CN114225977A - 一种多核多组分微液滴加工系统 - Google Patents
一种多核多组分微液滴加工系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114225977A CN114225977A CN202111414911.5A CN202111414911A CN114225977A CN 114225977 A CN114225977 A CN 114225977A CN 202111414911 A CN202111414911 A CN 202111414911A CN 114225977 A CN114225977 A CN 114225977A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- micro
- droplet
- droplets
- processing system
- component
- 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
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 25
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 30
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 102000018697 Membrane Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010052285 Membrane Proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000009509 drug development Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 230000005183 environmental health Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002547 new drug Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
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
- B01L3/02—Burettes; Pipettes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Hematology (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多核多组分微液滴加工系统，包括微流控芯片,所述微流控芯片包括上基片、下基片，所述上基片与下基片之间设置有腔体夹层通道，所述腔体夹层通道的一端为微液滴水溶液注入口，腔体夹层通道的另一端为微液滴水溶液排出口，所述腔体夹层通道还与多个支通道的一端连通，所述多个支通道的另一端分别与一注射器连通；该多核多组分微液滴加工系统，通过微流控换液系统和激光注射系统的反复配合，可以将不同成分的子液滴注入液晶微液滴内形成多核多组分微液滴。
Description
技术领域
本发明属于微液滴注射系统技术领域，具体涉及一种多核多组分微液滴加工系统。
背景技术
柔性材料是一类特殊的物质，包含液晶、胶体、高分子、颗粒物质、生命体系物质(如DNA、蛋白质、细胞膜)、乳液等，在自然界、生命体、日常生活和生产中广泛存在且影响深远。针对硬质材料的微纳加工技术实现了将复杂电子功能集成在微纳米尺度的电子器件上，在半导体领域取得了巨大的成功，直接促成现代电子产业的飞速发展。在柔性材料领域采用类似微型化的策略，研究在介观尺度(毫米至纳米的范围)加工装配柔性材料微液滴球体结构的微纳加工技术，同样有着重要的科学和应用价值，可广泛应用于生命科学、医学、化学、农业、新药开发、化妆品、食品和环境卫生监督、柔性电子、智能传感等领域。
目前针对柔性材料微纳加工普遍采用液滴微流控技术，其原理是借助微流控芯片控制两种互不相溶的液体发生对流，在剪切和挤压的作用下形成微液滴，以两步或者多步的方式装配微液滴多核球体结构。通过对微流控芯片通道结构的设计和表面处理，可以制备出油包水型液滴、水包油型液滴、O/W/O(油包水包油型)液滴、Janus液滴等。然而，柔性材料诸如流动性、低剪切阻力、界面张力、扩散作用等特殊的物理性质限制了微流控芯片的设计，从而严重制约了该技术对柔性材料微纳加工的能力：其一是借其只能加工一些较为简单的球体结构，比如一种材料的子液滴嵌套在另一种材料的液滴内；其二是该技术较难实现一些微米甚至更小尺度的球体结构装配；其三是多核微液滴一旦装配完成，无法再次改变其内部子液滴的数量和化学成分；其四是无法对多核微液滴内子液滴在三维空间的相对位置进行有效控制。
近年来，新出现的激光注射技术可以很好的解决液滴微流控技术存在的上述问题，其主要原理是利用高斯光束照射柔性材料微液滴(封闭球体)，在其界面处形成界面张力梯度从而产生机械力将水溶液注入到柔性材料微液滴内形成子液滴，借助柔性材料的弹性作用诱导子液滴进行可控自组装，进而实现装配柔性材料多核微液滴球体结构的目的，展现出远超传统微流控工艺的加工灵活度和加工结构复杂度。
然而，目前该技术只局限于将对水溶液注入柔性材料微液滴内形成子液滴，若能实现将包含不同化学成分的子液滴注入柔性材料微液滴中开发多核多组分微液滴加工技术，对推动该技术的进一步发展和借助其进行应用开发具有重要的科学技术价值。
发明内容
