CN113058669A - 一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法 - Google Patents

一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113058669A
CN113058669A CN202110365664.8A CN202110365664A CN113058669A CN 113058669 A CN113058669 A CN 113058669A CN 202110365664 A CN202110365664 A CN 202110365664A CN 113058669 A CN113058669 A CN 113058669A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capillary
micro
integrated device
phase
channel
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.)
Pending
Application number
CN202110365664.8A
Other languages
English (en)
Inventor
逄燕
茹佳贺
周强
刘赵淼
王飓
李德志
杨清山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN202110365664.8A priority Critical patent/CN113058669A/zh
Publication of CN113058669A publication Critical patent/CN113058669A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)

Abstract

本发明公开了属于微流控芯片生成单乳液滴和复乳液滴的技术领域，具体涉及的是一种为解决当前以玻璃底板的毛细管微流控芯片的制备技术复杂，胶封不可靠问题而改进的具有按需定制/多层嵌套一体化装置和共轴聚焦式微通道特征的微流控装置。微通道结构固定在微通道一体化装置主体上，其中外相毛细管是胶粘在一体化装置上；内部的微通道结构主要包括2层嵌套的同轴毛细玻璃管，生成毛细管和收集毛细管共轴聚焦装入外相毛细管。在生成毛细管的输入端连接有一离散相注射泵，在外相微通道A/B的入口分别连接有一连续相注射泵，通过调整各个入口流量实现单乳稳定生成。在以上所述生成单乳液滴的基础上，通过嵌套器将生成单乳液滴再次通入一体化装置进行二步生成双乳液滴；在上述基础上可以继续嵌套一体化装置实现N相多核复乳液滴的生成。

Description

一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法
技术领域
本发明属于微流控芯片生成单乳液滴和复乳液滴的技术领域，具体涉及的是一种为解决当前以玻璃底板的毛细管微流控芯片的制备技术复杂，胶封不可靠问题而改进的具有按需定制/多层嵌套一体化装置和共轴聚焦式微通道特征的微流控装置。
背景技术
近年以来，随着微流控技术的迅速发展，以生成微液滴为核心的多相微流控芯片技术也得到了越来越多的关注。微流控芯片技术(Microfluidics)是在微米级乃至纳米级下对液滴或气体等进行操纵的技术，该技术在微尺度内将军事、医学、化学等领域中涉及的诸如在药物筛选、功能材料合成、生物医学检测等领域发挥着重要作用，用以实现常规实验室下物理、化学和生物实验的微型化集中分析。
基于生成液滴的多相微流控系统是近年来微流控技术中快速发展的重要分支，单乳液滴使试剂或样品体积可控、控制和响应迅速、可精确调控流体的理化特性等微流控技术，可集成样品制备、反应、分离、检测,以及细胞培养、分选和裂解等基本操作单元,基本囊括实验室的大部分操作于一体,是化学和生物实验操作和研究的新平台。复乳液滴是一种离散相液滴中包裹更小不相溶液滴的高度结构化复杂多相系统，多核型复乳液滴更为实现多组分样品的精准操控提供了重要载体。以复乳液滴为模板生成的核壳型、孔壳型、多腔室型功能微颗粒广泛应用于药物传输与控释、活性物质包封、化学催化以及生化分离等领域。
在现代微流控芯片制备工艺的发展下，常见用于液滴制备的微流控芯片主要为基于软光刻的聚甲基硅烷(polydimethylsiloxane，PDMS)2D微通道，以及基于玻璃毛细管3D微流控系统。软光刻以矩形截面微通道为主，增大流体流阻，层流效应较差，还有化学强度不高、易发生溶胀作用和不易对表层属性功能化调控等问题。采用玻璃毛细管3D微流控系统可以很好避免以上问题，还容易实现对内部腔室结构的连续精确调控。本发明和传统的玻璃底板毛细管微通道相比，模块化使微通道组装简单易行，各个连接处更加牢固，能彻底解决以往玻璃底板的密封问题，还具有模块化按需定制，实现多层嵌套复乳液滴的生成。
发明内容
本发明可通过3D打印或车削加工出组装模块：毛细管微通道一体化装置主体和四个通孔螺柱，如图1所示。一体化装置和四个通孔螺用来固定一根玻璃毛细方管和四根毛细圆管，从而实现单乳液滴的生成，如图2所示。玻璃毛细方管是通过胶水固定在毛细管微通道一体化装置中间的；两根玻璃毛细圆管拉锥一端放入方管两端使玻璃毛细圆管在毛细方管中封装，如图3所示，另一端通过圆台硅胶垫圈密封固定，一体化装置上方两端用含有接管的通孔螺栓和圆台硅胶垫圈来通入流体和密封，通过拧紧通孔螺柱来挤压圆台硅胶垫圈来密封，密封效果稳定可靠，如图5所示。
拉锥毛细管微通道一体化装置可以根据需求和选用流体的物性参数来任意选用四个通孔螺柱，这可以剪切各种黏度和表面张力的流体来稳定生成所需液滴，如图6所示；还可以通过选用嵌套连接器来两步式生成复乳液滴，如图7所示。
附图说明
图1是用于组装共轴聚焦微通道一体化装置的模块。(a)为毛细管共轴聚焦微通道一体化装置；(b)为通孔螺柱，用于外接进出口并挤压圆台硅胶垫圈密封；(c)为嵌套连接器，用于连接两个一体化装置来两步式生成复乳液滴。
图2是可按需定制的共轴聚焦的毛细管微通道一体化装置内部剖视图。
图3左图是共轴聚焦微通道结构的内部毛细管组装示意图，两根拉锥毛细圆管和一根毛细方管共轴聚焦组装。右图为液滴生成区域，左管为生成毛细管，右管为收集毛细管，液滴在这个位置被连续相剪切稳定生成。
图4是拉锥毛细管微通道一体化装置和通孔螺柱以及方管的组合图。此装置可以按需快速搭建并稳定生成单一或双乳液滴，模块化效率更高。
图5为圆台硅胶垫圈密封示意图，此方法比传统胶封更加稳定有效，且模块化易操作。
图6在成功搭建拉锥毛细管微通道一体化装置后，实现单乳液滴的生成图。
图7两步式复乳液滴微流通道一体化装置剖视图。
图8是二层嵌套微通道装置通过嵌套连接器进行连接两个微通道一体化装置，装置可生成更加复杂的多核双乳液滴。
具体实施方式
本发明通过3D打印或车削加工毛细管微通道一体化装置和通孔螺柱，以及嵌套连接器，如图1所示。选用一体化装置主体和通孔螺柱可稳定生成单乳液滴；加装嵌套连接器可以二步式生成复乳液滴。
一体化装置内部剖视图如图2所示，其中内部的微通道结构主要包括2层嵌套的同轴毛细玻璃管，生成毛细管和收集毛细管共轴聚焦装入外相毛细管，由于流体进入位置不同，分为内相微通道、外相微通道A和B，如图3所示。生成毛细管的尖端锥口和收集毛细管的尖端锥口之间为液滴生成区；内相微通道在生成毛细管和收集毛细管内部区域；生成毛细管与连接毛细管之间为外相微通道A，收集毛细管与连接毛细管之间为所述的外相微通道B。所述生成毛细管和收集毛细管为玻璃毛细圆管，外相毛细管为玻璃毛细方管。为生成尺寸更小的液滴，对生成毛细管相及收集毛细管通道均进行了锥口拉伸，沿毛细管内通道向流体生成区出方向渐缩的锥形。
微通道结构固定在微通道一体化装置主体上，其中外相毛细管是胶粘在一体化装置上，如图4所示，最后通过螺柱挤压圆台硅胶垫圈实现密封并固定位置，如图5所示。在生成毛细管的输入端连接有一离散相注射泵，在外相微通道A的入口连接有一连续相注射泵，在外相微通道B的入口连接有一连续相注射泵。三相相流体分别用三个高精度微注射泵通过PTEF管注入微通道各相通道内，调整内相W1及外相W2、W3的入口流量QW1、QW2、QW3。采用以上所述的毛细管微流控装置制备液滴的方法，实现单乳稳定生成，如图6所示。
通过嵌套连接器连接两个一体化装置主体来二步式生成双乳液滴，即在以上所述生成单乳液滴的基础上，通过嵌套器将生成单乳液滴再次通入一体化装置进行二步生成双乳液滴，图7为二步式生成双乳液滴一体化装置内部剖视图，组装微通道一体化装置如图8所示，在上述基础上可以继续嵌套一体化装置实现N相多核复乳液滴的生成。

Claims (2)

1.一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置，其特征在于：毛细管微通道一体化装置通过3D打印或车削加工出组装，包括主体和四个通孔螺柱；主体和四个通孔螺柱用来固定一根玻璃毛细方管和四根毛细圆管，从而实现单乳液滴的生成；玻璃毛细方管是通过胶水固定在毛细管微通道一体化装置中间的；两根玻璃毛细圆管拉锥一端放入方管两端使玻璃毛细圆管在毛细方管中封装；拉锥毛细管微通道一体化装置根据需求和选用流体的物性参数来任意选用四个通孔螺柱，剪切各种黏度和表面张力的流体来稳定生成所需液滴，通过选用嵌套连接器来两步式生成复乳液滴。
2.根据权利要求1所述的一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置，其特征在于：在生成毛细管的输入端连接有一离散相注射泵，在外相微通道A的入口连接有一连续相注射泵，在外相微通道B的入口连接有一连续相注射泵；三相流体分别用三个高精度微注射泵通过PTEF管注入微通道各相通道内，调整内相W1及外相W2、W3的入口流量QW1、QW2、QW3；采用毛细管微流控装置制备液滴的方法，实现单乳的稳定生成；在生成单乳液滴的基础上，通过嵌套器将生成单乳液滴再次通入一体化装置进行二步生成双乳液滴，连接更多一体化装置实现N相多核复乳液滴的生成。
CN202110365664.8A 2021-04-06 2021-04-06 一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法 Pending CN113058669A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110365664.8A CN113058669A (zh) 2021-04-06 2021-04-06 一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110365664.8A CN113058669A (zh) 2021-04-06 2021-04-06 一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113058669A true CN113058669A (zh) 2021-07-02

Family

ID=76565710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110365664.8A Pending CN113058669A (zh) 2021-04-06 2021-04-06 一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113058669A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113797986A (zh) * 2021-10-11 2021-12-17 北京永康乐业科技发展有限公司 一种可微调毛细管同轴排列的微流控芯片
CN114210378A (zh) * 2021-11-22 2022-03-22 广东省科学院健康医学研究所 一种基于微孔毛细管的液滴生成装置及其制备方法
CN114935272A (zh) * 2022-05-24 2022-08-23 中国电子科技集团公司第十研究所 一种基于增材制造的一体化成型均温板
CN115056479A (zh) * 2022-07-04 2022-09-16 南京周子未来食品科技有限公司 一种基于微流控3d打印技术的细胞培养肉生产设备及其应用
CN115555064A (zh) * 2022-09-20 2023-01-03 广东省科学院生物与医学工程研究所 一种模块式毛细管微流控芯片及其装配密封方法
CN115646567A (zh) * 2022-12-26 2023-01-31 南京师范大学 集成液滴在线培养和高通量筛选功能的微流控芯片及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105641743A (zh) * 2016-03-16 2016-06-08 王华楠 一种微流控装置及利用该装置制备微凝胶的方法
CN106622407A (zh) * 2016-09-29 2017-05-10 东南大学 一种用于固体内核包裹的毛细管微流控装置及制备方法
CN109939622A (zh) * 2019-03-27 2019-06-28 肇庆市华师大光电产业研究院 一种胶黏剂用可控释放微胶囊及其制备方法
US20190224670A1 (en) * 2017-12-25 2019-07-25 Revotek Co., Ltd Microfluidic chip and control method thereof, droplet generation device, and microsphere preparation device
US20200141886A1 (en) * 2017-05-22 2020-05-07 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Metal electrode based 3d printed device for tuning microfluidic droplet generation frequency and synchronizing phase for serial femtosecond crystallography

