CN108927231B - 基于大孔灌流微球的多通道液滴生成装置和方法 - Google Patents

Abstract

基于大孔灌流微球的多通道液滴生成装置和方法，涉及微流控液滴生成领域。液滴生成装置设有毛细管、大孔灌流微球、液体输送装置和液滴收集装置；所述大孔灌流微球固定于毛细管端口，大孔灌流微球具有多个贯穿孔道；所述毛细管为分散相通道；所述液体输送装置用于输送分散相；所述液滴收集装置用于盛装连续相并用于收集液滴。基于基石效应，将灌流硅球固定于毛细管的端口，再将毛细管有大孔灌流微球的一端放入盛有氟碳‑40连续相的容器内，毛细管有大孔灌流微球的另一端利用PEEK软管与注射器相连，以水/甲醇为分散相，将连续相压入毛细管内，即快速生成大量液滴。

Description

基于大孔灌流微球的多通道液滴生成装置和方法

技术领域

本发明涉及微流控液滴生成领域，特别是涉及基于大孔灌流微球的多通道液滴生成装置和方法。

背景技术

微流控液滴制备技术是近年发展起来的一项全新的微小液滴制备和操作技术，利用两种不相溶的液相，利用剪切力、表面张力等将流体分割为一定体积的液滴。由于微小液滴在传质、传热、物质交换、定量控制等方面的优势，近年来微流控液滴技术引起来广泛的关注和研究。

目前，液滴的制备主要是通过连续相和分散相之间交叉和相对运动，从而形成液滴，如利用压力泵将分散相和连续相通过T型通道法、流式聚焦法和共轴流法，是分散相液体在连续相的作用下来生成液滴，以上三种方法在芯片法和毛细管通道法中都有广泛应用。但在实际应用中，分散相和连续相的动力源(压力泵、注射泵等)在长时间的操作过程中，容易出现不稳定进而影响液滴生成大小的均匀性和一致性；另一个缺点是不能实现高密度的多通道并行，液滴体积均为纳升级别，或者更小，如何实现大规模制备也是一个重要挑战。

发明内容

本发明的目的是提供液滴生成装置简单、次间重现性好、易于实现批量平行液滴制备，使液滴制备通量和精准度获得显著提高的基于大孔灌流微球的多通道液滴生成装置和方法。

所述基于大孔灌流微球的多通道液滴生成装置设有毛细管、大孔灌流微球、液体输送装置和液滴收集装置；所述大孔灌流微球固定于毛细管端口，大孔灌流微球具有多个贯穿孔道；所述毛细管为分散相通道；所述液体输送装置用于输送分散相；所述液滴收集装置用于盛装连续相并用于收集液滴。

所述分散相被液体输送装置以一定流速输送入毛细管内，经过大孔灌流微球内部的孔道后，被切割成一定尺寸的液滴，并被收集于盛装连续相的容器中。

所述液体输送装置可采用注射泵、注射器针筒、蠕动泵、高压泵等可以以精确流速输送液体的装置。

本发明中基于大孔灌流微球内部具有丰富的微米级孔道，用于实现多通道液滴生成的目的。

本发明中所用毛细管的材质可采用有机聚合物材料或无机材料，所述有机聚合物材料可采用聚醚醚酮(PEEK)等，所述无机材料可采用石英、金属等。所述毛细管的内径可为10～500μm。

本发明中大孔灌流微球的材质可以是二氧化硅无机材料、有机聚合物材料、有机无机杂化材料，大孔灌流微球含有丰富的内径1μm左右的大孔。

本发明中大孔灌流微球固定于毛细管端口的方法可以是基于基石效应(KeyStone Effect)、热变形机械挤压等物理方法，也可以是利用化学反应方法黏合在喷口处。

本发明中分散相通过大孔灌流微球制备出液滴后，基于连续相和分散相密度的差异，液滴可以上浮至连续相液面，也可以下沉至连续相底部，或均匀分散于连续相内部。

本发明中单次液滴制备过程中，可以平行使用多根装有大孔灌流微球的毛细管，实现多道平行多通道液滴制备。

所述基于大孔灌流微球的多通道液滴生成方法的具体步骤如下：

基于基石效应，将灌流硅球固定于毛细管的端口，再将毛细管有大孔灌流微球的一端放入盛有氟碳-40连续相的容器内，毛细管有大孔灌流微球的另一端利用PEEK软管与注射器相连，以水/甲醇(1/1，v/v)为分散相，将连续相压入毛细管内，即快速生成大量液滴。

所述毛细管可采用石英毛细管，毛细管的内径为100μm，长度为10cm；所述灌流硅球的外径可为100μm，所述将连续相压入毛细管内可采用手动将1mL连续相压入毛细管内。

本发明中液滴生成装置简单，液滴制备通量高，液滴尺寸重现性好。

本发明克服了现有液滴制备的缺点，利用大孔灌流微球内部丰富均匀的孔隙，显著提高了液滴制备通道的密度，大幅提高了液滴生成通量，能够在短时间内实现液滴的大量制备，同时也能控制液滴尺寸的高度均一性，且易于实现批量平行液滴制备，具有巨大的应用潜力。