为了克服现有激光注射技术无法实现将包含不同化学成分的子液滴注入柔性材料微液滴中开发多核多组分微液滴加工技术的问题。
本发明所述的一种多核多组分微液滴加工系统，包括微流控芯片,所述微流控芯片包括上基片、下基片，所述上基片与下基片之间设置有腔体夹层通道，所述腔体夹层通道的一端为微液滴水溶液注入口，腔体夹层通道的另一端为微液滴水溶液排出口，所述腔体夹层通道还与多个支通道的一端连通，所述多个支通道的另一端分别与一注射器连通。
进一步的，所述激光注射系统主要由观测光源、观测CCD、激光器、显微镜物镜组件组成。
进一步的，所述的一种多核多组分微液滴加工系统，还包括注射泵，借其对注射器中水溶液进入微流控芯片腔体的通断和流速进行精确控制，其典型型号为Harvard pump33。
进一步的，所述多路支通道通过连接管与注射器相连，实现对微流控芯片内水溶液进行替换，其典型直径为1mm-4mm。
本发明的有益效果：本发明提供的这种多核多组分微液滴加工系统，通过微流控换液系统和激光注射系统的反复配合，可以将不同成分的子液滴注入液晶微液滴内形成多核多组分微液滴；该多核多组分微液滴加工系统不仅可以用来加工多核多组分柔性材料微液滴(水包油包水)，还可以将系统中水溶液和柔性材料(油相)进行简单对掉装配油包水包油(O/W/O)多组分多核微液滴时，此换液注射方法依然可行。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是多核多组分微液滴加工系统侧面示意图。
图2是多核多组分微液滴加工系统俯视示意图。
图3是注入的子液滴自发的驱动到微液滴球体中心位置示意图。
图4是激光注射系统的光路结构示意图。
图中：1、微流控芯片；2、上基片；3、下基片；4、腔体夹层通道；5、微液滴水溶液注入口；6、微液滴水溶液排出口；7、支通道；8、注射器；9、激光注射系统；10、高斯光斑；11、微液滴；12、观测光源；13、观测CCD；14、激光器；15、显微物镜；16、空间光调制器；17、二向色镜；18、反光镜；19、滤波片；20、不同光路中的光束。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“对齐”、“重叠”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
本发明提供了一种如图1～图3所示的多核多组分微液滴加工系统，包括一个微流控芯片1和激光加工系统9组成；微流控芯片1,所述微流控芯片1包括上基片2、下基片3，所述上基片2与下基片3之间设置有腔体夹层通道4，腔体夹层通道4可注入包含柔性材料微液滴11的水溶液并保持良好的气密性，所述腔体夹层通道4的一端为微液滴水溶液注入口5，用于向腔体内注入柔性材料微液滴11水溶液，腔体夹层通道4的另一端为微液滴水溶液排出口6，用于将腔体内柔性材料微液滴11水溶液排出，所述腔体夹层通道4还与多个支通道7的一端连通，所述多个支通道7的另一端分别与一注射器8连通。
根据实际加工需要，腔体夹层通道4包含N条直径约为1-4mm的支通道7(N≥2)，由软管分别连接到装有不同成分水溶液(水相1、水相2、…、水相N)的注射器8上；通过注射泵分别控制N个注射器8端的压力，可将不同掺杂成分的水溶液注入微流控芯片1的腔体夹层通道4内，而腔体夹层通道4中之前的水溶液会从微液滴水溶液排出口6处排出；通过流体注射泵对注射器压力的精确控制，可以调节腔道内溶液的流速，使得在换液的同时保持目标微液滴11保持在原来的位置；微流控芯片1中腔体夹层通道4的厚度(典型值0.5-2mm)应大于柔性材料微液滴11的直径(典型值0.01-2mm)。
进一步的，如图4所示，所述的一种多核多组分微液滴加工系统，还包括激光注射系统9，所述激光注射系统(9)主要由观测光源12、观测CCD13、激光器14、显微镜物镜15等组件组成，实现将激光光束聚焦到微流控芯片中目标区域并控制激光光斑的加工参数；激光注射系统9包含3条光路，观测光源12和观测CCD13所在的2条光路主要用于对微流控芯片1中微液滴11状态的实时观测，激光器13的光路中通过空间光调制器16对加工激光性能参数以及高斯光斑10在微流控芯片1中的位置进行调节控制；图4中，12表示观测光源；13表示观测CCD；14表示激光器；15表示显微物镜；16表示空间光调制器；17表示二向色镜；18表示反光镜；19表示滤波片；20表示不同光路中的光束。激光注射系统9可以参考以下资料：Guo,J.K.；Hong,S.H.；Yoon,H.J.；Babakhanova,G.；Lavrentovich,O.D.；Song,J.K.,AdvancedScience 2019,6(17),1900785.DOI10.1002/advs.201900785。
进一步的，所述注射泵的型号为Harvard pump 33。
进一步的，所述支通道7的直径为1mm-4mm，支通道7通过连接管与注射器相连，借其实现对微流控芯片1内水溶液进行替换。
实施例2
结合图1和图2所示，所述微流控芯片1包括上基片2、下基片3，所述上基片2与下基片3之间设置有腔体夹层通道4，腔体夹层通道4可注入包含柔性材料微液滴11的水溶液并保持良好的气密性，所述腔体夹层通道4的一端为微液滴11水溶液注入口5，用于向腔体内注入柔性材料微液滴11水溶液，腔体夹层通道4的另一端为微液滴水溶液排出口6，用于将腔体内柔性材料微液滴11水溶液排出，所述腔体夹层通道4还与多个支通道7的一端连通，所述多个支通道7的另一端分别与一注射器8连通。
