CN108212230B - 一种基于微阀控制的液滴生成装置及方法 - Google Patents

一种基于微阀控制的液滴生成装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108212230B
CN108212230B CN201711403695.8A CN201711403695A CN108212230B CN 108212230 B CN108212230 B CN 108212230B CN 201711403695 A CN201711403695 A CN 201711403695A CN 108212230 B CN108212230 B CN 108212230B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
channel
gas
pneumatic
branch
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.)
Active
Application number
CN201711403695.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108212230A (zh
Inventor
龙威
吴蜜蜜
柴辉
杨绍华
陈娅君
吴张永
张晓龙
魏镜弢
王庭有
蔡晓明
莫子勇
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.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
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 Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN201711403695.8A priority Critical patent/CN108212230B/zh
Publication of CN108212230A publication Critical patent/CN108212230A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108212230B publication Critical patent/CN108212230B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • B01L3/502738—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 integrated valves
    • 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
    • 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
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • 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
    • B01L2300/12—Specific details about materials

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)
  • Micromachines (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于微阀控制的液滴生成装置及方法，属于微流控技术领域，本基于微阀控制的液滴生成装置包括玻璃基片、芯片、微通道Ⅰ、一个以上的气动微阀Ⅰ、入口Ⅰ、气动微阀Ⅱ、出口、一条以上的分支微通道、出口微通道、气体微通道、入口Ⅱ、气动微阀Ⅲ，芯片采用PDMS聚二甲基硅氧烷材料制成，本发明在圆形通道内设计分支通道，使液体在分岔口处发生了较大的扰动，在液/液张力和剪切力的作用下形成液滴，本发明将圆形通道与气体通道相连，并在各分支微通道内设置薄膜式气动微阀，通过控制通入气体的流量对生成液滴的大小和频率进行控制，得到不同要求的液滴，本发明装置操作简单，方便实用，具有较好的应用前景。

