CN109289951A - 液滴分裂微流控芯片及应用 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种液滴分裂微流控芯片，包括一基底，所述基底上包括至少一个分裂单元，每个所述分裂单元包括液滴容纳腔室、与所述液滴容纳腔室相连通的M条微通道和汇聚组件，M大于或等于2；所述液滴容纳腔室设有母液滴流入口，所述母液滴流入口的直径大于所述微通道的直径，所述汇聚组件包括1条液滴流出通道；母液滴从所述母液滴流入口进入所述液滴容纳腔室之后，经过所述M条微通道分裂得到子液滴；所述子液滴经所述汇聚组件汇入所述1条液滴流出通道流出。该液滴分裂微流控芯片可以实现液滴快速、高通量地分裂，具有主动性强、灵活度高和操作条件温和的特点。本发明还提供了一种液滴分裂微流控芯片的应用。

Description

液滴分裂微流控芯片及应用

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，特别是涉及液滴分裂微流控芯片及应用。

背景技术

液滴微流控作为微流控芯片研究中的重要分支，是近年来在传统连续流微流控系统基础上发展起来的，利用互不相溶的两种(例如水和油)或多种液相产生分散的微液滴进行实验操作的非连续流微流控技术。随着现代高新科学技术的迅速发展，液滴微流控技术中的微液滴以其独特的流体力学特性及微尺度效应，已被广泛应用于医学、生物、动力、化工、核能、石油、冶金等领域。而微液滴生成的大小、稳定性、以及均匀度都严重影响其应用效果。

液滴微流控技术主要包括液滴生成、分裂与融合、内涵物分析等。其中，液滴的生成是依靠油水两相的剪切力和表面张力共同作用而实现；液滴的分裂是指将一个液滴分裂成多个液滴的液滴操控技术，其可在液滴生成后进一步调控液滴的体积、内涵物的浓度，从而获得高通量分析结果，因此，在液滴微流控芯片技术的应用中，液滴的分裂是极为重要的液滴操控技术之一。

现有技术中，通常使用机械泵阀系统，例如注射泵、蠕动泵等对液滴微流控芯片进行操控。然而上述系统中，仪器设备加工昂贵、泵阀系统难以获得流场稳定性，难以实现精准操控。并且采用外加的电场或温度场又对液滴具有一定破坏性。因此，现有的液滴分裂技术的研究中，人们迫切希望获得一种更为简便、操作条件温和、主动性强和灵活度高的液滴操控技术。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种液滴分裂微流控芯片及应用，所述液滴分裂微流控芯片可以实现液滴快速、高通量地分裂，具有主动性强、灵活度高、易于集成和操作条件温和的特点，大大提高液滴的生成及分裂效率。

第一方面，本发明提供了一种液滴分裂微流控芯片，包括一基底，所述基底上包括至少一个分裂单元，每个所述分裂单元包括液滴容纳腔室、与所述液滴容纳腔室相连通的M条微通道和汇聚组件，M大于或等于2；所述液滴容纳腔室设有母液滴流入口，所述母液滴流入口的直径大于所述微通道的直径，所述汇聚组件包括1条液滴流出通道；母液滴从所述母液滴流入口进入所述液滴容纳腔室之后，经过所述M条微通道分裂得到子液滴；所述子液滴经所述汇聚组件汇入所述1条液滴流出通道流出。

可选地，所述微通道均匀延伸分布在所述液滴容纳腔室的同一侧壁上；所述母液滴流入口分布在与所述侧壁相对设置的另一侧壁上。

可选地，所述M等于2ⁿ⁺¹，n为0或正整数，所述M条微通道与所述1条液滴流出通道之间由通道数量依次减半的n级汇聚子组件连接。

可选地，当所述液滴分裂微流控芯片包括两个以上的所述分裂单元时，所述分裂单元依次串联设置，前一个所述分裂单元的所述液滴流出通道与后一个所述分裂单元的所述母液滴流入口相连通。

可选地，所述依次串联设置的所述分裂单元之间，前一个所述分裂单元的所述微通道的直径大于后一个所述分裂单元的所述微通道的直径。

可选地，所述微通道的直径为1-100μm。

可选地，所述微通道在所述侧壁上的开口的边缘设有一圈凹槽或凸起。

可选地，所述基底的材质包括聚二甲基硅氧烷、环烯烃共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和氟化聚合物中的一种或多种。

