CN109833922A - 一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片 - Google Patents
一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109833922A CN109833922A CN201711215149.1A CN201711215149A CN109833922A CN 109833922 A CN109833922 A CN 109833922A CN 201711215149 A CN201711215149 A CN 201711215149A CN 109833922 A CN109833922 A CN 109833922A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- channel
- phase
- chip
- drop
- continuous 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
Links
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
本发明提供了一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，该芯片为上下两层结构，上层为分流芯片，由气体入口，分散相入口，分散相分流通道，分散相分流出口，连续相入口、连续相分流通道和连续相分流出口组成；下层为功能芯片，由气体入口气体分流通道，气体通道，气动泵阀，分散相入口，分散相通道，连续相入口，连续相通道，主通道和液滴出口组成。该芯片基于传统的“十字”型微流控液滴芯片，集成气动泵阀系统制成。本发明可以有效促进并控制双水相液滴的高效生成。通过调节两相流速、泵阀开关周期等参数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
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，具体涉及一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片。
背景技术
微流控技术具有样品用量少、便携度高、集成度高、检测灵敏度高等优势，目前已经在化学、生物学、药学、物理学等领域得到了广泛应用。而微流控液滴操控技术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，并对其进行捕获、分选、分裂、融合等操控。所获得的液滴具有体积小、比表面积大等优势，可以有效促进物质交换、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，不需要有机试剂和表面活性剂的双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，双水相体系是一个纯水相的体系，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，占主导的界面分离能会大于体系混合的吉布斯自由能，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高通量双水相液滴芯片，该芯片可以用于制备稳定均一的双水相液滴，且能保证其产量。
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高通量微流控芯片。
本发明一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，该芯片为上下两层结构，上层为分流芯片，由气体入口，分散相入口，分散相分流通道，分散相分流出口，连续相入口，连续相分流通道和连续相分流出口组成。其中气体入口为独立结构；分散相入口通过分散相分流通道与分散相分流出口相连；连续相入口通过连续相分流通道与连续相分流出口相连。下层为功能芯片，由气体入口，气体分流通道，气体通道，气动泵阀，分散相入口，分散相通道，连续相入口，连续相通道，主通道和液滴出口组成。其中气体入口通过气体分流通道和气体通道与气动泵阀；分散相入口通过分散相通道和主通道与液滴出口相连；连续相入口通过连续相通道和主通道与液滴出口相连。
上层芯片通过几个重合的部分与下层芯片相连，其中上层气体入口与下层气体入口重合；分散相分流出口分散相入口重合；连续相分流出口与连续相入口重合。
芯片中的三个流体按照以下顺序流动：分散相液体由分散相入口进入芯片，先后经分散相分流通道、分散相分流出口、分散相入口、分散相通道和主通道到达液滴出口；连续相液体由连续相入口进入芯片，先后经过连续相分流通道、连续相分流出口、连续相入口、连续相通道和主通道到达液滴出口。气体由上层气体入口进入芯片，先后经过下层气体入口、气体分流通道和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。
所述芯片中，上层芯片所有通道高度和宽度均为：100-300μm；下层芯片主通道宽度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，所有通道高度均为100-300μm；
本发明所述的芯片基于传统的“十字”型微流控液滴芯片，集成气动泵阀系统制成。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；气动泵阀的位置在“十字”交叉口上游的分散相通道两侧，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，稳定高效地形成双水相液滴，芯片结构如图1所示。
所述芯片为了提高产生液滴的效率，采用多个平行液滴生成单元并列存在的设计方式，经过前期分流通道的分流作用，每个液滴生成单元可以同时工作，产生双水相液滴，并列液滴生成单元的个数2-20个。
一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片的制备方法，利用常规软光刻的方法，首先在单晶硅片或无尘玻璃片上制备出SU-8光刻胶的模板，然后将PDMS预聚体倾倒在SU-8光刻胶模板上，经80℃加热1-3小时的交联聚合后，制备出PDMS芯片。该芯片基于传统的“十字”型微流控液滴芯片，集成了气动泵阀系统而制成；其中分散相通道13与连续相通道15汇聚到主通道处形成“十字”交叉口；气动泵阀11的位置在“十字”交叉口上游的分散相通道13两侧，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，稳定高效地形成双水相液滴。
