CN110743635A - 一种基于负压且无需流体剪切力的液滴生成装置 - Google Patents

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王丽
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Abstract

本发明属于微流控技术领域，具体为一种基于负压且无需流体剪切力的液滴生成装置。本发明装置包括一个具有一条或多条流体通道的微流控芯片，芯片内每条流体通道入口处分别设有一个储液池；所有流体通道出口连通到一个储油池；出口处的储油池连接负压设备；水相溶液分别加入到储液池中，含有表面活性剂且密度大于水的油相加入到储油池中；负压设备对该装置施加负压，使储液池中的水相通过通道进入储油池的油相底部，在浮力的作用下水相在油相中自发形成液滴，并聚集在储油池上表面。本装置无需复杂、成本高的流体驱动系统，简易便携，死体积小。所生成的液滴可用于微反应器、细胞培养、材料合成、液滴PCR、单细胞组学分析等技术领域。

Description

一种基于负压且无需流体剪切力的液滴生成装置
技术领域
本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种基于液滴生成装置。
背景技术
随着微流控技术的发展，微流控液滴技术以其具有超高通量、可控性、均一性等特点，已被广泛的应用于微反应器、细胞培养、材料合成、液滴PCR、单细胞组学分析等技术领域。
目前，基于微流控技术产生的液滴大多采用正压方式将水相和油相分别通入微流控芯片的通道内，并以“十”字通道或“T”字通道的形式交汇。在交汇处，水相和油相由于表面张力也即流体剪切力的作用下形成油包水或水包油的液滴。所产生的液滴在表面活性剂的作用下可以维持稳定的结构，因此，液滴可以作为微反应器。又因液滴的体积小（nl-pl），可以进行微量测试。
然而，微流控液滴技术需要配备精密的液体驱动系统，例如：注射泵，蠕动泵，压力泵等，使其成本较高。此外，正压系统还存在死体积较大，不易便携等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种无需结构复杂、成本高的流体驱动系统，死体积小、使用方便的液滴生成装置。
本发明提供的液滴生成装置，是基于负压且无需流体剪切力的，该装置包括：一个具有一条或多条流体通道的微流控芯片，所述芯片内每条流体通道的入口处分别设有一个储液池；所有流体通道的出口处连通到一个储油池（连通方式为：所有流体通道各自连通到同一个储油池，或所有流体通道先汇聚在一起再连通到一个储油池）；出口处的储油池连接一个负压设备，用于产生负压。所述负压设备，例如：真空泵。
该液滴生成装置生成液滴的过程为：将水相溶液分别加入到该装置中微流控芯片的入口储液池中，再将含有表面活性剂且密度大于水的油相加入到该装置中微流控芯片的出口储油池中；然后通过产生负压的设备对该装置施加负压，使入口储液池中的水相按照一定的流速通过微流控芯片的通道后进入出口储油池的油相底部，由于水相与油相的密度差异，在浮力的作用下流入到储油池的水相在油相中自发形成液滴，并聚集在储油池上表面。
本发明中，所述的微流控芯片内的通道的高度为30-200微米，宽度为50-200微米。
本发明中，所述的微流控芯片每个流体通道的入口处所设有储液池的体积为100-500微升。
本发明中，所述的微流控芯片出口处设有储油池的体积为0.5-20毫升。
本发明中，所述的微流控芯片内多条通道可以分别连接到储油池，或者两条或两条以上的通道先汇聚在一起后再连接到储油池。
所述装置的液滴生成按照以下步骤进行：
（1）在储液池中加入一定量的水溶液；
（2）在储油池中加入一定量的含有表面活性剂的油，且该油的密度比水大；
（3）在储油池施加一定的负压，使储液池中的水溶液通过微流控芯片内的通道进入到储油池中，并在浮力的作用下自发的形成油包水的液滴；
（4）待收集到足够的液滴后，可以自行解除负压系统以终止液滴生成；也可以待储液池中的所有水相都形成液滴后再解除负压系统。
本发明的优势是，本发明的液滴生成装置无需复杂、成本高的流体驱动系统，简易便携，死体积小等特点。所生成的液滴可以用于微反应器、细胞培养、材料合成、液滴PCR、单细胞组学分析，等技术领域。
附图说明
图1 为液滴生成装置侧视示意图。
图2 为单通道液滴生成装置俯视示意图。
图3 为四通道液滴生成装置俯视示意图。
图4 为“Y”字型层流通道液滴生成装置俯视示意图。
图中标号：1为储液池，2为储油池，3为流体通道，4为负压，5为液滴。
具体实施方式
一种基于负压且无需流体剪切力的液滴生成装置。该装置包括一个具有一条或多条流体通道的微流控芯片，芯片内每条流体通道的入口分别设有一个储液池，所有流体通道的出口各自连通到同一个储油池，或所有流体通道先汇聚在一起再连通到一个储油池。此外，出口处的储油池连接一个可以产生负压的设备， 例如：真空泵。将水相溶液分别加入到该系统的中微流控芯片的入口储液池中，再将含有表面活性剂且密度大于水的油相加入到该系统的中微流控芯片的出口储油池中，最后对该系统施加负压，使入口储液池中的水相按照一定的流速通过微流控芯片的通道后进入出口储油池的油相底部，由于水相与油相的密度差异，因此在浮力的作用下流入到储油池水相在油相中自发形成液滴并聚集在储油池上表面。这种液滴生成装置具有成本低、简易便携等优点，所生成的液滴可以用于微反应器、细胞培养、材料合成、液滴PCR、单细胞组学分析，等技术领域。
实施例1
一种基于负压且无需流体剪切力的液滴生成装置，如图1和图2所示，该芯片含有一条流体通道3，其高度为60微米，宽度为60微米，长度为10毫米。该流体通道入口处含有一个体积约为200微升的圆柱形储液池1，该流体通道出口连接一个体积约为500微升的圆柱形储油池2。
利用该装置生成液滴按照以下步骤进行：
（1）将100微升水加入到储液池中；
（2）将200微升bio-rad液滴油加入到储油池中；
（3）在储油池施加负压4后，储液池中的水通过微流控芯片内的通道进入到储油池中，并在浮力的作用下自发的形成油包水的液滴5，产生的液滴大小约为50-500微米，液滴大小与所施加负压成反比；
（4）待储液池中的所有水都进入通道形成液滴后，负压系统将自动连通大气，从而自动解除负压，无需人工解除负压；
（5）解除负压后，由于U型管原理，储油池底部的油会逆向进入到储液池中，由于产生的液滴浮在储油池中油的上层，因此液滴不会逆流返回储液池。
实施例2
一种基于负压且无需流体剪切力的液滴生成装置。如图3所示，该芯片含有四条流体通道3，其高度为100微米，宽度为60微米，长度为10毫米。每个流体通道入口处含有一个体积约为200微升的圆柱形储液池1，四条流体通道出口分别连接一个体积约为1000微升的圆柱形储油池2。
利用该装置生成液滴按照以下步骤进行：
（1）将100微升PBS缓冲液分别加入到四个储液池中；
（2）将300微升bio-rad液滴油加入到储油池中；
（3）在储油池施加负压4后，储液池中的PBS缓冲液通过微流控芯片内的通道进入到储油池中，并在浮力的作用下自发的形成油包水的液滴5，且四条流体通道会同时产生液滴大小约为50-500微米，液滴大小与所施加负压成反比；
（4）待四个储液池中的约70微升PBS缓冲液都形成液滴后，解除负压系统；
（5）解除负压后，由于U型管原理，储油池底部的油会逆向进入到储液池中，并位于储液池中剩余PBS缓冲液下层，由于产生的液滴浮在储油池中油的上层，因此液滴不会逆流返回储液池。
实施例3
一种基于负压且无需流体剪切力的液滴生成装置。如图4所示，该芯片含有两条流体通道3，其高度为60微米，宽度为60微米，长度为9毫米。两个流体通道入口处分别含有一个体积约为200微升的圆柱形储液池1，这两条流体通道首先以“Y”字型汇聚，再连接到一个体积约为900微升的圆柱形储油池2。
利用该装置生成液滴按照以下步骤进行：
（1）将150微升水和150微升PBS缓冲液分别加入到两个储液池中；
（2）将300微升bio-rad液滴油加入到储油池中；
（3）在储油池施加负压4后，储液池中的水和PBS缓冲液分别通过微流控芯片内的通道，并通过汇合通道形成层流后进入到储油池中，并在浮力的作用下自发的形成油包水的液滴5，产生的液滴大小约为50-500微米，液滴大小与所施加负压成反比；
（4）待储液池中的所有水和PBS缓冲液都形成液滴后再解除负压系统；
（5）解除负压后，由于U型管原理，储油池底部的油会逆向进入到储液池中，由于产生的液滴浮在储油池中油的上层，因此液滴不会逆流返回储液池。