本发明第一方面所述的液滴分裂微流控芯片，芯片的基底上包括至少一个分裂单元，每个所述分裂单元均可以高效、简便地将体积较大的母液滴均匀分裂成体积更小的子液滴；本发明第一方面所述液滴分裂微流控芯片结构精简，可以用于集成，主动性强、灵活度高，具有广泛的应用前景，尤其适用于微体系的研究和分析工作。进一步地，所述液滴分裂微流控芯片可以完全避免了传统的施加高压电场或温度场的分裂装置对液滴内涵物的生物活性、物理与化学性质造成的影响；防止传统的分裂装置对于带电荷、对温度敏感的生物化学分子、细胞及生物组织带来地破坏性。本发明所述液分裂滴微流控芯片具有尺寸小、试剂消耗量少、高通量、易集成等特点。

第二方面，本发明提供了一种利用如本发明第一方面所述的液滴分裂微流控芯片分裂液滴的方法，包括：

(1)向所述母液滴流入口通入分散有母液滴的连续相流体，使所述连续相流体充满整个所述液滴容纳腔室；

(2)调节所述连续相流体的液体压力，推动所述连续相流体进入所述微通道，所述连续相流体中的所述母液滴经所述微通道流出并分裂成子液滴，所有所述子液滴经所述液滴流出通道流出。

本发明第二方面所述液滴分裂的方法，简便易操作，可以利用所述液滴分裂微流控芯片实现快速、高通量地生成大小均一微液滴，缩短微液滴生成耗时，通过一个或连续多个分裂单元，多次分裂，可以将尺寸较大、不均匀的液滴分裂成均匀的更小尺寸的液滴。

第三方面，本发明还提供了一种液滴微流控装置，包括如本发明第一方面所述的液滴分裂微流控芯片。本发明所述液滴微流控装置为所述液滴分裂微流控芯片的应用之一。

可选地，所述液滴微流控装置可以用于生物医学、农业和食品卫生等众多领域。基于所述液滴微流控装置，在各种微体系的研究和分析工作，通过利用所述液滴微流控装置中的液滴分裂微流控芯片产生的微小液滴作为独立的研究与分析单元，实现高通量地进行数据采集，在生物医学分析方面有着巨大的优势和前景。

可选地，所述液滴微流控装置可以包括所述流动相储液槽、分散相储液槽、液滴生成装置和检测分析装置中的一种或多种。进一步地，可选地，所述液滴微流控装置还可以包括其他功能组件，例如PCR核酸扩增组件、温控组件等。所述液滴微流控装置可以相当于一种基于液滴微流控的反应系统。

本发明所述液滴分裂微流控芯片或液滴微流控装置，涉及生物医学、农业、食品卫生等检验领域，液滴内可以是一种或多种流体，可包含例如化学、生物化学、或生物实体、细胞、颗粒、珠子、气体、分子、药剂、药物、DNA、RNA、蛋白质、香料、反应剂、杀虫剂、杀菌剂、防腐剂、化学品等物质。

本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。

附图说明

为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的液滴分裂微流控芯片100的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的液滴分裂微流控芯片200的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的液滴分裂微流控芯片的分裂单元的结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的液滴分裂微流控芯片的分裂单元的结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的液滴分裂微流控芯片的分裂单元的结构示意图；

图6为本发明另一实施例提供的液滴分裂微流控芯片的微通道的局部截面结构示意图；

图7为本发明另一实施例提供的液滴分裂微流控芯片的微通道的局部截面结构示意图；

图8为本发明另一实施例提供的液滴分裂微流控芯片300的结构示意图；

图9为本发明另一实施例提供的液滴分裂微流控芯片400的立体结构示意图；

图10为本发明另一实施例提供的液滴分裂微流控芯片500的立体结构示意图；

图11为本发明另一实施例提供的液滴分裂微流控芯片的实际效果图。

具体实施方式

以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。

本申请说明书、权利要求书和附图中出现的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请中“第一”、“第二”等术语仅用于对象的区分，并不是指特定的顺序。