本发明可以有效促进并控制双水相液滴的高效生成。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实施例1中八单元并列高通量“十字”型双水相液滴芯片示意图，其中：a上层分流芯片；b下层功能芯片；c两层芯片结合总图。
其中：1为气体入口；2分散相入口；3分散相分流通道；4分散相分流出口；5连续相入口；6连续相分流通道；7连续相分流出口，8为气体入口(与a中气体入口1重合)，9气体分流通道；10气体通道；11气动泵阀；12分散相入口(与a中分散相分流出口4重合)；13分散相通道；14连续相入口(与a中连续相分流出口7重合)；15连续相通道；16主通道；17液滴出口。
图2实施例1中八单元并列高通量“十字”型双水相液滴芯片实物图。
具体实施方式
先根据实际需要，设计液滴芯片尺寸和并列单元个数；然后利用常规软光刻技术制备双水相液滴芯片。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，基于传统的“十字”型微流控液滴芯片，该芯片为上下两层结构，上层为分流芯片，由气体入口1，分散相入口2，分散相分流通道3(3层分支结构)，分散相分流出口4，连续相入口5，连续相分流通道6(4层分支结构)和连续相分流出口7组成。其中气体入口1为独立结构；分散相入口2通过分散相分流通道3与分散相分流出口4相连；连续相入口5通过连续相分流通道6与连续相分流出口7相连。
下层为功能芯片，由气体入口8，气体分流通道9(3层分支结构)，气体通道10，气动泵阀11，分散相入口12，分散相通道13，连续相入口14，连续相通道15，主通道16和液滴出口17组成。其中气体入口8通过气体分流通道9和气体通道10与气动泵阀11；分散相入口12通过分散相通道13和主通道16与液滴出口17相连；连续相入口14通过连续相通道15和主通道16与液滴出口17相连。
上层芯片通过几个重合的部分与下层芯片相连，其中气体入口1与气体入口8重合；分散相分流出口4分散相入口12重合；连续相分流出口7与连续相入口14重合。
芯片中的三个流体按照以下顺序流动：分散相液体由分散相入口2进入芯片，先后经分散相分流通道3、分散相分流出口4、分散相入口12、分散相通道13和主通道16到达液滴出口17；连续相液体由连续相入口5进入芯片，先后经过连续相分流通道6、连续相分流出口7、连续相入口14、连续相通道15和主通道16到达液滴出口17。气体由气体入口1进入芯片，先后经过气体入口8、气体分流通道9和气体通道10到达气动泵阀11，其中的气体驱动泵阀侧壁发生弹性形变。
该芯片为了提高产生液滴的效率，采用了多个平行单元并列存在的设计方式，经过前期分流通道的分流作用，每个结构单元可以同时工作，产生双水相液滴，并列单元的个数8个，芯片结构示意图如图1所示。
该述芯片中，上层芯片所有通道高度和宽度均为：100μm；下层芯片主通道宽度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，所有通道高度均为180μm，芯片结构实物图如图2所示。
Claims (6)
1.一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，其特征在于该芯片为上下两层结构，上层为分流芯片，由气体入口(1)，分散相入口(2)，分散相分流通道(3)，分散相分流出口(4)，连续相入口(5)、连续相分流通道(6)和连续相分流出口(7)组成；其中气体入口(1)为独立结构；分散相入口(2)通过分散相分流通道(3)与分散相分流出口(4)相连；连续相入口(5)通过连续相分流通道(6)与连续相分流出口(7)相连；
下层为功能芯片，由气体入口(8)，气体分流通道(9)，气体通道(10)，气动泵阀(11)，分散相入口(12)，分散相通道(13)，连续相入口(14)，连续相通道(15)，主通道(16)和液滴出口(17)组成；其中气体入口(8)通过气体分流通道(9)和气体通道(10)与气动泵阀(11)；分散相入口(12)通过分散相通道(13)和主通道(16)与液滴出口(17)相连；连续相入口(14)通过连续相通道(15)和主通道(16)与液滴出口(17)相连；
上层芯片通过几个重合的部分与下层芯片相连，其中气体入口(1)与气体入口(8)重合；分散相分流出口(4)分散相入口(12)重合；连续相分流出口(7)与连续相入口(14)重合。
2.根据权利要求1所述的一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，其特征在于：分散相分流通道(3)、连续相分流通道(6)、气体分流通道(9)均具有2-5层分支结构。
3.根据权利要求1所述的一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，其特征在于：芯片中的三个流体按照以下顺序流动：
分散相液体由分散相入口(2)进入芯片，先后经分散相分流通道(3)、分散相分流出口(4)、分散相入口(12)、分散相通道(13)和主通道(16)到达液滴出口(17)；
连续相液体由连续相入口(5)进入芯片，先后经过连续相分流通道(6)、连续相分流出口(7)、连续相入口(14)、连续相通道(15)和主通道(16)到达液滴出口(17)；
气体由气体入口(1)进入芯片，先后经过气体入口(8)、气体分流通道(9)和气体通道(10)到达气动泵阀(11)，其中的气体驱动泵阀侧壁发生弹性形变。
4.根据权利要求1所述的一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，其特征在于：上层芯片所有通道高度和宽度均为：100-300μm；下层芯片主通道宽度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，所有通道高度均为100-300μm。
5.根据权利要求1所述的一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片，其特征在于：为了提高产生液滴的效率，采用多个平行的液滴生成单元并列存在的设计方式，经过前期分流通道的分流作用，每个液滴生成单元可以同时工作，产生双水相液滴，并列的液滴生成单元个数为2-20个。