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105641743A (zh) * 2016-03-16 2016-06-08 王华楠 一种微流控装置及利用该装置制备微凝胶的方法
CN106622407A (zh) * 2016-09-29 2017-05-10 东南大学 一种用于固体内核包裹的毛细管微流控装置及制备方法
US20200141886A1 (en) * 2017-05-22 2020-05-07 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Metal electrode based 3d printed device for tuning microfluidic droplet generation frequency and synchronizing phase for serial femtosecond crystallography
US20190224670A1 (en) * 2017-12-25 2019-07-25 Revotek Co., Ltd Microfluidic chip and control method thereof, droplet generation device, and microsphere preparation device
CN109939622A (zh) * 2019-03-27 2019-06-28 肇庆市华师大光电产业研究院 一种胶黏剂用可控释放微胶囊及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴平: "液滴微流控的实验应用和理论研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士) 信息科技辑》 *
郝秀清: "《微纳制造前沿应用》", 31 July 2020, 北京工业大学出版社 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113797986A (zh) * 2021-10-11 2021-12-17 北京永康乐业科技发展有限公司 一种可微调毛细管同轴排列的微流控芯片
CN114210378A (zh) * 2021-11-22 2022-03-22 广东省科学院健康医学研究所 一种基于微孔毛细管的液滴生成装置及其制备方法
CN114935272A (zh) * 2022-05-24 2022-08-23 中国电子科技集团公司第十研究所 一种基于增材制造的一体化成型均温板
CN114935272B (zh) * 2022-05-24 2023-08-04 中国电子科技集团公司第十研究所 一种基于增材制造的一体化成型均温板
CN115056479A (zh) * 2022-07-04 2022-09-16 南京周子未来食品科技有限公司 一种基于微流控3d打印技术的细胞培养肉生产设备及其应用
CN115056479B (zh) * 2022-07-04 2024-01-23 南京周子未来食品科技有限公司 基于微流控3d打印技术的细胞培养肉生产设备及其应用
CN115555064A (zh) * 2022-09-20 2023-01-03 广东省科学院生物与医学工程研究所 一种模块式毛细管微流控芯片及其装配密封方法
CN115646567A (zh) * 2022-12-26 2023-01-31 南京师范大学 集成液滴在线培养和高通量筛选功能的微流控芯片及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113058669A (zh) 一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法
CN109395788B (zh) 一种管内液滴制备芯片装置
CN107970847B (zh) 一种双t型入口结构的平面弯曲被动式微混合器
CN106215988B (zh) 一种双支路实现微液滴两次分裂功能的微通道
CN114653414B (zh) 一种过盈配合辅助定位的毛细管微流控装置及其制备方法
CN105413779B (zh) 制备多乳液的微流控芯片夹具、及多乳液的制备系统
CN110058007B (zh) 单通道微流控芯片
Zhang Three-dimensional-printing for microfluidics or the other way around?
CN114308163B (zh) 微流控芯片检测卡盒
CN111957361A (zh) 微滴制备系统、微流控芯片及其设计方法
CN114225988B (zh) 一种双向构型微流控液滴生成装置及其制备方法
CN105921188A (zh) 一种乳液多维度快速制备微流控装置
CN113304790A (zh) 以并行化设计实现微液滴高通量制备的三维微流控芯片
CN110624616B (zh) 用于高通量微液滴生成的三维微流控装置及方法
CN106076446B (zh) 一种双支路实现间隔微液滴融合功能的微通道
CN108212236B (zh) 一种实现液滴对/气泡对同步运动并融合的微流控芯片
CN214288265U (zh) 一种高效单双乳液分离分裂微流控集成芯片
CN115555064A (zh) 一种模块式毛细管微流控芯片及其装配密封方法
Liu et al. Microfluidic device for robust generation of two-component liquid-in-air slugs with individually controlled composition
CN210206901U (zh) 一种用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块
CN109806803B (zh) 一种具有电润湿阀门的微流体混合装置及其控制方法
CN114931988B (zh) 纳升级分子浓度梯度液滴生成微流控芯片及其使用方法
CN212396772U (zh) 微滴制备系统及微流控芯片
CN114260035A (zh) 一种多层包裹微流控芯片与细胞颗粒生成器
CN110918141B (zh) 微流控芯片及含有该微流控芯片的装置，以及用于制备微乳化液滴的应用

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