若无特别说明，本发明实施例所采用的原料及其它化学试剂皆为市售商品。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种液滴分裂微流控芯片100，所述液滴分裂微流控芯片包括一基底10，所述基底10上设有至少一个分裂单元，每个所述分裂单元包括液滴容纳腔室20、与所述液滴容纳腔室20相连通的M条微通道21和汇聚组件30，M大于或等于2；所述汇聚组件30还包括1条液滴流出通道32，所述液滴容纳腔室20还设有母液滴流入口22，所述母液滴流入口22的直径大于所述微通道21的直径；母液滴从所述母液滴流入口22进入所述液滴容纳腔室20之后，经过所述M条微通道21分裂得到子液滴；所述子液滴经所述汇聚组件30汇入所述1条液滴流出通道31流出。

本实施方式中，所述微通道21均匀延伸分布在所述液滴容纳腔室20的同一侧壁23上。每条所述微通道21在所述侧壁23上留有一开口25。可选地，所述微通道21的截面形状包括圆形和矩形中的一种或多种。例如，所述微通道的截面形状为圆形，或为正方形、或为长方形。可选地，所述微通道的截面形状还包括椭圆、其他多边形状或不规则形状，例如，六边形、八边形等。可选地，所述微通道21的直径D为1-100μm。进一步地，可选地，所述微通道21的直径D为1-60μm。例如，所述微通道21的直径D为1μm，或为5μm，或为15μm，或为30μm，或为50μm，或为80μm，或为100μm。当所述微通道21的截面形状为圆形时，所述微通道的直径D是指所述圆形截面的直径。当所述微通道的截面形状为正方形时，所述微通道的直径D是指所述正方形截面的边长。当所述微通道的截面形状为长方形时，所述微通道的直径D是指所述长方形截面的长边长。当所述微通道的截面形状为椭圆、多边形或不规则形状时，所述微通道的直径D是指所述截面形状的最远两点之间的距离。

可选地，所述微通道21的直径D可以但不限于为一固定值。例如，所述微通道的直径D可以从所述开口25至所述汇聚组件30方向逐渐增大。

本实施方式中，相邻两条所述微通道21的间隔宽度d为所述微通道的直径D的2-10倍。例如，相邻两条所述微通道21的间隔为所述微通道的直径D的2倍，或为4倍，或为5倍，或为8倍，或为10倍。可选地，相邻两条所述微通道21的间隔宽度d为2-1000μm。进一步地，可选地，相邻两条所述微通道21的间隔宽度d为30-1000μm。例如，相邻两条所述微通道的间隔宽度d为20μm，或为30μm，或为50μm，或为100μm，或为300μm，或为500μm，或为800μm，或为1000μm。

本实施方式中，所述母液滴可以但不限于为通过液滴生成装置获得的原始液滴，例如通过T型通道、流动聚焦型的微通道结构、喷嘴、多孔介质、超声搅拌或机械搅拌等方法获得的原始液滴。实际过程中，通过液滴生成装置获得的母液滴的体积尺寸往往较大，并且存在大小不均一的情况。从所述母液滴流入口中流入的母液滴是分散至连续相流体中的。所述母液滴内的物质可以但不限于是不溶于所述连续相流体的分散相流体。例如，所述分散相流体包括水相液体，所述连续相流体包括油相液体；或所述分散相流体包括油相液体，所述连续相流体包括水相液体。可选地，所述母液滴也可以为气泡。

本实施方式中，所述液滴容纳腔室的截面形状包括圆形、梯形、矩形或三角形。可选地，所述液滴容纳腔室的截面形状还包括其他多边形或不规则多边形，例如五边形、六边形等。可选地，所述液滴容纳腔室还可以但不限于包括两个或多个母液滴流入口。

可选地，所述母液滴流入口22分布在与所述侧壁23相对设置的另一侧壁24上。通过将所述母液滴流入口与所述微通道相对设置，可以更加高效的促进分散在流动相流体中的母液滴通过微通道以分裂成体积更小的子液滴。当所述滴容纳腔室包括多个母液滴流入口时，多个所述母液滴流入口可以但不限于与所述微通道相对设置。多个所述母液滴流入口还可以设置在所述液滴容纳腔室的不同侧壁上。可选地，所述母液滴流入口的截面形状包括圆形和矩形中的一种或多种。例如，所述母液滴流入口的截面形状为圆形，或为正方形、或为长方形。

本实施方式中，所述汇聚组件30用于汇集由所述微通道21分裂得到的子液滴。可选地，所述汇聚组件30可以但不限于为一汇聚腔室；所述汇聚腔室可以一并汇集所有所述微通道21，参加图1。可选地，所述汇聚组件30的截面形状可以为矩形、半圆形或无规则形状。由所述汇聚组件30汇聚的子液滴通过与所述汇聚组件30的液滴流出通道31流出。可选地，所述液滴流出通道31的直径可以但不限于大于所述微通道21的直径。

可选地，所述M等于2ⁿ⁺¹，n为0或正整数，所述M条微通道与所述1条液滴流出通道之间由通道数量依次减半的n级汇聚子组件连接。例如，当n等于0时，所述分裂单元不含有所述汇聚子组件，两条所述微通道通过所述汇聚组件30汇流得到所述1条液滴流出通道。当n等于2ⁿ⁺¹，所述n级汇聚子组件中，第1级汇聚子组件包括有2ⁿ条第一汇流子通道；第2级汇聚子组件包括有2^n-1条第二汇流子通道…，以此类推，第n级汇聚子组件包括有2条第N汇流子通道。

可选地，所述汇聚子组件还包括连接部，所述连接部用于连通经过所述汇聚子组件的所述微通道或所述汇流子通道。例如，所述微通道经第1级汇聚子组件的连接部汇入所述第1级汇聚子组件的第一汇流子通道；所述第1级汇聚子组件的第一汇流子通道经过第2级汇聚子组件的所述连接部汇入所述第2级汇聚子组件的第二汇流子通道。

参见图2，本发明一实施例提供了一种液滴分裂微流控芯片200，相比于所述液滴分裂微流控芯片100；区别在于，所述2ⁿ条微通道与所述1条液滴流出通道之间由通道数量依次减半的n-1级汇聚子组件连接，n大于3；所述n-1级汇聚子组件分别包括第1级汇聚子组件41、第1级汇聚子组件42…以及第n-1级汇聚子组件43。相邻的两条微通道21汇流至所述第1级汇聚子组件41的一条第一汇流子通道；相邻的两条所述第一汇流子通道经第1级汇聚子组件42汇流得到2^n-2条第二汇流子通道；依次类推，经第n-1级汇聚子组件43汇流过程后，得到2条第N-1汇流子通道；所述2条第N-1汇流子通道经所述汇聚组件30’汇入所述1条液滴流出通道31。所述汇聚子组件的汇流子通道数量依次减半；上一级所述汇聚子组件的汇流子通道数目是下一级所述汇聚子组件的汇流子通道数目的两倍。

本实施方式中，每经1级汇聚子组件或汇聚组件相当于一次汇流，所述微通道21可以按一定方向次序，每两条所述进行微通道21进行汇流。可选地，当所述分裂单元包括n级汇聚子组件时，每两条所述微通道汇流至所述第1级所述汇聚子组件的一条第一汇流子通道，每条所述微通道进行一次汇流；将第1级所述汇聚子组件中的每两条所述第一汇流子通道汇流至所述第2级所述汇聚子组件的一条第二汇流子通道，其中，每条所述第一汇流子通道进行一次汇流；以此类推，将第n-1级所述汇聚子组件中的每两条所述第N-1汇流子通道汇流至所述第n级所述汇聚子组件的一条第N汇流子通道。可选地，若所述汇流过程中，存在剩余未参与汇流的所述微通道、第一汇流子通道、第二汇流子通道…或第N-1汇流子通道时，所述微通道、第一汇流子通道、第二汇流子通道…或第N-1汇流子通道将通过汇聚子组件参与后续汇流过程。