Description

一种基于微阀控制的液滴生成装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于微阀控制的液滴生成装置及方法，属于微流控技术领域。
背景技术
液滴微流控是在封闭的微通道网络中生成和操控纳升至皮升级液滴的科学与技术。液滴微流控技术近年来取得了较大发展，为化学、生命科学与医学等领域的基础与应用研究提供了一个有力的平台。微流体器件广泛用于集成电子、精密仪器、医疗设备和生物制药等领域，微流体器件适合各种流量控制系统的开发，其控制技术包括光、电、气、磁、热、气相变化等。液滴微流控技术目前还存在一些挑战，例如不同样品之间的切换、油相和水相中表面活性剂对液滴反应和检测的影响、液滴与液滴之间的相互污染等问题均没得到较好的解决，理论指导极为缺乏。随着该领域的不断深入，这些问题将逐步得到解决，液滴微流控的应用前景也将变得更加广阔。用于实验室流体处理的玻璃基板上的芯片结构，该结构的设计通过使用COMSOL Multiphysics进行仿真模拟，采用PDMS材料制作微通道结构，能够在一定的变形条件下恢复到原来的状态而结构没有发生永久性破坏。本发明通过COMSOLMultiphysics仿真模拟可知，本发明通过改变通道结构，与通过延长通道的长度，可以极大的提高液液萃取效率和缩短萃取时间。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种基于微阀控制的液滴生成装置，本发明在圆形通道内设计分支通道，使液体在分岔口处发生了较大的扰动，扰动使得水相和有机相中目标分子在微流控通道中流动，在液/液张力和剪切力的作用下形成液滴，增强了相界面处的目标分子的传递过程，本发明将圆形通道与气体通道相连，并在各分支微通道内设置薄膜式气动微阀，通过控制通入气体的流量对生成液滴的大小和频率进行控制，得到不同要求的液滴，将此装置应用于萃取，显著地提高了液液萃取的萃取效率和缩短萃取时间。
本发明基于微阀控制的液滴生成装置，包括玻璃基片、芯片、微通道Ⅰ、一个以上的气动微阀Ⅰ、入口Ⅰ、气动微阀Ⅱ、出口、一条以上的分支微通道、出口微通道、气体微通道、入口Ⅱ、气动微阀Ⅲ；
所述芯片设置在玻璃基片上，芯片上设有入口Ⅰ、入口Ⅱ和出口，芯片内设有微通道Ⅰ、一条以上的分支微通道、出口微通道和气体微通道，所述微通道Ⅰ为圆形通道，微通道Ⅰ圆内设有一条以上的分支微通道，分支微通道的一端与入口Ⅰ连通，另一端与微通道Ⅰ连通，一条以上的分支微通道内设有气动微阀Ⅰ，微通道Ⅰ与出口微通道连通，出口微通道上设有气动微阀Ⅱ，且出口微通道与出口连通，所述气体微通道位于微通道圆外且一端与微通道连通，另一端与入口Ⅱ连通，气体微通道内设有气动微阀Ⅲ。
所述芯片采用PDMS聚二甲基硅氧烷材料制成。
所述芯片长80mm，宽80mm，厚20mm。
所述玻璃基片长100mm，宽100mm，厚20mm。
所述分支微通道宽120 um，深600um。
所述气动微阀Ⅰ、气动微阀Ⅱ和气动微阀Ⅲ为薄膜式气动微阀。
所述各微通道结构通过微细加工技术制作。
本发明的目的之二在于提供一种利用以上所述装置进行液滴生成的方法，具体步骤为：
从入口Ⅰ注入液体，液体进入分支微通道内，液体由各分支微通道流入微通道Ⅰ内，同时将气体从入口Ⅱ通入气体微通道内，气体从气体微通道进入微通道Ⅰ内，促进液体的流动，且通入的气体使薄膜式气动微阀的膜片向上顶起，实现对液滴通道的开闭，微通道Ⅰ中液/液界面张力和剪切力的作用，使流体会形成高度均一的间段流，即液滴，通过控制入口Ⅱ通入气体的流量，对生成液滴的大小和生成频率进行控制。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过改变微流控芯片通道结构，在圆形通道内增加分支通道，使液体在分岔口处发生了较大的扰动，扰动使得水相和有机相中目标分子在微流控通道中流动，增强了相界面处的目标分子的传递过程。
2、本发明通过气体微通道将气体通入圆形通道内，促进液体的流动。
3、本发明通道在各微通道内设计薄膜式气动微阀，通过控制气体流量来控制液体大小和频率，效果较好。
4、本发明使用PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料制作芯片，材料透光性好、生物相容性佳以及良好的化学惰性，该材料韧性比较高，弹性好。
5、本发明装置使用简单，成本低，具有较广的应用前景。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
其中：1-玻璃基片，2-芯片，3-微通道Ⅰ，4-气动微阀Ⅰ，5-入口Ⅰ，6-气动微阀Ⅱ，7-出口，8-分支微通道，9-出口微通道，10-气体微通道，11-入口Ⅱ，12-气动微阀Ⅲ。
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，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：如图1所示，本基于微阀控制的液滴生成装置，包括玻璃基片1、芯片2、微通道Ⅰ3、8个的气动微阀Ⅰ4、入口Ⅰ5、气动微阀Ⅱ6、出口7、8条分支微通道8、出口微通道9、气体微通道10、入口Ⅱ11、气动微阀Ⅲ12；
所述芯片2设置在玻璃基片1上，玻璃基片1长100mm，宽100mm，厚20mm，芯片2采用PDMS聚二甲基硅氧烷材料制成，芯片2长80mm，宽80mm，厚20mm，芯片2上设有入口Ⅰ5、入口Ⅱ11和出口7，芯片2内设有微通道Ⅰ3、8条分支微通道8、出口微通道9和气体微通道10，所述微通道Ⅰ3为圆形通道，微通道Ⅰ3圆内设有8条分支微通道8，分支微通道8宽120 um，深600um，分支微通道8的一端与入口Ⅰ5连通，另一端与微通道Ⅰ3连通，8条分支微通道8内设有气动微阀Ⅰ4，微通道Ⅰ3与出口微通道9连通，出口微通道9上设有气动微阀Ⅱ6，且出口微通道9与出口7连通，所述气体微通道10位于微通道3圆外且一端与微通道3连通，另一端与入口Ⅱ11连通，气体微通道10内设有气动微阀Ⅲ12，所述气动微阀Ⅰ4、气动微阀Ⅱ6和气动微阀Ⅲ12为薄膜式气动微阀。
利用本实施例装置进行液滴生成的方法，具体步骤为：从入口Ⅰ5注入液体，液体进入分支微通道8内，液体由各分支微通道8流入微通道Ⅰ3内，同时将气体从入口Ⅱ11通入气体微通道10内，气体从气体微通道10进入微通道Ⅰ3内，促进液体的流动，且通入的气体使薄膜式气动微阀的膜片向上顶起，实现对液滴通道的开闭，微通道Ⅰ3中液/液界面张力和剪切力的作用，使流体会形成高度均一的间段流，即液滴，通过控制入口Ⅱ11通入气体的流量，对生成液滴的大小和生成频率进行控制。
通过薄膜式气动微阀来控制生成液滴的大小、微液滴的生成间隔和微液滴的持续时间，圆形通道内通液体，气体通道内通气体，气体将薄膜式气动微阀的膜片向上顶起，通过改变气体通道的气体流量大小，实现对液体通道开闭，因而通过控制气体入口流量的大小和气体的通断频率来控制微液滴生成的大小和微液滴的生成频率。
将本实施例装置应用于萃取，通过COMSOL Multiphysics仿真模拟可知：通过观察微通道中的流体的流线和矢量分布，发现气液混合型结构增强层流萃取的机理，微结构通过促进各液相内部的混合和两相交界面处的溶质交换来促进层流萃取效率。通过在层流萃取微芯片通道中结构的改变，可以极大地增大紊流程度，提高液液层流萃取效率和缩短萃取时间。