Claims (5)

1.一种基于负压且无需流体剪切力的液滴生成装置，其特征在于，包括：一个具有一条或多条流体通道的微流控芯片，所述芯片内每条流体通道的入口处分别设有一个储液池；所有流体通道的出口连通到一个储油池；出口处的储油池连接一个负压设备，用于产生负压。
2.根据权利要求1所述的液滴生成装置，其特征在于，生成液滴的过程为：水相溶液分别加入到该装置中微流控芯片的入口储液池中，含有表面活性剂且密度大于水的油相加入到该装置中微流控芯片的出口储油池中；通过负压设备对该装置施加负压，使入口储液池中的水相按照一定的流速通过微流控芯片的通道后进入出口储油池的油相底部，由于水相与油相的密度差异，在浮力的作用下流入到储油池的水相在油相中自发形成液滴，并聚集在储油池上表面。
3.根据权利要求1所述的液滴生成装置，其特征在于，所述的微流控芯片内的通道的高度为30-200微米，宽度为50-200微米。
4.根据权利要求1所述的液滴生成装置，其特征在于，所述的微流控芯片每个流体通道入口处的储液池的体积为100-500微升。
5.根据权利要求1所述的液滴生成装置，其特征在于，所述的微流控芯片出口处的储油池的体积为0.5-20毫升。
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