CN109647546A - 一种气动阀辅助的双水相液滴芯片 - Google Patents

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秦建华
刘海涛
魏文博
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    • 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
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Abstract

本发明提供了一种气动阀辅助的双水相液滴芯片。该芯片主要由连续相入口(1)，气体入口(2)，分散相入口(3)和液滴出口(4)，分散相通道(5)，气体通道(6)，连续相通道(7)和主通道(8)和泵阀(9)组成。该芯片在传统的“十字”型和“T”型液滴微流控芯片的分散相通道左右两侧集成了由电磁阀控制的气动阀，从而用界面张力很小的双水相体系制备出稳定均一的液滴。本发明可以有效促进并控制双水相液滴的生成。通过调节两相流速、泵阀开关周期等得到稳定均一的双水相液滴。该芯片有望在蛋白质分离、细胞分区化培养、DNA萃取等生物学应用中发挥作用。

Description

一种气动阀辅助的双水相液滴芯片
技术领域
本发明属于微流控技术、材料化学、生物化学等领域，尤其涉及一种气动阀辅助的双水相液滴芯片。
背景技术
微流控芯片具有体积小、集成度高、样品用量少等优势，目前已经在化学、生物学、药学、物理学等领域得到了应用。微流控芯片是其中一个重要分支，它可以直接利用流体间不相容性质来获得单分散液滴，并对其进行分选、分裂、捕获、融合等操控。所获得的液滴可以在微小的体积内高效完成物质交换、化学反应等。因此，该类芯片已经在小分子检测、单细胞分析、药物传输、微颗粒合成、组织工程等领域得到了广泛的应用。
然而，利用传统液滴芯片制备的基本都是双乳相液滴，其中会涉及到对有机相和各类离子或非离子表面活性剂的使用，且这些物质在体系中很难完全去除，这就使得该类芯片在生物医学领域中的应用受到了局限。近年来，与传统油水双相体系不同的双水相体系被引入到微流控液滴领域，并得到了初步的发展。顾名思义，双水相体系中不存在有机相，其相分离的原理是，当两种不同性质的高分子溶质在水溶液中的浓度超过一定阈值后，两相水溶液的物理化学性质也会随之发生改变，从而产生自发的相分离。双水相体系原本是用于生物质的萃取，因此具有很好的生物相容性。但是双水相体系也存在着明显得弊端：两个水相间的表面能要远小于油水体系，这就使得利用传统液滴芯片产生双水相液滴，尤其是可控产生双水相液滴成为了巨大的挑战；这也限制了微流控芯片在该领域中的应用。本发明提供了一种气动阀辅助的液滴微流控芯片，该芯片可以用于制备稳定均一的双水相液滴。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于常规软光刻方法，集成了气动阀的用于可控产生均一双水相液滴的微流控芯片。
本发明一种气动阀辅助的双水相液滴芯片，该芯片主要由连续相入口，气体入口，分散相入口，液滴出口，分散相通道，气体通道，连续相通道，主通道和泵阀组成；
连续相入口、分散相入口分别通过连续相通道、分散相通道与主通道连接，分散相通道与连续相通道汇聚到主通道处形成“十字”交叉口；泵阀的位置在“十字”交叉口上游的分散相通道两侧，气体入口经气体通道到达气动泵阀，其中的气体驱动泵阀侧壁发生弹性形变。
本发明所述的芯片基于传统的“十字”型或“T”型微流控液滴芯片，在液滴形成交叉口上游的分散相通道两侧集成气动泵阀，通过泵阀充气与静息两种状态周期性挤压分散相通道，从而使分散相间断性地进入连续相中，稳定可控地形成双水相液滴，芯片结构如图1,2所示。
所述芯片主通道宽度为100-300μm，长1-2cm。泵阀与分散相通道间距40-60μm，泵阀间的分散相通道宽40-60μm，芯片各部分通道高度均为100-300μm。
所述芯片利用常规软光刻的方法而成的PDMS芯片。
本发明可以有效促进并控制双水相液滴的生成。通过调节两相流速、泵阀开关周期等得到稳定均一的双水相液滴。该芯片有望在蛋白质分离、细胞分区化培养、DNA萃取等生物学应用中发挥作用。
附图说明
图1是“十字”型单通道双水相液滴芯片示意图，其中：a芯片结构示意图；b泵阀结构开关状态示意图。
图2是“T”型单通道双水相液滴芯片示意图，其中：a芯片结构示意图；b泵阀结构开关状态示意图。
其中：1为连续相入口；2气体入口；3分散相入口；4液滴出口；5分散相通道；6气体通道；7连续相通道；8主通道，9泵阀。
具体实施方式
先根据实际需要，设计液滴芯片形状和尺寸；然后利用常规软光刻技术制备双水相液滴芯片，并在需要时制作高通量的并列芯片。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种气动阀辅助的双水相液滴芯片，基于传统的“十字”型微流控液滴芯片，该芯片主要由连续相入口1，气体入口2，分散相入口3，液滴出口4，分散相通道5，气体通道6，连续相通道7，主通道8和泵阀9组成；
连续相入口1、分散相入口3分别通过连续相通道7、分散相通道5与主通道8连接，分散相通道与连续相通道汇聚到主通道处形成“十字”交叉口；泵阀9的位置在“十字”交叉口上游的分散相通道5两侧，气体入口2经气体通道6到达气动泵阀9，其中的气体驱动泵阀侧壁发生弹性形变。
该芯片在传统的“十字”型微流控液滴芯片在液滴形成交叉口上游的分散相通道两侧集成气动泵阀，通过泵阀充气与静息两种状态周期性挤压分散相通道，从而使分散相间断性地进入连续相中，稳定可控地形成双水相液滴。
芯片主通道宽度200μm，长1.5cm。泵阀与分散相通道间距50μm，泵阀间的分散相通道宽40μm，芯片各部分通道高度均为200μm，如图1所示。
实施例2
一种气动阀辅助的双水相液滴芯片，基于传统的“T”型微流控液滴芯片，
该芯片主要由连续相入口1，气体入口2，分散相入口3，液滴出口4，分散相通道5，气体通道6，连续相通道7，主通道8和泵阀9组成；
连续相入口1、分散相入口3分别通过连续相通道7、分散相通道5与主通道8连接，分散相通道与连续相通道汇聚到主通道处形成“十字”交叉口；泵阀9的位置在“十字”交叉口上游的分散相通道5两侧，气体入口2经气体通道6到达气动泵阀9，其中的气体驱动泵阀侧壁发生弹性形变。
该芯片基于传统的“T”型微流控液滴芯片，在液滴形成交叉口上游的分散相通道两侧集成气动泵阀，通过泵阀充气与静息两种状态周期性挤压分散相通道，从而使分散相间断性地进入连续相中，稳定可控地形成双水相液滴。
芯片主通道宽度200μm，长2cm。泵阀与分散相通道间距40μm，泵阀间的分散相通道宽50μm，芯片各部分通道高度均为200μm，如图2所示。