例如，如图3所示，所述液滴容纳腔室连通有8条微通道21，沿平行于纸面方向自上而下，第1条微通道与第2条微通道、第3条微通道与第4条微通道、第5条微通道与第6条微通道、第7条微通道与第8条微通道，分别汇入至第1级汇聚子组件41的4条第一汇流子通道411，包括第一汇流子通道Ⅰ、第一汇流子通道Ⅱ、第一汇流子通道Ⅲ和第一汇流子通道Ⅳ；所述第一汇流子通道Ⅰ和第一汇流子通道Ⅱ、第一汇流子通道Ⅲ和第一汇流子通道Ⅳ，又继续汇入至第2级汇聚子组件42的2条第二汇流子通道421，包括第二汇流子通道Ⅰ和第二汇流子通道Ⅱ；然后第二汇流子通道Ⅰ和第二汇流子通道Ⅱ汇入至汇聚组件30’的所述1条液滴流出通道31。

如图4所示，当所述液滴容纳腔室连通有6条微通道21，沿平行于纸面方向自上而下，将第1条微通道与第2条微通道、第3条微通道与第4条微通道、第5条微通道与第6条微通道，分别汇入至第1级汇聚子组件41的3条第一汇流子通道411，包括第一汇流子通道Ⅰ、第一汇流子通道Ⅱ和第一汇流子通道Ⅲ；所述第一汇流子通道Ⅰ和第一汇流子通道Ⅱ继续汇入至第2级汇聚子组件42的1条第二汇流子通道421；其中，所述第一汇流子通道Ⅲ单独剩余出来；将所述第一汇流子通道Ⅲ与第二汇流子通道421汇入至汇聚组件30’的所述1条液滴流出通道31。

如图5所示，当所述液滴容纳腔室连通有5条微通道21，沿平行于纸面方向自上而下，第1条微通道与第2条微通道、第3条微通道与第4条微通道，分别汇入至第1级汇聚子组件41的2条第一汇流子通道411，包括第一汇流子通道Ⅰ和第一汇流子通道Ⅱ；其中，第5条微通道单独剩余下来；进一步地，所述第一汇流子通道Ⅰ和第一汇流子通道Ⅱ继续汇入至第2级汇聚子组件42的1条第二汇流子通道421；然后将所述第5条微通道与第二汇流子通道421汇入至汇聚组件30’的所述1条液滴流出通道31。

可选地，所述连接部可以但不限于包括弧形汇流通道。可选地，第一汇流子通道、第二汇流子通道…第N汇流子通道的直径可以但不限于逐渐增加。例如，第二汇流子通道42的直径大于第一汇流子通道41的直径；第一汇流子通道41的直径大于所述微通道21的直径。本发明中，包括有弧形通道的连接部的汇聚子组件有利于减小对子液滴在汇流过程中物理损伤。进一步地，可选地，所述弧形通道的弧度及长度可以进行调节。可选地，所述弧形通道的弧度逐渐增加。通过调节所述弧形通道的弧度可以有效防止分裂得到的子液滴之间发生堆积。通过调节汇流子通道的直径可以有效调节子液滴的流量。

可选地，所述液滴流出通道的直径大于所述微通道的直径。所述液滴流出通道的直径大于所述汇聚子组件的汇流子通道的直径。

可选地，所述微通道21均匀地并列排布在所述侧壁23上；相邻的两微通道之间的间隔距离相等。可选地，所述微通道21的开口25的边缘设有一圈凹槽或凸起。所述凹槽或所述凸起的截面宽度可以但不限于等于所述微通之间的间隔宽度d。所述微通道21的内部与所述开口25边缘的侧壁的含有一夹角а，0°＜а＜180°。参见图6，其中，所述夹角а为锐角时，所述开口25边缘设有一圈凹槽26；所述凹槽的截面形状为倒三角形。可选地，所述凹槽26的深度h为1-500μm。所述凹槽26的深度h是指所述凹槽26的底部在沿垂直于所述侧壁23靠近所述液滴容纳腔室20的一侧表面方向上距离所述一侧表面在所述凹槽开口的延伸面间的距离。可选地，所述凹槽的截面形状还可以为弧形。

参见图7，其中，所述夹角а为钝角时，所述开口25边缘设有一圈凸起27。可选地，所述凸起27的截面的侧边可以但不限于为一直线或曲线。可选地，所述凸起27的高度H为1-500μm。本发明所述实施方式中，通过在所述微通道在所述液滴容纳腔室的侧壁上的开口的边缘设有一圈凹槽或凸起，均可以有效使促进母液滴分裂生成子液滴的效率，使所述子液滴的体积大小更加均一。

本发明所述液滴分裂微流控芯片可以用于高通量将体积较大且不均匀的母液滴分裂得到体积更小、大小均一的子液滴。通过对含有母液滴的流动相流体施加压力使其从母液滴流入口通入所述液滴容纳腔室，所述母液滴挤入所述微通道，经过剪切力，使母液滴分裂成更多的子液滴。所述液滴分裂微流控芯片结构精简，易集成，无需电场或温度场，可以实现液滴的温和地、快速地分裂，可以高效、精确控制液滴的分裂过程与子液滴的体积大小。

如图8所示，本发明一实施例还提供了一种液滴分裂微流控芯片300，包括依次在所述基底上串联设置第一分裂单元A和第二分裂单元B；所述第一分裂单元A包括第一液滴容纳腔室20a、与所述第一液滴容纳腔室20a相连通的2条以上第一微通道21a、n级第一汇聚子组件40a和第一汇聚组件30a，所述第一液滴容纳腔室20a设有第一母液滴流入口22a，所述第一母液滴流入口22a的直径大于所述第一微通道21a的直径，所述第一汇聚组件30a包括1条第一液滴流出通道31a；所述第二分裂单元B包括第二液滴容纳腔室20b、与所述第二液滴容纳腔室20b相连通的2条以上第二微通道21b、n级第二汇聚子组件40b和第二汇聚组件30b，所述第二液滴容纳腔室20b设有第二母液滴流入口22b，所述第二母液滴流入口22b的直径大于所述第二微通道21b的直径，所述第二汇聚组件30b包括1条第二液滴流出通道31b；母液滴从所述第一母液滴流入口22a进入所述第一液滴容纳腔室20a之后，经过所述第一微通道21a分裂得到第一子液滴；所述第一子液滴经所述第一汇聚子组件40a和所述第一汇聚组件30a后汇入所述第一液滴流出通道31a；然后经第一液滴流出通道31a流出的第一子液滴流入从所述第二母液滴流入口22b进入所述第二液滴容纳腔室20b之后，经过所述第二微通道21b继续分裂得到第二子液滴；所述第二子液滴经所述第二汇聚子组件40b和所述第二汇聚组件30b汇入所述第二液滴流出通道31b流出，n为0或正整数。

可选地，所述第二微通道21b的直径小于所述第一微通道21a的直径。可选地，所述第一分裂单元A与所述第一分裂单元B内的所述微通道数目可以相同也可以不同。

可选地，所述液滴分裂微流控芯片300还可以但不限于包括多个分裂单元，所述对个分裂单元依次串联设置，前一个所述分裂单元的所述液滴流出通道与后一个所述分裂单元的所述母液滴流入口相连通。

可选地，所述液滴分裂微流控芯片300的其他参数设置可参见所述液滴分裂微流控芯片100或液滴分裂微流控芯片200，本实施方式中不再重复过多赘述。

本发明所述液滴分裂微流控芯片300可以实现对母液滴的连续两次分裂，可以进一步地高通量地得到体积更小、大小均一的液滴。当所述液滴分裂微流控芯片包括多个分裂单元时，可以实现对液滴的连续多次的分裂，获得大量、尺寸均一、提及更小的的微小液滴。通过调节所述液滴分裂微流控芯片中的微通道尺寸、微通道数目、凹槽尺寸或连续相流体压力等，可以有效调节并得到目的子液滴的尺寸、分裂效率。

可选地，所述基底的材质包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环烯烃共聚物(COC)、聚苯乙烯(PC)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯、聚丙酸酯、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和氟化聚合物中的一种或多种。进一步地，可选地，所述基底的材质包括聚二甲基硅氧烷。

可选地，所述液滴分裂微流控芯片的基底可以但不限于由两个以上的基片封接而成。如图9所述，本发明一实施例还提供了一种液滴分裂微流控芯片400，所述液滴分裂微流控芯片400包括所述液滴分裂微流控芯片100的所述结构；其中，所述液滴分裂微流控芯片400的基底包括封接层叠的流道基片510和封盖基片520，所述流道基片510上设有滴容纳腔室511、与所述液滴容纳腔室511相连通的M条微通道512和汇聚组件513，M大于或等于2；所述汇聚组件513还包括1条液滴流出通道515，所述液滴容纳腔室511还设有母液滴流入口514，所述母液滴流入口514的直径大于所述微通道512的直径；所述封盖基片520上设有分别与所述母液滴流入口514和所述液滴流出通道515对应的多个通孔，包括：第一通孔521和第二通孔522。

可选地，所述第一通孔521与所述母液滴流入口514相对应；所述第二通孔522与所述液滴流出通道515相对应。所述第一通孔和所述第二通孔可以用于连接导管或溶液槽。

可选地，所述流道基片510上还可以包含多个分裂单元。进一步地，所述液滴分裂微流控芯片400可以但不限于串联设置母液滴生成装置、液滴反应装置或液滴检测装置中的一种或多种。

可选地，液滴分裂微流控芯片400的基底上还可以设有一控制组件；所述控制组件用于控制母液滴流入口和所述液滴流出通道的开启或闭合。所述控制组件并不会引起所述母液滴或子液滴理化性质的改变。可选地，所述控制组件可以但不限于包括气动阀、电动阀、磁源阀和光源阀中的一种或多种。

本实施方式中，所述基底由隔水、隔气的材料制成。所述基底中的流道基片510和封盖基片520之间可以但不限于通过直接热压封接。通过直接热压封接的方式得到的所述微流控芯片结构稳定、密封性良好。可选地，所述流道基片510和封盖基片520之间也可以使用中间密封层或粘黏剂进行密封。可选地，在基底上还可以设置保护盖板或功能层，所述盖板或功能层的材质可以是玻璃或有机聚合物。

如图10所示，本发明另一实施例提供了一种所述液滴分裂微流控芯片500，所述液滴分裂微流控芯片500包括所述液滴分裂微流控芯片200的所述结构；与所述液滴分裂微流控芯片400相比，所述液滴分裂微流控芯片500中，所述所述流道基片510上包括液滴容纳腔室511、与所述液滴容纳腔室511相连通的2条以上微通道512、n级汇聚子组件516和汇聚组件513’；其中，所述微通道与所述1条液滴流出通道之间由通道数量依次减半的所述n级汇聚子组件连接。

本发明所述液滴分裂微流控芯片可以采用多层软光刻技术加工制作而成。例如，本发明一实施例还提供了一种液滴分裂微流控芯片的制备方法，包括：

通过用光刻技术分别制作流道基片阳膜和封盖基片阳膜，并对所述流道基片阳膜和所述封盖基片阳膜进行硅烷化处理；

在硅烷化处理后的所述流道基片阳膜和所述封盖基片阳膜表面上倾倒弹性材料，经固化处理后分离所述流道基片阳膜和所述封盖基片阳膜，得到流道基片和封盖基片；

将所述流道基片和所述封盖基片经打孔、对准贴合以及热压封接处理，得到所述液滴微流控芯片。

可选地，每个所述分裂单元包括液滴容纳腔室、与所述液滴容纳腔室相连通的M条微通道和汇聚组件，M大于或等于2；所述液滴容纳腔室设有母液滴流入口，所述母液滴流入口的直径大于所述微通道的直径，所述汇聚组件包括1条液滴流出通道。

可选地，所述弹性材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环烯烃共聚物(COC)、聚苯乙烯(PC)、聚甲基丙烯酸酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯、聚丙酸酯、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和氟化聚合物中的一种或多种。进一步地，可选地，所述弹性材料包括聚二甲基硅氧烷。例如，所述弹性材料可以但不限于选自Sylgare184、Sylgare182或Sylgare186中的一种。所述聚二甲基硅氧烷可以为一液态预聚物，在80℃左右温度下半小时可以实现固化。

本发明所述制备方法中，可以直接使所述流道基片和所述封盖基片之间进行不可逆封接；无需粘合剂。例如将所述PDMS预聚物暴露于含氧等离子环境下被氧化，使得经氧化处理后的所述PDMS预聚物的表面包含化学基团，所述化学基团能够交联到其他经氧化的硅酮聚合物表面或各种经氧化的其他聚合物和非聚合物材料表面。可选地，所述其他聚合物和非聚合物材料包括：玻璃、硅、氧化硅、石英、氧化硅、聚乙烯、聚苯乙烯、玻璃碳和环氧聚合物。

本发明所述实施例提供的液滴分裂微流控芯片还可以采用其他制备方法制备得到，本实施方式中不做过多限定。

本发明一实施例还提供了一种生成液滴的方法，包括：

S10、向所述母液滴流入口通入分散有母液滴的连续相流体，使所述连续相流体充满整个所述液滴容纳腔室；

S20、调节所述连续相流体的液体压力，推动所述连续相流体进入所述微通道，所述连续相流体中的所述母液滴经所述微通道流出并分裂成子液滴，所有所述子液滴经所述液滴流出通道流出。

可选地，所述连续相流体可以但不限于包括油相液体；所述母液滴为不溶于所述连续相流体的液滴或气体组成。所述母液滴可以预先通过能够生成原始液滴的装置或方法获得，例如可以通过分散相流体与连续相流体制备分散有母液滴的连续相流体。参见图11，通过本发明一所述液滴分裂微流控芯片，可以有效地将大小不均、体积大的母液滴高通量地分裂得到大小均一的子液滴。

本发明一实施例还提供了一种液滴微流控装置，所述液滴微流控装置包括串联设置的液滴生成装置和液滴分裂微流控芯片。由所述液滴生成装置生成的液滴经所述液滴分裂微流控芯片后，得到直径尺寸更小，大小均一的大通量的液滴。可选地，所述液滴生成装置还可以包括其他其他功能组件，本实施方式中不做过多限定。

需要说明的是，根据上述说明书的揭示和阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些等同修改和变更也应当在本发明的权利要求的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种液滴分裂微流控芯片，其特征在于，包括一基底，所述基底上包括至少一个分裂单元，每个所述分裂单元包括液滴容纳腔室、与所述液滴容纳腔室相连通的M条微通道和汇聚组件，M大于或等于2；所述液滴容纳腔室设有母液滴流入口，所述母液滴流入口的直径大于所述微通道的直径，所述汇聚组件包括1条液滴流出通道；母液滴从所述母液滴流入口进入所述液滴容纳腔室之后，经过所述M条微通道分裂得到子液滴；所述子液滴经所述汇聚组件汇入所述1条液滴流出通道流出。

2.如权利要求1所述的液滴分裂微流控芯片，其特征在于，所述微通道均匀延伸分布在所述液滴容纳腔室的同一侧壁上；所述母液滴流入口分布在与所述侧壁相对设置的另一侧壁上。

3.如权利要求1所述的液滴分裂微流控芯片，其特征在于，所述M等于2ⁿ⁺¹，n为0或正整数，所述M条微通道与所述1条液滴流出通道之间由通道数量依次减半的n级汇聚子组件连接。

4.如权利要求1所述的液滴分裂微流控芯片，其特征在于，当所述液滴分裂微流控芯片包括两个以上的所述分裂单元时，所述分裂单元依次串联设置，前一个所述分裂单元的所述液滴流出通道与后一个所述分裂单元的所述母液滴流入口相连通。

5.如权利要求4所述的液滴分裂微流控芯片，其特征在于，所述依次串联设置的所述分裂单元之间，前一个所述分裂单元的所述微通道的直径大于后一个所述分裂单元的所述微通道的直径。

6.如权利要求1所述的液滴分裂微流控芯片，其特征在于，所述微通道的直径为1-100μm。

7.如权利要求1所述的液滴分裂微流控芯片，其特征在于，所述微通道在所述侧壁上的开口的边缘设有一圈凹槽或凸起。

8.如权利要求1所述的液滴分裂微流控芯片，其特征在于，所述基底的材质包括聚二甲基硅氧烷、环烯烃共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和氟化聚合物中的一种或多种。

9.一种利用如权利要求1-8任意一项所述的液滴分裂微流控芯片分裂液滴的方法，其特征在于，包括：

(1)向所述母液滴流入口通入分散有母液滴的连续相流体，使所述连续相流体充满整个所述液滴容纳腔室；

(2)调节所述连续相流体的液体压力，推动所述连续相流体进入所述微通道，所述连续相流体中的所述母液滴经所述微通道流出并分裂成子液滴，所有所述子液滴经所述液滴流出通道流出。

10.一种液滴微流控装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的液滴分裂微流控芯片。