CN114917970B - 一种微流控装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及微流控技术领域，特别涉及一种微流控装置，包括夹具和微流控芯片；微流控芯片包括微通道分配层和微通道混合层；微通道分配层的侧壁设有第一进液通道、第二进液通道和出液通道；微通道分配层设有第一分配流道和第二分配流道；第一进液通道与第一分配流道连通，第二进液通道与第二分配流道连通；微通道混合层设有混合流道，第一分配流道设有与混合流道连通的多个第一通孔，第二分配流道设有与混合流道连通的多个第二通孔；混合流道的中心设有汇合槽，出液通道设有与汇合槽连通的第三通孔；夹具设有带有观察窗口的容置槽；夹具设有锁紧件，用于将微流控芯片可拆卸锁紧于容置槽内。本申请可以在不影响观测的同时，实现了芯片装拆方便。

Description

一种微流控装置

技术领域

本申请涉及微流控技术领域，特别涉及一种微流控装置。

背景技术

基于微流控技术的微混合/反应器具有微型化、集成化、自动化和便捷的优点，它们可以在微尺度条件下对流体的流动、混合和反应过程的进行调控，从而实现对物料混合/反应过程及产品质量的精准控制。特别是近年来，这类设备因其工艺条件温和、混合效率高、可重复性好等优势在生物医药领域(如疫苗、基因药物等)受到广泛地关注。但是现有的微流控装置为了实现方便观测，需增加了其他辅助结构，导致整个夹具的结构复杂，安装芯片时存在装拆不便的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种微流控装置，用于解决现有技术中存在芯片装拆不便的技术问题。

为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

一种微流控装置，包括夹具和微流控芯片；所述微流控芯片包括微通道分配层和微通道混合层；所述微通道分配层的侧壁设有第一进液通道、第二进液通道和出液通道；所述微通道分配层内设有互不连通的第一分配流道和第二分配流道；所述第一进液通道与所述第一分配流道连通，所述第二进液通道与所述第二分配流道连通；所述微通道混合层的表面设有混合流道，所述第一分配流道设有与所述混合流道连通的多个第一通孔，所述第二分配流道设有与所述混合流道连通的多个第二通孔；所述混合流道的中心设有汇合槽，所述出液通道设有与所述汇合槽连通的第三通孔；所述夹具设有容置槽，所述容置槽的底部设有观察窗口；所述夹具设有锁紧件，用于将所述微流控芯片可拆卸锁紧于所述容置槽内。

优选地，在上述的微流控装置中，所述锁紧件包括固定板和紧固件；所述容置槽的内周壁顶部设有环状槽，所述固定板安装于所述环状槽内，且所述固定板通过紧固件与所述夹具可拆卸连接。

优选地，在上述的微流控装置中，所述固定板的形状呈圆环状或圆片状。

优选地，在上述的微流控装置中，所述夹具和所述固定板均由导热材质制成。

优选地，在上述的微流控装置中，所述夹具的侧壁设有与所述第一进液通道、所述第二进液通道或所述出液通道一一对应的接口组件，且所述接口组件的导管与所述第一进液通道、所述第二进液通道或所述出液通道连接。

优选地，在上述的微流控装置中，所述接口组件包括套设于所述导管上的螺纹件；所述夹具的侧壁设有与所述螺纹件相匹配的螺纹通孔。

优选地，在上述的微流控装置中，所述接口组件包括套设于所述导管上的密封胶塞；所述导管通过所述密封胶塞与所述第一进液通道、所述第二进液通道或所述出液通道密封连接。

优选地，在上述的微流控装置中，所述微通道分配层包括分配层上层和分配层下层；所述第一进液通道、所述第二进液通道和所述出液通道均设置于所述分配层上层的侧壁；所述第一分配流道和所述第二分配流道设置于所述分配层下层的表面。