Claims (4)

1.一种气动阀辅助的双水相液滴芯片，其特征在于：该芯片主要由连续相入口(1)，气体入口(2)，分散相入口(3)，液滴出口(4)，分散相通道(5)，气体通道(6)，连续相通道(7)，主通道(8)和泵阀(9)组成；
连续相入口(1)、分散相入口(3)分别通过连续相通道(7)、分散相通道(5)与主通道(8)连接，分散相通道与连续相通道汇聚到主通道处形成“十字”交叉口；泵阀(9)的位置在“十字”交叉口上游的分散相通道(5)两侧，气体入口(2)经气体通道(6)到达气动泵阀(9)，其中的气体驱动泵阀侧壁发生弹性形变。
2.根据权利要求1所述的一种气动阀辅助的双水相液滴芯片，其特征在于：该芯片基于传统的“十字”型或“T”型微流控液滴芯片，在液滴形成交叉口上游的分散相通道两侧集成气动泵阀，通过泵阀充气与静息两种状态周期性挤压分散相通道，从而使分散相间断性地进入连续相中，稳定可控地形成双水相液滴。
3.根据权利要求1所述的一种气动阀辅助的双水相液滴芯片，其特征在于：所述芯片主通道宽度100-300μm，长1-2cm；泵阀与分散相通道间距40-60μm，泵阀间的分散相通道宽40-60μm，芯片各部分通道高度均为100-300μm。
4.根据权利要求1所述的一种气动阀辅助的双水相液滴芯片，其特征在于所述芯片利用常规软光刻的方法而成的PDMS芯片。
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