-06-02 中国科学院大连化学物理研究所 基于气动微阀的微流控芯片液滴操控方法
US20120040472A1 (en) * 2010-01-24 2012-02-16 Pz Cormay S.A. System and method for automated generation and handling of liquid mixtures
CN103736528A (zh) * 2013-12-19 2014-04-23 北京化工大学常州先进材料研究院 一种用于试剂混合及微液滴、微液柱制备的微流控芯片
CN104324769A (zh) * 2014-11-17 2015-02-04 中国科学院微生物研究所 基于微管道的液滴的生成方法
CN204816578U (zh) * 2015-07-30 2015-12-02 河北工业大学 一种微流控芯片液滴生成装置
CN106238111A (zh) * 2016-07-28 2016-12-21 南京理工大学 一种基于微流控芯片剪切流的微胶囊制备方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108152232A (zh) * 2017-12-28 2018-06-12 西北工业大学 基于微液滴增强吸光度效应的六价铬检测装置及方法
CN110075933A (zh) * 2018-01-25 2019-08-02 北京致雨生物科技有限公司 微液滴生成装置、系统及生成方法
CN110075933B (zh) * 2018-01-25 2022-05-13 北京致雨生物科技有限公司 微液滴生成装置、系统及生成方法
CN109173949A (zh) * 2018-08-07 2019-01-11 浙江大学 一种封闭注射泵促混微流控反应装置及方法
CN112007705A (zh) * 2020-09-07 2020-12-01 新羿制造科技(北京)有限公司 微液滴生成装置
CN113025478A (zh) * 2021-02-25 2021-06-25 王奔 Poct定量核酸检测用微流控装置、检测系统及检测方法
CN113025478B (zh) * 2021-02-25 2021-09-21 中食安泓(广东)健康产业有限公司 Poct定量核酸检测用微流控装置、检测系统及检测方法
CN113814011A (zh) * 2021-09-16 2021-12-21 广东省科学院健康医学研究所 一种基于疏水毛细管的微流体进样装置及方法
CN114522597A (zh) * 2022-02-10 2022-05-24 清华大学 微分散装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107321398B (zh) 2019-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107321398A (zh) 一种液滴自发形成与控制的系统及方法
CN107287111A (zh) 一种用于数字pcr的装置及方法
ES2532080T3 (es) Aparato de dispensación de bebidas que comprende medios de control de flujo auto-regulados
US20080029173A1 (en) Variable flow reshapable flow restrictor apparatus and related methods
CN206943479U (zh) 防爆球阀
CN102817601B (zh) 应用交联剂进行聚合物驱油田在线调剖的方法及装置
CN106996281B (zh) 一种智能流入控气装置及方法
CN115970573A (zh) 一种井下的超临界二氧化碳混砂装置
CN108426052B (zh) 一种气缸驱动叠帘水量调节机构
CN105090531B (zh) 电动阀
CN106290669A (zh) 液相色谱系统流动相补加与容积扩展装置
CN205795589U (zh) 软瓶挤压器
CN104453851B (zh) 油田驱替物、油田驱替方法与油田驱替物的试验制备装置
CN104148242B (zh) 用于液滴细分的同轴双孔针头、装置及方法
CN108166353A (zh) 洒油装置及洒油系统
CN102350238A (zh) 高能恒压混合器
CN201593582U (zh) 阻尼器
CN208564522U (zh) 一种油田降压增注装置
CN107638836B (zh) 一种多重乳液制备系统
CN209109193U (zh) 一种液滴包含物的提取装置
CN205503416U (zh) 一种高吸程气动隔膜泵
CN107420567A (zh) 一种用于调节注蜡流量与开闭的锥阀及其注蜡系统
CN203598299U (zh) 一种药物输注装置
CN206751358U (zh) 一种多路分液装置
CN103352833B (zh) 一种能在运行中调节流量的隔膜泵液力端

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191126

Termination date: 20210627

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee