CN112517096B - 一种可重复使用的同轴毛细管微流控芯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微流控芯片技术领域，具体是一种可重复使用的同轴毛细管微流控芯片及其制备方法。芯片包括基底，对阵平台，对针器和接收器，基底上开设有孔作为视窗；视窗两侧分别固定有对针平台，对针平台一侧开设带有内螺纹的孔一；对针平台内部同轴线上从孔一依次设置圆形槽一、方形槽；方形毛细管的两端分别置于两个对针平台的方形槽内，接收器和对针器分别置于两个对针平台的孔一内；一根圆形毛细管一端固定于接收器，另一端置于方形毛细管内；另一根圆形毛细管一端固定于对针器，另一端置于方形毛细管内。本发明实现了同轴玻璃微流控芯片的重复使用，保证了圆形毛细管在方形管内的同轴准确排列，并可随时调节两个根圆形毛细管之间的距离。

Description

一种可重复使用的同轴毛细管微流控芯片及其制备方法
技术领域
本发明属于微流控芯片技术领域，具体是一种可重复使用的同轴毛细管微流控芯片及其制备方法。
背景技术
同轴玻璃毛细管微流控芯片是一种被广泛使用的核-壳微囊生产装置。具有核-壳结构的微囊的应用范围十分广泛，从药物和营养物质受控释放，到微量液体快速检测、分子捕获等都具有可以深入挖掘的潜力。传统的同轴玻璃毛细管微流控芯片装置由两个圆形的、具有锥形头的毛细管组成，它们在一个方形毛细管内同轴相对排列，并相互间隔一定距离。传统的装置在制作的过程中易出现方形毛细管与圆形毛细管无法保证同轴对齐的问题，这会直接导致芯片无法正常产生核-壳结构的胶囊。另一方面，现有的同轴玻璃毛细管微流控芯片均是一次性使用，在液体流动时，如果发生堵塞，则导致液体不能正常流动以至于芯片报废；除此之外，圆形毛细管多以环氧胶固定，无法移动，在实验过程中，如果两根圆形毛细管的相对距离不合适，由于固定后无法移动调整距离，则同样无法产生合格的核-壳结构的微囊；与此同时，传统芯片多为玻璃等易碎材料制备，改进之后，芯片可采用金属，聚合物等材料制备，在保证观察不受影响时，更加耐用。
因此，改进现有的同轴玻璃毛细管微流控芯片的设计及制备工艺，在保证方形毛细管内同轴准确排列的前提下，芯片又可以重复使用，同时可以灵活的改变圆形毛细管相对的距离，进而调整产生的微囊大小，这将对核-壳微囊的生产都具有重要的应用价值。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种可重复使用的同轴毛细管微流控芯片及其制备方法，利用3D打印技术，可快速制造可重复使用的同轴毛细管微流控芯片。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种同轴毛细管微流控芯片，包括圆形毛细管，方形毛细管，还包括：
基底，所述基底上开设有孔作为视窗；
对针平台，所述对针平台设有两个，所述对针平台一侧开设带有内螺纹的孔一；所述对针平台内部同轴线上从孔一依次设置圆形槽一、方形槽；
对针器，所述对针器为带有外螺纹的柱体与孔一相匹配，对针器内部开开设有圆形槽二用以固定圆形毛细管；
接收器，所述接收器为带有外螺纹的柱体与孔一相匹配，接收器内部开设有圆形槽三用以固定圆形毛细管；
所述两个对针平台分别固定于基底上视窗的两侧；方形毛细管的两端分别置于两个对针平台的方形槽内，所述接收器和对针器分别置于两个对针平台的孔一内；一根圆形毛细管一端固定于接收器，另一端置于方形毛细管内；另一根圆形毛细管一端固定于对针器，另一端置于方形毛细管内。
上述技术方案中，进一步地，对针器的两端分别设有带内螺纹的孔二和孔三，圆形槽二将孔二和孔三连通；所述接收器靠近孔一的一端设有带内螺纹的孔四，孔四与圆形槽三相通；所述孔二、孔三、孔四内径均与所用的倒锥接头相匹配；优选地，所述接收器圆形槽三的一端设有旋钮，所述对针器孔三的一端设有旋钮。
上述技术方案中，进一步地，所述圆形槽一由第一圆形槽和第二圆形槽组成，靠近方形槽的第一圆形槽的内径小于靠近孔一的第二圆形槽的内径；优选地，圆形毛细管外套有套管，所述套管的外径与第二圆形槽的内径相匹配，所述第一圆形槽的内径与圆形毛细管外径相匹配；所述方形槽内径与所述方形毛细管外径相匹配。
上述技术方案中，进一步地，所述对针平台顶部开设有进液孔与方形槽连通。
上述技术方案中，进一步地，所述视窗置于基底中心，所述视窗为一长方形孔道，用以观察方形毛细管内两个圆形毛细管内的对齐情况。
上述技术方案中，进一步地，所述孔一的长度、接收器的长度满足接收器旋进孔一的距离使圆形毛细管打磨的一端在方形毛细管内视窗的范围内移动；孔一的长度、对针器的长度满足接收器旋进孔一的距离使圆形毛细管打磨的一端在方形毛细管内视窗的范围内移动。
上述技术方案中，进一步地，所述两个对针平台相对的一侧设有凹槽，凹槽内放置固定器用以固定方形毛细管；所述固定器为柱体，与凹槽尺寸相匹配。
本发明还提供了一种同轴毛细管微流控芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)绘图打印：以绘图软件绘制出基底，对针平台，接收器，对针器；用3D打印技术打印；
(2)打磨圆形毛细管：将圆形毛细管一端打磨成所需锥形头；
(3)安装固定：将方形毛细管的两端分别固定于两个对针平台的方形槽内；将一根圆形毛细管未打磨的一端固定于对针器，将另一根圆形毛细管未打磨的一端固定于接收器；
(4)调整位置：将对针器、接收器分别旋入两个对针平台孔一中，圆形毛细管打磨的一端经圆形槽一进入方形槽置于方形毛细管内，通过旋拧对针器和接收器，调节两个圆形毛细管的相对距离，在方形毛细管内同轴对齐。
上述技术方案中，进一步地，所述步骤(3)中将方形毛细管的两端分别固定于对针平台方形槽内，再以固定器置于凹槽内固定方形毛细管，以环氧胶进一步密封。
上述技术方案中，进一步地，所述步骤(3)中将一根圆形毛细管未打磨的一端先置于套管内，再置于倒锥接头中，倒锥接头旋入孔二将圆形毛细管未打磨一端固定于对针器的圆形槽二内；采用同样方法将另一根圆形毛细管所用的倒锥接头旋入孔四固定于接收器的圆形槽三内。
本发明的有益效果：本发明利用3D打印技术及特殊的芯片结构，实现了同轴玻璃微流控芯片的重复使用，保证了圆形毛细管在方形管内的同轴准确排列，并且可在实验中依据产生胶囊的情况随时调节两个根圆形毛细管之间的距离，以制备得到所需的核-壳结构微囊；本发明的圆形毛细管不以胶固定，可拆卸进行清洗，可将毛细管进行其他改性，将亲水的表面改成疏水表面而无需重新制作芯片；本发明微流控芯片的配件可以大量制作，重复性高且无需进一步加工，使用时直接组装节约了时间成本。
附图说明
图1本发明芯片使用结构示意图；
图2本发明芯片结构剖面图；
图3本发明芯片带有接收器结构剖面图；
图4本发明芯片结构示意图；
图5本发明对针器结构示意图；
图6本发明对针器结构剖面图；
图7本发明接收器结构示意图；
图8本发明接收器结构剖面图；
图9本发明固定器结构示意图；
图中，1.圆形毛细管，2.方形毛细管，3.基底，4.视窗，5.对针平台，5-1孔一，5-2圆形槽一，5-3方形槽，5-4进液孔，5-5凹槽，6.对针器，6-1孔二，6-2圆形槽二，6-3孔三，7接收器，7-1孔四，7-2圆形槽三，8固定器，9FEP套管，10倒锥接头，11环刃。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种同轴毛细管微流控芯片，包括两根圆形毛细管1，方形毛细管2，还包括：
基底3，基底上开设有孔作为视窗4，视窗置于基底中心，视窗为一长方形孔道，用以观察方形毛细管内两个圆形毛细管内的对齐情况。
对针平台5，对针平台设有两个，对针平台一侧开设带有内螺纹的孔一5-1；与孔一相对的一侧设有凹槽5-5，凹槽内放置固定器5-6用以固定方形毛细管；固定器为柱体，与凹槽尺寸相匹配；对针平台内部同轴线上孔一与凹槽之间依次设置圆形槽一5-2、方形槽5-3，圆形槽一5-2由第一圆形槽5-2-1和第二圆形槽5-2-2组成，靠近方形槽5-3的第一圆形槽5-2-1的内径小于靠近孔一5-1的第二圆形槽5-2-2的内径；圆形毛细管外套有套管，套管的外径与第二圆形槽的内径相匹配，第一圆形槽的内径与圆形毛细管外径相匹配；方形槽内径与所述方形毛细管外径相匹配；对阵平台顶部开设有进液孔5-4与方形槽5-3连通；