附图说明

图1为毛细管液滴生成装置的搭建。

图2为实施例1中单根毛细管多通道液滴制备装置示意图。

图3为实施例2中并行8根多通道毛细管液滴生成装置示意图。

图4为实施例3中获得尺寸高度均一液滴光学显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图和几种可选实施例对本发明进一步说明。需要指出：本发明并不局限于以下实施例。实施例中未注明具体技术和条件者，按照本领域内文献所描述的技术和条件或按照产品说明书进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购得到的常规产品。

实施例1：内径为100μm多通道液滴生成装置的搭建

参见图1和2，截取内径为100μm的10cm毛细管3，分散相10用注射泵5压入平行毛细管3内，将一颗外径为100μm的大孔灌流硅球7基于基石效应固定于毛细管3的端口，将毛细管3有大孔灌流微球的一端放入盛有氟碳-40(FC-40)4连续相的容器8内，毛细管3的另一端利用PEEK软管2与注射器1相连，以水/甲醇(1/1，v/v)为分散相10，手动将1mL连续相9压入毛细管3内，能够快速生成大量液滴11。

实施例2：并行8根多通道毛细管液滴生成装置的搭建

截取8根长度为10cm，内径为100μm的石英毛细管3。利用实施例1中的方法，将一颗外径为100μm的灌流硅球基于基石效应固定于每根毛细管的端口处，将毛细管有大孔灌流微球的一端放入盛有FC-40 4连续相的容器内，另一端利用PEEK软管2与注射器相连，并利用四个三通6装置将分散相分流至8个通道(如图3)。以水/甲醇(1/1，v/v)为分散相，使用注射泵5以500μL/min的流速将分散相压入8根平行毛细管3内，实现并行多根多通道毛细管液滴生成装置的搭建。

实施例3：高度均一尺寸液滴的生成

利用实施例1中搭建的液滴生成装置，以FC-40为连续相，水/甲醇(1/1，v/v)为分散相，利用精密注射泵将分散相以50μL/min的流速注入连续相，制备液滴，并在显微镜下观察、测量液滴的尺寸，通过测量50个液滴的直径，计算出所得液滴的CV值为3％，表明所得液滴尺寸高度均一(图4)。

本发明由毛细管、大孔灌流微球、液体输送装置和液滴收集装置组成：大孔灌流微球固定于毛细管端口，然后将毛细管放入连续相液面下，将分散相以一定流速通过毛细管注入连续相中。分散相经过大孔灌流微球时，通过大孔灌流微球内部丰富且均匀的孔隙，形成了多通道的微液流，在孔隙出口处切割为液滴。制备装置简单，方法可靠，所得液滴尺寸均一性好；大量直径为1μm的孔道贯穿微球，形成了多个液滴生成微通道，液滴生成通量大幅提升；使用此装置制备液滴，更容易实现液滴尺寸和生成通量的精准控制，克服了常规微流控芯片通道数目少、易堵塞和液滴生成通量低等缺点。

Claims (5)

1.基于大孔灌流微球的多通道液滴生成方法，其特征在于：包括基于大孔灌流微球的多通道液滴生成装置，设有毛细管、大孔灌流微球、液体输送装置和液滴收集装置；所述大孔灌流微球固定于毛细管端口，大孔灌流微球具有多个贯穿孔道；所述毛细管为分散相通道；所述液体输送装置用于输送分散相；所述液滴收集装置用于盛装连续相并用于收集液滴；所述分散相被液体输送装置输送入毛细管内，再经大孔灌流微球内部的孔道后，被切割成液滴，并被收集于盛装连续相的容器中；所述毛细管的内径为10～500 μm；所述大孔灌流微球含有内径为1 μm的大孔；

所述基于大孔灌流微球的多通道液滴生成方法的具体步骤如下：

基于基石效应，将大孔灌流微球固定于毛细管的端口，再将毛细管有大孔灌流微球的一端放入盛有氟碳-40连续相的容器内，毛细管有大孔灌流微球的另一端利用PEEK软管与注射器相连，以水/甲醇为分散相，将连续相压入毛细管内，即生成大量液滴。

2.如权利要求1所述基于大孔灌流微球的多通道液滴生成方法，其特征在于所述液体输送装置采用注射泵、注射器针筒、蠕动泵、高压泵。

3.如权利要求1所述基于大孔灌流微球的多通道液滴生成方法，其特征在于所述毛细管的材质采用有机聚合物材料或无机材料，所述有机聚合物材料采用聚醚醚酮，所述无机材料采用石英、金属。

4.如权利要求1所述基于大孔灌流微球的多通道液滴生成方法，其特征在于所述大孔灌流微球的材质为二氧化硅无机材料、有机聚合物材料、有机无机杂化材料。

5.如权利要求1所述基于大孔灌流微球的多通道液滴生成方法，其特征在于所述毛细管采用石英毛细管，毛细管的内径为100 μm，长度为10 cm；所述大孔灌流微球的外径为100μm，所述将连续相压入毛细管内采用手动将 1mL连续相压入毛细管内。

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