优选地，在上述的微流控装置中，所述第一进液通道的宽度、所述第二进液通道的宽度和所述出液通道的宽度为1mm～10mm；所述第一分配流道的宽度和所述第二分流流道的宽度为100μm～8mm；所述第一通孔的内径、所述第二通孔的内径和所述第三通孔的内径为100μm～2mm；所述混合流道的宽度为60μm～1000μm。

优选地，在上述的微流控装置中，所述微流控芯片的材料为聚二甲基硅氧烷、环烯烃类共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或玻璃中的任意一种。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

(1)液体由夹具的侧壁进出微流控芯片，不会对实时观测发生在微通道中混合或反应过程产生影响，而且通过锁紧件将微流控芯片可拆卸安装于夹具上，可以在不影响观测的同时，实现了芯片装拆方便。

(2)通过将微流控芯片安装于容置槽内，且容置槽的底部设有观察窗口，满足微流控芯片放置于显微镜下观测的要求；

(3)微流控芯片的第一分配流道和第二分配流道均通过多通道并行的方式与混合流道连通，以便微流控芯片的微通道可以根据不同配方开发或生产的需求进行调整，满足各类型药物制剂混合/反应需求，具有高生产通量的优点，可以满足配方开发或小批量生产的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种微流控装置的装配示意图；

图2为本申请实施例提供的一种微流控装置的装配爆炸图；

图3为本申请实施例提供的一种微流控装置的微流控芯片的立体图；

图4为本申请实施例提供的一种微流控装置的微流控芯片的拆分示意图；

图5为本申请实施例提供的一种微流控装置的夹具的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种微流控装置的接口组件的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种微流控装置的分配层上层的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种微流控装置的分配层下层的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种微流控装置的微通道混合层二维聚焦流型混合流道的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的一种微流控装置的微通道混合层Y型混合流道的结构示意图。

图中：

100、夹具；110、容置槽；120、观察窗口；130、环状槽；140、固定板；150、紧固件；160、螺纹通孔；200、接口组件；210、螺纹件；220、密封胶塞；230、导管；300、微流控芯片；310、分配层上层；320、分配层下层；330、微通道混合层；410、第一进液通道；420、第二进液通道；430、出液通道；440、竖向通道；510、第一分配流道；511、第一通孔；520、第二分配流道；521、第二通孔；530、第三通孔；610、混合流道；611、第一混合孔；612、第二混合孔；620、汇合槽。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

请参阅图1-图10，本申请实施例提供了一种微流控装置，包括夹具100和微流控芯片300；微流控芯片300包括微通道分配层和微通道混合层330；微通道分配层的侧壁设有第一进液通道410、第二进液通道420和出液通道430；微通道分配层内设有互不连通的第一分配流道510和第二分配流道520；第一进液通道410与第一分配流道510连通，第二进液通道420与第二分配流道520连通；微通道混合层330的表面设有混合流道610，第一分配流道510设有与混合流道610连通的多个第一通孔511，第二分配流道520设有与混合流道610连通的多个第二通孔521；混合流道610的中心设有汇合槽620，出液通道430设有与汇合槽620连通的第三通孔530；夹具100设有容置槽110，容置槽110的底部设有观察窗口120；夹具100设有锁紧件，用于将微流控芯片300可拆卸锁紧于容置槽110内。

更具体地说，容置槽110的形状与微流控芯片300的形状相匹配；锁紧件在满足将微通道分配层和微通道混合层330压接贴合的同时，还需满足微流控芯片300与夹具100之间可拆性；当夹具100的形状呈长方体时，第一进液通道410、第二进液通道420和出液通道430优选分别分布于长方体的三个侧面上，且第一进液通道410和第二进液通道420分别位于两个相对侧面上；第一分配流道510和第二分配流道520优选呈环状，且第一分配流道510和第二分配流道520为大小不同的同心环，多个第一通孔511均匀分布于第一分配流道510上，多个第二通孔521均匀分布于第二分配流道520上；混合流道610的各个分支流道汇流于位于微通道混合层330中心处的汇合槽620，汇合槽620开口朝向微通道分配层。

