CN201371054Y - 多功能微流体机械系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能微流体机械系统，包括主通道以及与所述主通道侧壁相连通的多个支路通道，主通道通过弯曲反应通道与收集槽相连通，在收集槽前端的弯曲反应通道上开设有由单向泵控制的抽取口和缓冲液注入口。在流动腔微通道内注入离散相与连续相，在两相接触处实现微米级乳液液滴大小的精确控制，在后续通道对离散液滴进行成膜控制，如离散液滴是多种物质的混合物，可以观察液滴内部物理变化或化学反应；用于酶联免疫反应，制备分子探针器；还可对离散液滴进行部分或者整体进行固化；离散相可是液体、固体溶液或固体微颗粒和气体。该微流体机械系统可应用于科学研究和医药工业，食品工业和化妆品工业等领域，应用范围非常广泛。

Description

多功能微流体机械系统

技术领域

本实用新型涉及工业生产和科学研究所用微米级和纳米级产品的制造装置，尤其是涉及一种生产微型乳液、固体凝胶颗粒、胶囊等的多功能微流体机械系统。

背景技术

微米级和纳米级的微型乳液、固体凝胶颗粒、胶囊等已经广泛应用于科学研究、医药工业、食品工业和化妆品工业等领域。对于乳液的制造，一般有以下几种方法：1、高速剪切分离法：在一个大型的容器中按照一定比例倾倒作为连续相的溶液和作为分离相的溶液，混合后插入高速搅拌器，利用高速旋转的螺旋刀锋产生剪切应力场，把离散相溶液分离成一个一个的液滴。一般来说，需要的液滴越小，比如直径微米级的液滴，需要的剪切场就越强，刀锋的旋转速度就越快。该种方法在实践中会存在如下缺陷：一是生产的乳液是随机生产，其液滴大小不可控制，乳液性质不均匀；二是如果在流体中高速旋转刀锋，尤其是高粘度流体，需要大量的电能和稳固的分离系统，否则在刀锋旋转时，高粘度流体的反作用力就会损坏刀锋，甚至损坏整个分离设备。2、容器上下颠倒分离法：将离散相溶液和连续相溶液同时倾倒入一个大型容器，然后进行高频的上下颠倒振动来把离散相分离进入连续相中。该方法由于在生产过程中对乳液液滴的形成不可控制，液滴直径分散较大，性质不均一；同时该设备需要高频震荡，生产过程中容易发生生产事故，危及人身安全。由于上述的传统制造方式比较粗放，难以对乳液液滴大小进行精确控制，尤其是在微米级及纳米级尺度上，均无法做到真正意义上的均质乳液。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种使用简便、控制性强、重复性好、样品需求量少且检测速度快的多功能微流体机械系统。

为实现上述目的，本实用新型可采取下述技术方案：

本实用新型所述的多功能微流体机械系统，包括主通道以及与所述主通道侧壁相连通的多个支路通道，所述主通道通过弯曲反应通道与收集槽相连通，在所述收集槽前端的弯曲反应通道上开设有由单向泵控制的抽取口。本实用新型将整个工作过程分为四个阶段：第一阶段通过从主通道中注入一种或若干种固相、液相和/或气相，在分支通道中注入与上述相不相容的另一种(或若干种)固相、液相和/或气相，根据需要使之具有分散或聚合两种作用，分散所用时，可以把连续的多相流形成离散性的气泡、液滴或分散的固体颗粒；聚合作用时，可以形成两相或多相层流；第二阶段通过弯曲反应通道实现多相流互相渗透扩散、离散相成膜、离散相固化；第三阶段通过弯曲反应通道尾端开设的抽取口，去除反应试剂，中止物理变化或化学反应，保持产物的稳态；第四阶段通过收集槽将产品进行收集，可进行产品观测，进行产品的表面活性剂效果检测。整套装置可使用生物相容性材料制造，如PDMS、硅片等，使用消毒措施进行消毒后，可进行活体组织工程试验和生产。