对针器，对针器为带有外螺纹的柱体与孔一5-1相匹配，对针器内部开设有圆形槽二6-2，对针器的两端分别设有带内螺纹的孔二6-1和孔三6-3，圆形槽二6-2将孔二6-1和孔三6-3连通，用以固定圆形毛细管；对针器孔三6-3的一端设有旋钮；
接收器，所述接收器为带有外螺纹的柱体与孔一5-1相匹配，接收器内部开设有圆形槽三7-2，接收器靠近孔一5-1的一端设有带内螺纹的孔四7-1，孔四7-1与圆形槽三7-2相通，用以固定圆形毛细管；接收器圆形槽三7-2的一端设有旋钮，便于手拧；
两个对针平台固定于基底上视窗的两侧；方形毛细管的两端分别置于两个对针平台的方形槽5-3内，接收器和对针器分别置于两个对针平台的孔一5-1内，一根圆形毛细管穿过接收器置于方形毛细管内，一根毛细管穿过对针器置于方形毛细管内。
实施例2
制备同轴毛细管微流控芯片，所用基底的材质可选用塑料、金属、高分子材料等，本实施例中选用塑料基底，制备方法如下：
(1)绘图打印：以绘图软件绘制出基底，对针平台，接收器，对针器；用3D打印技术打印出来；
(2)打磨圆形毛细管：用玻璃针管制备器将圆形硼硅酸盐毛细管逐渐变细到预期的直径，使用玻璃微电极(针管)研磨器将其打磨成锥形针头。将得到的锥形玻璃毛细管清洗干燥，除去残留的玻璃颗粒。将毛细管浸泡在30％H2O2和98％H2SO4的溶液中，比例为3：7，然后用空气和乙醇清洗，用十八烷基三甲氧基硅烷处理1分钟使其疏水备用；
(3)安装固定：将方形硼硅酸盐毛细管的两端分别固定于两个对针平台的方形槽内，再以固定器置于凹槽内固定方形毛细管，以环氧胶进一步固定密封；
将圆形毛细管未打磨的一端先置于FEP套管内，圆形毛细管未打磨末端伸出套管4mm左右，再置于倒锥接头中，倒锥接头旋入孔二6-1配合环刃将圆形毛细管未打磨一端固定于对针器，FEP套管段置于圆形槽一中，形成密封结构；采用同样方法将另一根圆形毛细管固定于接收器；
(4)调整位置：检察密封性后将对针器、接收器分别旋进两个对阵平台孔一中，圆形毛细管未打磨的一端经圆形槽一进入方形槽二，将两个圆形毛细管置于方形毛细管中，通过视窗观察两个圆形毛细管的位置，通过旋拧对针器和接收器，调节两个圆形毛细管的相对距离，在方形毛细管内同轴对其。
实施例3
按照本发明制备方法，可先批量制备出芯片基底，对针器，接收器和固定器备用，需要实验时，打磨圆形玻璃毛细管，按照实施例2中的方法将圆形毛细管置于方形毛细管中同轴对齐，以对针器和接收器调整好两个圆形毛细管的相对距离。
使用时，倒锥接头分别拧进两个进液口和对针器的孔三6-3，进入液体后进行试验，从接收器的圆形槽三7-2一侧得到微胶囊。
在实验过程中，当需要调整两根毛细管之间的相对位置时，旋动对针器和接收器即可。
当毛细管堵塞时，通过旋动对针器、接收器，将毛细管拆出，疏通清洗后继续使用。
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种同轴毛细管微流控芯片，包括圆形毛细管（1），方形毛细管（2），其特征在于，还包括：
基底（3），所述基底上开设有孔作为视窗（4）；
对针平台（5），所述对针平台设有两个，所述对针平台一侧开设带有内螺纹的孔一（5-1）；所述对针平台内部同轴线上从孔一依次设置圆形槽一（5-2）、方形槽（5-3）；
对针器（6），所述对针器为带有外螺纹的柱体与孔一（5-1）相匹配，对针器内部开设有圆形槽二（6-2）用以固定圆形毛细管；
接收器（7），所述接收器为带有外螺纹的柱体与孔一（5-1）相匹配，接收器内部开设有圆形槽三（7-2）用以固定圆形毛细管；
所述两个对针平台（5）分别固定于基底（3）上视窗（4）的两侧；方形毛细管的两端分别置于两个对针平台的方形槽（5-3）内，所述接收器和对针器分别置于两个对针平台的孔一（5-1）内；一根圆形毛细管一端固定于接收器（7），另一端置于方形毛细管（2）内；另一根圆形毛细管一端固定于对针器（6），另一端置于方形毛细管（2）内；
所述圆形槽一（5-2）由第一圆形槽（5-2-1）和第二圆形槽（5-2-2）组成，靠近方形槽（5-3）的第一圆形槽（5-2-1）的内径小于靠近孔一（5-1）的第二圆形槽（5-2-2）的内径。
2.根据权利要求1所述的一种同轴毛细管微流控芯片，其特征在于，所述圆形毛细管外套有套管，所述套管的外径与第二圆形槽的内径相匹配，所述第一圆形槽的内径与圆形毛细管外径相匹配；所述方形槽内径与所述方形毛细管外径相匹配。
3.根据权利要求1所述的一种同轴毛细管微流控芯片，其特征在于，对针器的两端分别设有带内螺纹的孔二（6-1）和孔三（6-3），圆形槽二（6-2）将孔二（6-1）和孔三（6-3）连通；所述接收器靠近孔一（5-1）的一端设有带内螺纹的孔四（7-1），孔四（7-1）与圆形槽三（7-2）相通；所述孔二（6-1）、孔三（6-3）、孔四（7-1）内径均与所用的倒锥接头相匹配。
4.根据权利要求1所述的一种同轴毛细管微流控芯片，其特征在于，所述接收器圆形槽三（7-2）的一端设有旋钮，所述对针器孔三（6-3）的一端设有旋钮。
5.根据权利要求1所述的一种同轴毛细管微流控芯片，其特征在于，所述对针平台顶部开设有进液孔（5-4）与方形槽（5-3）连通。
6.根据权利要求1所述的一种同轴毛细管微流控芯片，其特征在于，所述视窗置于基底中心，所述视窗为一长方形孔道，用以观察方形毛细管内两个圆形毛细管内的对齐情况。
7.根据权利要求1所述的一种同轴毛细管微流控芯片，其特征在于，所述孔一的长度、接收器的长度满足接收器旋进孔一的距离使圆形毛细管打磨的一端在方形毛细管内视窗的范围内移动；孔一的长度、对针器的长度满足接收器旋进孔一的距离使圆形毛细管打磨的一端在方形毛细管内视窗的范围内移动。
8.根据权利要求1所述的一种同轴毛细管微流控芯片，其特征在于，所述两个对针平台相对的一侧设有凹槽（5-5），凹槽内放置固定器（5-6）用以固定方形毛细管；所述固定器为柱体，与凹槽尺寸相匹配。
9.一种同轴毛细管微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）绘图打印：以绘图软件绘制出基底，对针平台，接收器，对针器；用3D打印技术打印；
（2）打磨圆形毛细管：将圆形毛细管一端打磨成所需锥形头；
（3）安装固定：将方形毛细管的两端分别固定于两个对针平台的方形槽内；将一根圆形毛细管未打磨的一端固定于对针器，将另一根圆形毛细管未打磨的一端固定于接收器；
（4）调整位置：将对针器、接收器分别旋入两个对针平台孔一中，圆形毛细管打磨的一端经圆形槽一进入方形槽置于方形毛细管内，通过旋拧对针器和接收器，调节两个圆形毛细管的相对距离，在方形毛细管内同轴对齐。
10.根据权利要求9所述的一种同轴毛细管微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中将方形毛细管的两端分别固定于对针平台方形槽内，再以固定器置于凹槽内固定方形毛细管，以环氧胶密封。
11.根据权利要求9所述的一种同轴毛细管微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中将一根圆形毛细管未打磨的一端先置于FEP套管内，圆形毛细管未打磨末端伸出套管，再置于倒锥接头中，倒锥接头旋入孔二（6-1）配合环刃将圆形毛细管未打磨一端固定于对针器的圆形槽二（6-2）内；采用同样方法将另一根圆形毛细管所用的倒锥接头旋入孔四（7-1）固定于接收器的圆形槽三（7-2）内。
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基于MEMS技术的毛细管电泳芯片;石晶等;《中国生物工程杂志》;20031031;第23卷(第10期);89-92 *
微囊型多孔光敏微反应器的构建及性能调控;杨文博，陶胜洋;《工程科技1辑》;20190728;第一卷;108 *

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