本实施例的有益效果是：(1)液体由夹具100的侧壁进出微流控芯片300，不会对实时观测发生在微通道中混合或反应过程产生影响，而且通过锁紧件将微流控芯片300可拆卸安装于夹具100上，可以在不影响观测的同时，实现了芯片装拆方便。(2)通过将微流控芯片300安装于容置槽110内，且容置槽110的底部设有观察窗口120，满足微流控芯片300放置于显微镜下观测的要求；(3)微流控芯片300的第一分配流道510和第二分配流道520均通过多通道并行的方式与混合流道610连通，以便微流控芯片300的微通道可以根据不同配方开发或生产的需求进行调整，满足各类型药物制剂混合/反应需求，具有高生产通量的优点，可以满足配方开发或小批量生产的需求。

进一步地，在本实施例中，锁紧件包括固定板140和紧固件150；容置槽110的内周壁顶部设有环状槽130，固定板140安装于环状槽130内，且固定板140通过紧固件150与夹具100可拆卸连接。环状槽130提供了固定板140的安装位置，使固定板140不易松动，且固定板140位于微流控芯片300的上方，通过紧固件150将固定板140固定于夹具100上，方便固定板140对位于容置槽110内的微流控芯片300形成压接固定，满足微流控芯片300装拆方便的需求。

更具体地说，紧固件150具体为紧固螺栓、紧固螺丝或其他可将固定板140固定于夹具100上的部件，通过多个紧固件150对固定板140进行固定，有利于防止微流控芯片300移位和掉落。

进一步地，在本实施例中，固定板140的形状呈圆环状或圆片状。当需要对微流控芯片300的内部流道进行观测时，可选择圆环状结构的固定板140，圆环状结构的固定板140的中间可预留显微镜观察的通孔；当需要高温或低温的制备环境时，可选择圆片状结构固定板140，圆片状结构固定板140可以在容置槽110形成相对密闭环境，方便对微流控芯片300进行加热或冷却。

进一步地，在本实施例中，夹具100和固定板140均由导热材质制成。通过采用导热性良好的夹具100和固定板140，便于整个装置适用于各类加热、冷却设备，从而实施反应条件操控，满足生物活性材料特别是必须低温操作材料的生产需求。特别地，当采用圆片状结构的固定板140时，固定板140可以与微流控芯片300的顶部直接接触，有利于通过固定板140对微流控芯片300进行加热或冷却。

更具体地说，夹具100的材质和固定板140的材质具体为导热性良好的金属、合金或陶瓷中的任意一种。

进一步地，在本实施例中，夹具100的侧壁设有与第一进液通道410、第二进液通道420或出液通道430一一对应的接口组件200，且接口组件200的导管230与第一进液通道410、第二进液通道420或出液通道430连接。通过接口组件200的设置可以满足装置与外部设备连接，以便通过外部设备往微流控芯片300内输送液体，进而方便工作人员实时观察分析微通道内的混合/反应过程。

进一步地，在本实施例中，接口组件200包括套设于导管230上的螺纹件210；夹具100的侧壁设有与螺纹件210相匹配的螺纹通孔160。通过螺纹通孔160和螺纹件210的设置在实现对微流控芯片300的内部流道通液的同时，又满足了接口组件200可拆卸安装于夹具100上的需求，且接口组件200的安装和拆卸均通过手拧螺纹件210即可操作，无需借助外部工具，具有便捷和省时的优点。

进一步地，在本实施例中，接口组件200包括套设于导管230上的密封胶塞220；导管230通过密封胶塞220与第一进液通道410、第二进液通道420或出液通道430密封连接。通过密封胶塞220的设置可以在导管230与第一进液通道410、第二进液通道420或出液通道430之间形成密封连通，具有良好的密封性，可承受相对高压的操作环境，同时有利于有效规避外界微生物的污染。

更具体地说，安装时，密封胶塞220的外周壁与螺纹通孔160的内周壁接触相抵，且密封胶塞220靠近微流控芯片300的端面与微通道分配层的外壁贴合相抵形成密封，保证导管230与第一进液通道410、第二进液通道420或出液通道430进行输液时能够密封。