一束405nm的连续型激光光束通过40倍显微物镜聚焦，得到的激光光斑尺寸为20μm。在液晶中掺杂0.1wt％的荧光材料(coumarin-6)，将激光光斑打到目标微液滴11边界处，借助荧光材料的作用激光作业区域内可以观察到高斯光斑10。当激光曝光为5s时，水相1被注入目标微液滴11内形成1个子液滴，因为液晶微液滴11的弹性作用，被注入的子液滴会自发的驱动到微液滴11球体中心位置(图3)。这时通过流体注射泵将水相2注入微流控腔体4中，当流速小于12μL/min时目标液晶微液滴11(典型尺寸为20-500μm)在腔体中的位置可以保持不变。因为表面活性剂的锚定作用，液晶微液滴11内液晶分子沿着球体径向排列(如图3中虚线所示)，在其作用下被注入的子液滴也会在微液滴11球体内径向排列。当换液完成时，调用相同参数的激光对目标微液滴11的同一位置曝光2s，将水相2注入其中形成一个新的子液滴(水相2)。在微液滴11中液晶的弹性作用下，新注入的子液滴会自发的驱动到之前的子液滴附近在微液滴11内组成一个子液滴链。通过微流控换液系统和激光注射系统的反复配合，可以将不同成分的子液滴注入液晶微液滴11内形成多核多组分微液滴11。
综上所述，该多核多组分微液滴加工系统，通过微流控换液系统和激光注射系统的反复配合，可以将不同成分的子液滴注入液晶微液滴11内形成多核多组分微液滴11；该多核多组分微液滴加工系统不仅可以用来加工多核多组分柔性材料微液滴11(水包油包水)，还可以将系统中水溶液和柔性材料(油相)进行简单对掉装配油包水包油(O/W/O)多组分多核微液滴11时，此换液注射方法依然可行。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种多核多组分微液滴加工系统，其特征在于：包括微流控芯片(1),所述微流控芯片(1)包括上基片(2)、下基片(3)，所述上基片(2)与下基片(3)之间设置有腔体夹层通道(4)，所述腔体夹层通道(4)的一端为微液滴水溶液注入口(5)，腔体夹层通道(4)的另一端为微液滴水溶液排出口(6)，所述腔体夹层通道(4)还与多个支通道(7)的一端连通，所述多个支通道(7)的另一端分别与一注射器(8)连通。
2.如权利要求1所述的一种多核多组分微液滴加工系统，其特征在于：还包括激光注射系统(9)，所述激光注射系统(9)主要由观测光源(12)、观测CCD(13)、激光器(14)、显微镜物镜(15)组件组成。
3.如权利要求1所述的一种多核多组分微液滴加工系统，其特征在于：还包括注射泵，所述注射泵的典型型号为Harvard pump 33。
4.如权利要求1所述的一种多核多组分微液滴加工系统，其特征在于：所述微流控芯片包含多个支通道(7)，支通道(7)的直径为1mm-4mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111414911.5A CN114225977A (zh) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 一种多核多组分微液滴加工系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111414911.5A CN114225977A (zh) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 一种多核多组分微液滴加工系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114225977A true CN114225977A (zh) | 2022-03-25 |
Family
ID=80751331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111414911.5A Pending CN114225977A (zh) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | 一种多核多组分微液滴加工系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114225977A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103765068A (zh) * | 2011-03-30 | 2014-04-30 | 努拜欧有限公司 | 将多个体积注入或注出液滴 |
| CN105363503A (zh) * | 2015-11-02 | 2016-03-02 | 华东理工大学 | 多组分微液滴微流控芯片及其加工方法 |
| CN110052301A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-07-26 | 河北工业大学 | 一种基于y切铌酸锂夹层结构芯片的运动微液滴连续分离方法 |
| US20210053053A1 (en) * | 2019-08-20 | 2021-02-25 | 10X Genomics, Inc. | Devices employing surface acoustic waves and methods of use thereof |
-
2021
- 2021-11-25 CN CN202111414911.5A patent/CN114225977A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103765068A (zh) * | 2011-03-30 | 2014-04-30 | 努拜欧有限公司 | 将多个体积注入或注出液滴 |
| CN105363503A (zh) * | 2015-11-02 | 2016-03-02 | 华东理工大学 | 多组分微液滴微流控芯片及其加工方法 |