6.根据权利要求1所述的一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片的制备方法，其特征在于该方法为：利用常规软光刻的方法，首先在单晶硅片或无尘玻璃片上制备出SU-8光刻胶的模板，然后将PDMS预聚体倾倒在SU-8光刻胶模板上，经80℃加热1-3小时的交联聚合后，制备出PDMS芯片；该芯片基于传统的“十字”型微流控液滴芯片，集成了气动泵阀系统而制成；其中分散相通道13与连续相通道15汇聚到主通道处形成“十字”交叉口；气动泵阀11的位置在“十字”交叉口上游的分散相通道13两侧，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，稳定高效地形成双水相液滴。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711215149.1A CN109833922B (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711215149.1A CN109833922B (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109833922A true CN109833922A (zh) | 2019-06-04 |
| CN109833922B CN109833922B (zh) | 2021-06-11 |
Family
ID=66880943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711215149.1A Active CN109833922B (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109833922B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201292932Y (zh) * | 2008-11-06 | 2009-08-19 | 厦门大学 | 气动微泵及其微流阀控制装置 |
| US20150093838A1 (en) * | 2013-10-01 | 2015-04-02 | James P. Landers | Microfluidic valve systems |
| CN105344389A (zh) * | 2008-05-16 | 2016-02-24 | 哈佛大学 | 微流体系统、方法和装置 |
-
2017
- 2017-11-28 CN CN201711215149.1A patent/CN109833922B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105344389A (zh) * | 2008-05-16 | 2016-02-24 | 哈佛大学 | 微流体系统、方法和装置 |
| CN201292932Y (zh) * | 2008-11-06 | 2009-08-19 | 厦门大学 | 气动微泵及其微流阀控制装置 |
| US20150093838A1 (en) * | 2013-10-01 | 2015-04-02 | James P. Landers | Microfluidic valve systems |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BYEONG-UI MOON ET AL.: "Water-in-Water Droplets by Passive Microfluidic Flow Focusing", 《ANALYTICAL CHEMISTRY》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109833922B (zh) | 2021-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105618167A (zh) | 一种用于高通量制备液滴的离心式微流控芯片 | |
| CN103386333A (zh) | 一种微流控液滴生产芯片 | |
| CN101486004B (zh) | 一种微流体自动定量分配装置及使用方法 | |
| CN109833921A (zh) | 一种基于微流控技术的高通量可控双水相液滴的制备方法 | |
| CN101718795A (zh) | 基于气动微阀的微流控芯片液滴操控方法 | |
| CN103386336A (zh) | 一种用于生产浓度梯度微液滴的微流控芯片 | |
| CN103084225B (zh) | 一种高通量微凝胶固定方法及其专用微流控芯片 | |
| CN103285947A (zh) | 一种液滴微流控芯片及其操控方法 | |
| CN102421517A (zh) | 多层微流体探头及其制造方法 | |
| CN109647547A (zh) | 一种基于微流控技术的可控双水相液滴的制备方法 | |
| CN105498875A (zh) | 一种用于制备液滴的离心式微流控芯片 | |
| CN112439467A (zh) | 用于制备乳化液滴的芯片及装置 | |
| CN105925479B (zh) | 一种梯度3d打印喷头及3d打印机 | |
| CN105713834A (zh) | 一种微流控芯片及其制备方法和应用 | |
| CN101382490A (zh) | 一种用于细胞水平高内涵药物筛选的方法 | |
| CN104561286B (zh) | 一种新型聚合酶链反应微流体芯片控制系统及其制备方法 | |
| CN103386337A (zh) | 一种用于生产多组分微液滴的微流控芯片 | |
| CN101590389B (zh) | 基于三层夹心圆盘式芯片的液滴形成和捕获方法及其应用 | |
| CN208340745U (zh) | 一种微球快速制备收集微流控芯片 | |
| CN104069757A (zh) | 一种双重微乳液快速制备装置 | |
| CN102586226B (zh) | 一种基于连续液滴操控的微流控芯片核酸纯化平台 | |
| CN106215988B (zh) | 一种双支路实现微液滴两次分裂功能的微通道 | |
| CN106076446B (zh) | 一种双支路实现间隔微液滴融合功能的微通道 | |
| CN102716771A (zh) | 实现高温高压的连续流动型微流控芯片及其制备方法 | |
| CN109833922A (zh) | 一种气动阀辅助的高通量双水相液滴芯片 |
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 |