Claims (7)

1.一种基于微阀控制的液滴生成装置，其特征在于包括玻璃基片（1）、芯片（2）、微通道Ⅰ（3）、一个以上的气动微阀Ⅰ（4）、入口Ⅰ（5）、气动微阀Ⅱ（6）、出口（7）、一条以上的分支微通道（8）、出口微通道（9）、气体微通道（10）、入口Ⅱ（11）、气动微阀Ⅲ（12）；
所述芯片（2）设置在玻璃基片（1）上，芯片（2）上设有入口Ⅰ（5）、入口Ⅱ（11）和出口（7），芯片（2）内设有微通道Ⅰ（3）、8条分支微通道（8）、出口微通道（9）和气体微通道（10），所述微通道Ⅰ（3）为圆形通道，微通道Ⅰ（3）圆内设有8条分支微通道（8），分支微通道（8）的一端与入口Ⅰ（5）连通，另一端与微通道Ⅰ（3）连通，8条分支微通道（8）内设有气动微阀Ⅰ（4），微通道Ⅰ（3）与出口微通道（9）连通，出口微通道（9）内设有气动微阀Ⅱ（6），且出口微通道（9）与出口（7）连通，所述气体微通道（10）位于微通道（3）圆外且一端与微通道（3）连通，另一端与入口Ⅱ（11）连通，气体微通道（10）内设有气动微阀Ⅲ（12）。
2.根据权利要求1所述的基于微阀控制的液滴生成装置，其特征在于：所述芯片（2）采用PDMS聚二甲基硅氧烷材料制成。
3.根据权利要求1所述的基于微阀控制的液滴生成装置，其特征在于：所述芯片（2）长80mm，宽80mm，厚20mm。
4.根据权利要求1所述的基于微阀控制的液滴生成装置，其特征在于：所述玻璃基片（1）长100mm，宽100mm，厚20mm。
5.根据权利要求1所述的基于微阀控制的液滴生成装置，其特征在于：所述分支微通道（8）宽120 um，深600um。
6.根据权利要求1所述的基于微阀控制的液滴生成装置，其特征在于：所述气动微阀Ⅰ（4）、气动微阀Ⅱ（6）和气动微阀Ⅲ（12）为薄膜式气动微阀。
7.利用权利要求1~6所述装置进行液滴生成的方法，其特征在于，具体步骤为：从入口Ⅰ（5）注入液体，液体进入分支微通道（8）内，液体由各分支微通道（8）流入微通道Ⅰ（3）内，同时将气体从入口Ⅱ（11）通入气体微通道（10）内，气体从气体微通道（10）进入微通道Ⅰ（3）内，促进液体的流动，且通入的气体使薄膜式气动微阀的膜片向上顶起，实现对液滴通道的开闭，微通道Ⅰ（3）中液/液界面张力和剪切力的作用，使流体会形成高度均一的间段流，即液滴，通过控制入口Ⅱ（11）通入气体的流量，对生成液滴的大小和生成频率进行控制。
CN201711403695.8A 2017-12-22 2017-12-22 一种基于微阀控制的液滴生成装置及方法 Active CN108212230B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711403695.8A CN108212230B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种基于微阀控制的液滴生成装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711403695.8A CN108212230B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种基于微阀控制的液滴生成装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108212230A CN108212230A (zh) 2018-06-29
CN108212230B true CN108212230B (zh) 2020-11-17