进一步地，在本实施例中，微通道分配层包括分配层上层310和分配层下层320；第一进液通道410、第二进液通道420和出液通道430均设置于分配层上层310的侧壁；第一分配流道510和第二分配流道520设置于分配层下层320的表面。通过将微流控芯片300的微通道分配层划分为可引导进液的分配层上层310以及可对液体相对均匀分配的分配层下层320，可以有效地减少了外周注射泵的使用数量，简化了流体控制过程。

更具体地说，微流控芯片300由分配层上层310、分配层下层320和微通道混合层330依次键合而成，且分配层上层310、分配层下层320和微通道混合层330的各个通孔必须按照附图所示进行对齐；第一进液通道410设有与第一分配流道510连通的竖向通道440，第二进液通道420设有与第二分配流道520连通的竖向通道440；第三通孔530设置于分配层下层320的中心处，出液通道430设有与第三通孔530连通的竖向通道440；作业时，开启注射泵，通过注射泵将第一液体与第二液体调整到相应的流速，第一液体和第二液体分别通过各自的接口组件200的导管230进入微流控芯片300的分配层上层310，再通过各自的进液通道末端的竖向通道440进入分配层下层320；由于竖向通道440直接对应不同液体的分配流道；两种液体进入各自的分配流道，分配流道上也布有流体通孔可引流液体进入微流控混合层中的液体混合单元进行混合。

进一步地，在本实施例中，第一进液通道410的宽度、第二进液通道420的宽度和出液通道430的宽度为1mm～10mm；第一分配流道510的宽度和第二分流流道的宽度为100μm～8mm；第一通孔511的内径、第二通孔521的内径和第三通孔530的内径为100μm～2mm；混合流道610的宽度为60μm～1000μm。根据实际需要选择适宜尺寸范围内的各个流道和通孔可以更好地满足物料混合的需求。

更具体地说，混合流道610上设有与第一通孔511连通的第一混合孔611以及与第二通孔521连通的第二混合孔612；请参阅图9，微通道混合层330可实现流体进行二维聚焦流型混合，每个液体混合单元的二维聚焦流型通道包含主通道、两个第一液体汇入通道以及一个第二液体的汇入通道；第一液体从第一混合孔611沿着两个汇入通道流进主通道，第二液体也从第二混合孔612沿着一个汇入通道流进主通道，在第一液体汇入通道与第二液体汇入通道的连接位置上两股液体交汇，在流体动力学的作用下，两相液体进行混合，并汇入主通道，主通道的末端通过汇合槽620与分配层下层320的第三通孔530相连接；混合后的液体最终从分配层上层310的出液通道430排出收集；请参阅图10，微通道混合层330可实现流体进行Y型混合，每个液体混合单元包括包括了主通道、第一液体汇入通道以及第二液体汇入通道，第一液体汇入通道和第二液体汇入通道呈Y型相互汇合于主通道内，通过并行了十二组液体混合单元，可以满足高通量的生产。

进一步地，在本实施例中，微流控芯片300的材料为聚二甲基硅氧烷PDMS、环烯烃类共聚物COC、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚苯乙烯PS或玻璃中的任意一种。微流控芯片300通过采用良好透光性能的材料制成，便于对微液滴的生成过程进行监测与记录。

本实施例的工作流程：(1)将微流控芯片300放置于夹具100的容置槽110内，固定板140放置于环状槽130内，并通过紧固件150将固定板140锁固于夹具100上，使得微流控芯片300固定安装于容置槽110内；(2)流体通过接口组件200的导管230沿着第一进液通道410和/或第二进液通道420进入微流控装置，产物沿着出液通道430并通过接口组件200的导管230流出微流控装置；(3)根据需要可将本装置放于显微镜下进行实时观察或放置于加热台或冷却台上进行温度调控。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种微流控装置，其特征在于，包括夹具和微流控芯片；

所述微流控芯片包括微通道分配层和微通道混合层；

所述微通道分配层的侧壁设有第一进液通道、第二进液通道和出液通道；

所述微通道分配层内设有互不连通的第一分配流道和第二分配流道；

所述第一进液通道与所述第一分配流道连通，所述第二进液通道与所述第二分配流道连通；

所述微通道混合层的表面设有混合流道，所述第一分配流道设有与所述混合流道连通的多个第一通孔，所述第二分配流道设有与所述混合流道连通的多个第二通孔；

所述混合流道的中心设有汇合槽，所述出液通道设有与所述汇合槽连通的第三通孔；

所述夹具设有容置槽，所述容置槽的底部设有观察窗口；

所述夹具设有锁紧件，用于将所述微流控芯片可拆卸锁紧于所述容置槽内；

所述微通道分配层包括分配层上层和分配层下层；

所述第一进液通道、所述第二进液通道和所述出液通道均设置于所述分配层上层的侧壁；

所述第一分配流道和所述第二分配流道设置于所述分配层下层的表面；

所述第一分配流道和所述第二分配流道呈环状，且所述第一分配流道和所述第二分配流道为大小不同的同心环，多个所述第一通孔均匀分布于所述第一分配流道上，多个所述第二通孔均匀分布于所述第二分配流道上；

所述混合流道的各个分支流道汇流于位于所述微通道混合层中心处的所述汇合槽，所述汇合槽开口朝向所述微通道分配层；

所述混合流道上设有与第一通孔连通的第一混合孔以及与第二通孔连通的第二混合孔；所述微通道混合层可实现流体进行二维聚焦流型混合，每个液体混合单元的二维聚焦流型通道包含主通道、两个第一液体汇入通道以及一个第二液体的汇入通道；第一液体从第一混合孔沿着两个汇入通道流进主通道，第二液体也从第二混合孔沿着一个汇入通道流进主通道，在第一液体汇入通道与第二液体汇入通道的连接位置上两股液体交汇，在流体动力学的作用下，两相液体进行混合，并汇入主通道，主通道的末端通过汇合槽与分配层下层的第三通孔相连接；混合后的液体最终从分配层上层的出液通道排出收集；所述微通道混合层可实现流体进行Y型混合，每个液体混合单元包括主通道、第一液体汇入通道以及第二液体汇入通道，第一液体汇入通道和第二液体汇入通道呈Y型相互汇合于主通道内。

2.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述锁紧件包括固定板和紧固件；

所述容置槽的内周壁顶部设有环状槽，所述固定板安装于所述环状槽内，且所述固定板通过紧固件与所述夹具可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的微流控装置，其特征在于，所述固定板的形状呈圆环状或圆片状。

4.根据权利要求2所述的微流控装置，其特征在于，所述夹具和所述固定板均由导热材质制成。

5.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述夹具的侧壁设有与所述第一进液通道、所述第二进液通道或所述出液通道一一对应的接口组件，且所述接口组件的导管与所述第一进液通道、所述第二进液通道或所述出液通道连接。

6.根据权利要求5所述的微流控装置，其特征在于，所述接口组件包括套设于所述导管上的螺纹件；

所述夹具的侧壁设有与所述螺纹件相匹配的螺纹通孔。

7.根据权利要求6所述的微流控装置，其特征在于，所述接口组件包括套设于所述导管上的密封胶塞；

所述导管通过所述密封胶塞与所述第一进液通道、所述第二进液通道或所述出液通道密封连接。

8.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述第一进液通道的宽度、所述第二进液通道的宽度和所述出液通道的宽度为1mm~10mm；

所述第一分配流道的宽度和所述第二分配流道的宽度为100μm~8mm；

所述第一通孔的内径、所述第二通孔的内径和所述第三通孔的内径为100μm~2mm；

所述混合流道的宽度为60μm~1000μm。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的微流控装置，其特征在于，所述微流控芯片的材料为聚二甲基硅氧烷、环烯烃类共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或玻璃中的任意一种。

Images