所述靠近抽取口处的弯曲反应通道上开设有注入口。通过注入口可注入缓冲液，实现稀释残留化学反应液，稳定pH值。

在所述第一个支路通道后的主通道上设置有通道扩充段；通过增大压差，有助于离散相的形成。

所述主通道和支路通道的进口处设置有微流体控制器。微流体控制器可以用微流体泵或其他的流体控制设备控制通道中流体的流量。

本实用新型的优点在于利用该系统在流动腔微通道内注入离散相与连续相，在两相接触处实现微米级乳液液滴大小的精确控制，在后续通道可以对离散液滴进行成膜控制，包括成膜时间、成膜速度和厚度等，实现缓释效果；如果离散液滴是多种物质的混合物，也可以观察液滴内部物理变化或者化学反应，包括扩散速度、混合时间、反应现象等；也可以用于酶联免疫反应(ELISA)，制备分子探针器检测DNA、cDNA、RNA、基因和各种蛋自质等；还可以对离散液滴进行部分或者整体固化，制作固体颗粒，细胞支架或者胶囊化药物、蛋白质等。离散相可以是液体、固体溶液或固体微颗粒和气体，在系统的收集槽中可以根据乳液的融合时间检测表面活性剂的效果。该微流体机械系统可应用于科学研究和医药工业，食品工业和化妆品工业等领域，应用范围非常广泛。根据需要，流动腔内还可以产生两相或者多相层流，在层流内部观测层流流体流动情况，并可借助micro-PIV技术观测整个流层内部和层流之间的流场。在两相或多相层流交界处，可以观测各层层流混合状况，化学反应速度，可以制备分子探针进行基因的检测。同时也可加入抗体和二抗，进行蛋白质的检测和研究。由于试验是在微米尺度研究，所需样品量少，可以实现高通量研究；有利于高效发现致病基因和蛋白；工作时所需能源少，甚至有时利用毛细作用和表面张力不需要外加能源，试验条件容易控制，无危险性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如图所示，本实用新型所述的多功能微流体机械系统，包括主通道1以及与主通道1侧壁相连通的多个支路通道2，如果支路通道2成对连通在主通道1上，则形成Y型交叉点，如果支路通道2单支连通在主通道1上，则形成T型交叉点，在Y型或T型交叉点处，各支路通道2与主通道1间的交叉角度可以取从0度至180度之间的任何值；主通道1通过弯曲反应通道3与收集槽4相连通，弯曲反应通道的曲率半径和长度均可以调整，这样可以控制离散相内各物质的物理和化学特性，控制层流的流动特性和扩散特性等；在收集槽4前端的弯曲反应通道3上开设有由单向泵5控制的抽取口6，可以去除其中的反应试剂，中止物理变化或化学反应，保持产物的稳态，选择由单向泵5控制抽取口6，可以实现只能从弯曲反应通道3内抽取化学反应溶液，不能向弯曲反应通道3内注入化学反应溶液；在靠近抽取口6处的弯曲反应通道3上开设有注入口7，可向其内注入缓冲液，实现稀释残留化学反应液，稳定pH值；在第一个支路通道2后的主通道1上还可以设置通道扩充段8，通过增大压差，有助于离散相的形成；主通道1和支路通道2的进口处采用微流体泵来控制向通道中注入流体的流量，可达到准确计量之目的。

Claims (4)

1、一种多功能微流体机械系统，其特征在于：该装置包括主通道(1)以及与所述主通道(1)侧壁相连通的多个支路通道(2)，所述主通道(1)通过弯曲反应通道(3)与收集槽(4)相连通，在所述收集槽(4)前端的弯曲反应通道(3)上开设有由单向泵(5)控制的抽取口(6)。

2、根据权利要求1所述的多功能微流体机械系统，其特征在于：所述靠近抽取口(6)处的弯曲反应通道(3)上开设有注入口(7)。

3、根据权利要求1所述的多功能微流体机械系统，其特征在于：在所述第一个支路通道(2)后的主通道(1)上设置有通道扩充段(8)。

4、根据权利要求1所述的多功能微流体机械系统，其特征在于：所述主通道(1)和支路通道(2)的进口处设置有微流体控制器。