Family

ID=62647737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711403695.8A Active CN108212230B (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种基于微阀控制的液滴生成装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108212230B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002022267A3 (en) * 2000-09-18 2002-08-01 Micronics Inc Externally controllable surface coatings for microfluidic devices
EP1868697A1 (fr) * 2005-04-19 2007-12-26 Commissariat A L'energie Atomique Procede d'extraction d'au moins un compose d'une phase liquide comprenant un liquide ionique fonctionnalise, et systeme microfluidique pour la mise en oeuvre de ce procede
CN101500694A (zh) * 2006-05-09 2009-08-05 先进液体逻辑公司 液滴操纵系统
WO2013180494A1 (ko) * 2012-05-30 2013-12-05 나노바이오시스(주) 다-채널 액체 분배 장치, 이를 포함하는 핵산 추출 장치, 및 이를 이용한 핵산 추출 방법
CN206372553U (zh) * 2016-12-15 2017-08-04 贵州维仙果有限公司 基于微流体的快速萃取装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003234566A1 (en) * 2002-06-11 2003-12-22 Kionix, Inc. Methods and devices for microfluidic extraction
JP2006212570A (ja) * 2005-02-04 2006-08-17 Ricoh Co Ltd 脱溶媒装置
CN100528276C (zh) * 2007-06-05 2009-08-19 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种液-液萃取装置及萃取方法
WO2010022441A1 (en) * 2008-08-25 2010-03-04 University Of South Australia Extraction processes
CN101718795B (zh) * 2008-09-22 2012-08-29 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
CN102527454A (zh) * 2012-01-31 2012-07-04 复旦大学 一种用于样品富集的微流控液滴浓缩装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002022267A3 (en) * 2000-09-18 2002-08-01 Micronics Inc Externally controllable surface coatings for microfluidic devices
EP1868697A1 (fr) * 2005-04-19 2007-12-26 Commissariat A L'energie Atomique Procede d'extraction d'au moins un compose d'une phase liquide comprenant un liquide ionique fonctionnalise, et systeme microfluidique pour la mise en oeuvre de ce procede
CN101500694A (zh) * 2006-05-09 2009-08-05 先进液体逻辑公司 液滴操纵系统
WO2013180494A1 (ko) * 2012-05-30 2013-12-05 나노바이오시스(주) 다-채널 액체 분배 장치, 이를 포함하는 핵산 추출 장치, 및 이를 이용한 핵산 추출 방법
KR20130135111A (ko) * 2012-05-30 2013-12-10 나노바이오시스 주식회사 다-채널 액체 분배 장치, 이를 포함하는 핵산 추출 장치, 및 이를 이용한 핵산 추출 방법
CN206372553U (zh) * 2016-12-15 2017-08-04 贵州维仙果有限公司 基于微流体的快速萃取装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108212230A (zh) 2018-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Aracil et al. Portable Lab-on-PCB platform for autonomous micromixing
US20130206250A1 (en) Bubble-based microvalve and its use in microfluidic chip
Ellinas et al. Superhydrophobic, passive microvalves with controllable opening threshold: Exploiting plasma nanotextured microfluidics for a programmable flow switchboard
Zhang et al. A passive flow regulator with low threshold pressure for high-throughput inertial isolation of microbeads
Wang et al. Microblower-based microfluidic pump
CN107876111A (zh) 一种基于pdms正压驱动的微液滴生成芯片及制作方法
CN105013544A (zh) 一种基于亲水纤维丝诱导的微液滴融合方法
CN103121660A (zh) 面向微流体系统的玻璃基仿生微通道加工装置及加工方法
JP2004531369A (ja) マイクロチャネル装置
CN108212230B (zh) 一种基于微阀控制的液滴生成装置及方法
Zhang et al. Realization of planar mixing by chaotic velocity in microfluidics
CN108993337A (zh) 一种液滴流微反应器的集成装置
KR100838129B1 (ko) 미세 유체 소자 및 이를 구비한 진단 및 분석 장치
CN101716473B (zh) 芯片内微混合器及其制作方法
Wang et al. Controllable geometry-mediated droplet fission using “off-the-shelf” capillary microfluidics device
Wu A pressure-driven gas-diffusion/permeation micropump for self-activated sample transport in an extreme micro-environment
CN109331501B (zh) 一种气动式辅助萃取装置及方法
CN106195439A (zh) 基于流路状态的微阀系统
Zhongdong et al. Liquid-liquid two-phase flow and mesoscale effect in parallel microchannels
Liu et al. Numerical analysis of air bubble formation in PDMS micro-channels in negative pressure-driven flow
CN219722930U (zh) 一种微流控阵列芯片
CN113117767B (zh) 一种用于微流体的气泡消溶单元
CN110960997B (zh) 用于快速产生稳定体积的油包水微乳液的装置
Kumar et al. Effect of geometry of the grooves on the mixing of Fluids in micro mixer channel
Chung et al. Design and simulation of a novel micro-mixer with baffles and side-wall injection into the main channel

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