| CN110052301A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-07-26 | 河北工业大学 | 一种基于y切铌酸锂夹层结构芯片的运动微液滴连续分离方法 |
| US20210053053A1 (en) * | 2019-08-20 | 2021-02-25 | 10X Genomics, Inc. | Devices employing surface acoustic waves and methods of use thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110042077B (zh) | 一种类器官球体的高通量培养方法 | |
| CN112275336B (zh) | 一种多通道集成微流控芯片及其高通量制备单分散凝胶微球的方法 | |
| KR100702504B1 (ko) | 표면 상에 액체를 유동시키는 방법 및 장치 | |
| Huang et al. | A monolithically three-dimensional flow-focusing device for formation of single/double emulsions in closed/open microfluidic systems | |
| DE202015009494U1 (de) | Fluidische Vorrichtungen und Systeme zur Einkapselung und Partitionierung von Reagenzien, und deren Anwendungen | |
| WO2008000238A2 (de) | Mikroreaktoren-array, vorrichtung mit einem mikroreaktoren-array und verfahren zur verwendung eines mikroreaktoren-arrays | |
| CN106132544A (zh) | 用于单分散的乳液的高容量制造和处理的微流控器件 | |
| CN105413772A (zh) | 基于集成微通道的单/多组份液滴制备装置及其控制方法 | |
| CA2527733A1 (en) | Integrated microfluidic sperm isolation and insemination device | |
| Zhu et al. | On-demand generation of double emulsions based on interface shearing for controlled ultrasound activation | |
| WO2006127661A2 (en) | Method and system for performing an interfacial reaction in a microfluidic device | |
| CN101590389A (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 | |
| US10464039B2 (en) | Microreactor, chemical product manufacturing system and microreactor manufacturing method | |
| Vinay et al. | Separation of floating oil drops based on drop-liquid substrate interfacial tension | |
| Yang et al. | Emergence of debubblers in microfluidics: A critical review | |
| CN114225977A (zh) | 一种多核多组分微液滴加工系统 | |
| Fiabane et al. | High yielding microbubble production method | |
| CN210206901U (zh) | 一种用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块 | |
| KR101061544B1 (ko) | 3차원 포커싱 유동 유도장치 및 이를 이용한 마이크로 캡슐 제조장치 | |
| CN111359684A (zh) | 一种液滴微流控芯片 | |
| Kim et al. | Mechanical characterization of soft microparticles prepared by droplet microfluidics | |
| Zhang et al. | Microdroplet operations in polymeric microtubes | |
| CN111804353B (zh) | 一种实现微液滴被动融合的装置及其方法 | |
| CN212396766U (zh) | 一种液滴微流控芯片 | |
| Ahn et al. | Production of Uniform Microspheres Using a Simple Microfluidic Device with Silica Capillary |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220325 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |