CN210656876U - 微流控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微流控装置，包括设有出口端和入口端的第一管道、若干组从所述第一管道的出口端汇入的第二管道，以及连通所述出口端的反应管道，所述第一管道的高度低于所述第二管道的高度，所述第二管道的高度低于或等于所述反应管道的高度。本实用新型微流控装置能够提高包埋率且能够避免核心层微生物及组织细胞损伤。

Description

微流控装置

【技术领域】

本实用新型涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控装置。

【背景技术】

微囊化技术是将微量物质或细胞组织包裹在聚合物薄膜中，因其在保护生物活性分子，以及提高组织和细胞对物理和化学环境所造成的胁迫耐受性方面具有的良好效果，被广泛应用于食品、药品、组织工程等领域。微流控装置是生产微囊的主要装置。

现有技术中，微囊生产方法目前多采用乳化、喷雾、空气剪切或传统的平面微流体产生。在包埋过程中，由于紫外线，温度，化学，物理等因素的存在，往往对核心层的微生物及组织细胞产生有害的影响，而上述方法由于存在包埋率低、难以有效避免核心层微生物及组织细胞损伤的缺陷。例如，喷雾法在用于包被细胞时，核心层微生物及组织细胞容易粘附微囊表面，使得包埋率低，不仅容易产生物理性损伤，而且大大降低了其生物性活性。乳化凝胶化法则难以控制微囊的直径，容易出现囊体大小不均一、微囊聚团的现象，加上需要进行多次的涂层和液化步骤，也会对核心层的微生物及组织细胞产生有害的影响。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种能够提高包埋率且能够避免核心层微生物及组织细胞损伤的微流控装置。

为实现该目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种微流控装置，包括设有出口端和入口端的第一管道、若干组从所述第一管道的出口端汇入的第二管道，以及连通所述出口端的反应管道，所述第一管道的高度低于所述第二管道的高度，所述第二管道的高度低于或等于所述反应管道的高度。

优选地，所述第一管道的中轴线、所述第二管道的中轴线以及反应管道的中轴线在同一水平面上。

优选地，每组所述第二管道包含至少一条从所述出口端的一侧汇入的子管道。

优选地，每组所述第二管道包含两条从所述出口端两侧汇入的子管道。

优选地，两条所述子管道以所述第一管道的中轴线为对称轴对称布设。

优选地，两条所述子管道分别设有进样口，或者，两条所述子管道共享一个进样口。

优选地，共享一个进样口的两条所述子管道长度和高度相同。

优选地，不属于同一组的所述第二管道布设在同一水平面，或者布设在不同的水平面。

优选地，若干组所述第二管道的高度沿所述第一管道入口端至出口端的方向依次递增。

优选地，所述反应管道的延伸长度为所述第一管道延伸长度的10倍以上。

优选地，所述反应管道呈折弯形状。

优选地，所述反应管道远离所述第一管道的一端连接有出样口。

与现有技术相比，本实用新型具备如下优点：

1.本实用新型的微流控装置中，第一管道的高度低于所述第二管道的高度，第一管道可作为核心层微生物及组织细胞的输送管道，第二管道可作为包被层物质的输送管道，形成了三维的管道结构，并且在第一管道与第二管道的接口处形成层层包裹，不仅使得核心层微生物及组织细胞能够较大程度上被包被层物质完全所包被，从而被限制在微囊的内部，以减小核心层微生物及组织细胞与油的接触，从而有效提高核心层微生物及组织细胞活性，而且保证了微囊良好的球型度和均一的粒度。

2.本实用新型的微流控装置中，通过设置至少一条从所述出口端的一侧汇入的子管道，可以根据微囊所需的包被层数量、成分等实现不同的微囊结构需求。特别地，通过以所述第一管道的中轴线为对称轴对称布设两条或两条以上的子管道，可以有效实现核心层微生物及组织细胞的全方位包被。

3.本实用新型的微流控装置中，若干组所述第二管道的高度沿所述第一管道入口端至出口端的方向依次递增，有利于实现微囊每一层组分液的充分包被。

4.本实用新型的微流控装置中，所述反应管道的长度为所述第一管道延伸长度的10倍以上，有利于为微囊提供充分的反应时间。反应管道呈折弯形状，有利于充分利用微流控装置有限的空间对反应管道进行布设，从而节约空间，也保证为微囊提供充分的反应时间。

【附图说明】

图1为本实用新型一种微流控装置的一个典型实施例的结构示意图；

图2为图1中A部位的局部放大图。

【具体实施方式】

下面结合附图和示例性实施例对本实用新型作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本实用新型的特征是不必要的，则将其省略。

本实用新型提供一种微流控装置，其通过环氧树脂SU-8模具技术加工形成的两个相同的PDMS芯片键合而成，分为上层芯片和下层芯片。所述上层芯片和下层芯片上浇筑设有若干用以供微囊各层成分液通过的管道。具体地，参见图1，微流控装置包括设有出口端11和入口端12的第一管道1、若干组从所述第一管道1的出口端11汇入的第二管道2，以及连通所述出口端11的反应管道3，所述第一管道1的高度低于所述第二管道2的高度，所述第二管道2的高度低于或等于所述反应管道3的高度。所述第一管道1的中轴线、所述第二管道2的中轴线以及反应管道3的中轴线在同一水平面上。

所述第一管道1设于第一管道1和第二管道2所组成的管道区域的中间位置，以作为微囊的核心液组分管道，优选地，每组所述第二管道2包含至少一条从所述出口端11的一侧汇入的子管道21，以依次作为微囊的包被组分液管道，比如壳体液管道、油乳液通道等。当设有若干组所述第二管道2时，每组第二管道2的所述子管道21分别沿所述第一管道1的延伸方向依次汇入，以实现不同层包被液组分管道的排布。

为了实现每层包被液组分对核心液组分的充分包裹，每组所述第二管道2包含两条从所述出口端11两侧汇入的子管道21，优选地，两条所述子管道21以所述第一管道1的中轴线为对称轴对称布设。在本实用新型实施例中，两条所述子管道21分别设有进样口4以实现每层包被液组分的独立注入，或者，两条所述子管道21共享一个进样口4，以实现每层包被液组分的同时注入。其中，共享一个进样口4的两条所述子管道21长度和高度相同，以保证每层包被液组分的同时注入，从而保证微囊每一层都被充分包裹，以具有良好的球型度以及均一粒度。在本实用新型的一个实施例中，若干组所述第二管道2均包含两条共享同一个进样口4的子管道21，每组所述第二管道2的两条所述子管道21分别设于所述第一管道1的两侧，两条所述子管道21通过所述进样口4相互连通。当布设有多组第二管道2时，若干组所述第二管道2以所述第一管道1的中轴线为中心，围绕所述第一管道1的外侧逐层布设形成若干组子管道21。若干组所述第二管道2对应的进样口4沿所述第一管道1的延伸方向依次排列，以便于进样。在本实用新型的另一个实施例中，同属于一组第二管道2的两条子管道21分别布设于所述第一管道1的两侧，且两条所述子管道21通过独立连接进样口4以实现每层包被液组分的注入，每侧的所述子管道21与所述第一管道1之间互成30°-90°的夹角，并且相邻所述第二管道2的子管道21之间相互平行，每个所述子管道所连接的进样口4沿与所述第一管道1的延伸方向相平行的直线依次排布。

特别地，结合图2，所述第二管道2汇入于所述第一管道1的一端设有汇入端22，所述汇入端22的宽度小于或等于所述第二管道2的宽度，所述宽度也即管道厚度，所述汇入端22通过宽度逐渐变宽的过渡段(图中未标出)与所述第二管道2连接。所述汇入端22所在的平面与所述第一管道1的延伸方向相垂直，每组所述第二管道2中，以所述第一管道1的中轴线为对称轴对称布设的所述子管道21的汇入端22正相对，优选地，同属于一组第二管道2的两条子管道21共享同一个汇入端22。所述第二管道2通过设置汇入端22，能够保证包被液组分从垂直于所述微囊的方向作用于经核心液包被的微囊，实现包被液组分与微囊之间的接触面积最大化，从而较大程度上包被经核心液包被的微囊，以避免在后续的包被过程中核心层微生物及组织细胞与油的接触，从而有效提高核心层微生物及组织细胞活性。

进一步地，不属于同一组的所述第二管道2布设在同一水平面，或者布设在不同的水平面。当第二管道2设有多组时，在同一水平面布设可能占据过多的空间，因此所述第二管道2也可以围绕所述第一管道1进行立体布设，从而节约微流控装置内部的空间。

第一管道为了实现微囊每一层组分液的充分包被，若干组所述第二管道2的高度沿所述第一管道1入口端至出口端的方向依次递增，也即，靠近所述第一管道1一侧的第二管道2高度低于靠近所述反应管道3一侧的第二管道2高度。由于所述第一管道1与第二管道2的高度不同，形成了三维的管道结构，并且在第一管道1与第二管道2的接口处形成层层包裹，不仅使得核心层微生物及组织细胞能够较大程度上被包被层物质完全所包被，从而被限制在微囊的内部，以减小核心层微生物及组织细胞与油的接触，从而有效提高核心层微生物及组织细胞活性，而且保证了微囊良好的球型度和均一的粒度。

若干组所述第二管道2与第一管道1的相交处彼此贴近，以形成汇聚式管道接口。具体地，若干组所述第二管道2沿所述第一管道1的延伸方向头尾相接依次排列，所述第一管道1、所述第二管道2与所述反应管道3的相交处形成呈放射状的管道汇合处。或者，若干组所述第二管道2与第一管道1的相交处之间的距离不超过400μm。所述第二管道2与第一管道1的相交处相互靠近，配合一定的流速能够实现微囊的高效包裹。

进一步地，所述反应管道3的延伸长度为所述第一管道1延伸长度的10倍以上，有利于为微囊提供充分的反应时间。所述反应管道3呈折弯形状，优选地，所述反应管道3沿所述第一管道1的延伸方向连续折弯，且每个折弯处均为90°折弯，以增加单位面积内的管道长度，同时保证微囊顺利通过反应管道3。在所述反应管道3的末端连接设有出样口5，优选地，所述出样口5设于所述微流控装置中，与所述第一管道1的中轴线相重合的中心线上。所述反应管道3呈折弯形状，有利于充分利用微流控装置有限的空间对反应管道3进行布设，从而节约空间，也保证为微囊提供充分的反应时间。在所述反应管道3远离所述第一管道1的一端连接有出样口5，能够供完成反应的微囊排出。在本实用新型的一个实施例中，所述反应管道3的总长度为150-250mm。

本实用新型微流控装置用于生产微囊的步骤如下：

制备用于形成微囊的核心液和包被液；

将所述核心液注入所述微流控装置的第一管道1中，将所述包被液根据包被层级分别注入对应的所述微流控装置的第二管道2中；

设定流速以使所述核心液和包被液在所述反应管道3混合成微囊前液，并使所述微囊前液进入所述反应管道3进行交联反应；

在所述反应管道3的出样口5收集所述微囊前液的液滴，该液滴即为微囊。

所述核心液和包被液通过注射泵分别注入所述微流控装置。

其中，所述核心液包含微生物、细胞因子、细胞中的至少一种与海藻酸钠溶液的混合溶液，或所述核心液包含微生物、细胞因子、细胞中的至少一种与羧甲基纤维素钠的混合溶液；所述包被液包含壳体液和油乳液，所述壳体液包含海藻酸钠溶液，所述油乳液包含矿物油与氯化钙的混合乳化溶液。

所述微流控装置的第二管道2包括用于输送所述壳体液的第一子管道211和输送所述油乳液的第二子管道212，所述第一子管道211的高度小于所述第二子管道212的高度。

具体地，所述第一子管道211的高度为200-400μm，宽度为30-100μm；所述第二子管道212的高度为250-500μm，宽度为100-300μm。

所述第一管道1的高度为80-200μm，宽度为80-180μm。

所述第一管道1中的流速为50-150ul/h，所述第一子管道211中的流速为50-150ul/h，所述第二子管道212中的流速为2-10ml/h。

所述反应管道3的高度/宽度为200-500μm。

本实用新型微流控装置生产的微囊中，核心液采用含有或不含细胞的1％(w/v)羧甲基纤维素溶于0.25M甘露醇溶液；壳体液采用2％(w/v)海藻酸钠溶于0.25M甘露醇溶液；油乳液采用体积比为3:1的细胞培养级矿物油与0.7g/ml氯化钙水的混合溶液，按体积百分比1％加入Span80，经超声乳化，90℃旋转蒸发后去除水分的溶液。在第一管道1的进样口4外接注射泵注入核心液，在第一子管道211的进样口4外接注射泵注入壳体液，在第二子管道212的进样口4外接注射泵注入油乳液，第一管道1的流速设为75ul/h，第一子管道211的流速设为75ul/h，第二子管道212的流速设为7ml/h，在流速的驱使下依次包裹核心液、壳体液和油乳液以混合成微囊前液，并在流速的驱使下所述微囊前液进入所述反应管道3进行交联反应，在所述反应管道3的出样口5收集所述微囊前液的液滴，该液滴即为微囊。

本实用新型微流控装置的制备方法包括如下步骤：

制备包括上层芯片和下层芯片的模具，在所述上层芯片和下层芯片上浇筑包含所述第一管道1、第二管道2、进样口4和出样口5的微流控系统；

待所述模具内部的浇筑物质固化后脱模，将所述上层芯片和下层芯片键合，得到包含微流控系统的微流控装置。

所述进样口4连接设于所述上层芯片的注射口，以便于注射操作；所述出样口5设于所述上层芯片与下层芯片之间，能够轻易收集完成反应的微囊。

优选地，第二管道2包括以所述第一管道1的中轴线为对称轴，分别布设于所述上层芯片和下层芯片的两条子管道21。当第二管道2设有多组时，多组所述第二管道2分别围绕所述第一管道1进行立体布设，能够有效节约微流控装置内部的空间。

本实用新型的微流控装置具有三维管道结构，并且结构紧凑合理，能够高效生产出满足临床、组织工程、食品、医药等领域要求的微囊化产品，具有广泛的实用性。

虽然上面已经示出了本实用新型的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本实用新型的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种微流控装置，其特征在于：包括设有出口端和入口端的第一管道、若干组从所述第一管道的出口端汇入的第二管道，以及连通所述出口端的反应管道，所述第一管道的高度低于所述第二管道的高度，所述第二管道的高度低于或等于所述反应管道的高度。

2.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述第一管道的中轴线、所述第二管道的中轴线以及反应管道的中轴线在同一水平面上。

3.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，每组所述第二管道包含至少一条从所述出口端的一侧汇入的子管道。

4.根据权利要求3所述的微流控装置，其特征在于，每组所述第二管道包含两条从所述出口端两侧汇入的子管道。

5.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，两条所述子管道以所述第一管道的中轴线为对称轴对称布设。

6.根据权利要求4所述的微流控装置，其特征在于，两条所述子管道分别设有进样口，或者，两条所述子管道共享一个进样口。

7.根据权利要求6所述的微流控装置，其特征在于，共享一个进样口的两条所述子管道长度和高度相同。

8.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，不属于同一组的所述第二管道布设在同一水平面，或者布设在不同的水平面。

9.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，若干组所述第二管道的高度沿所述第一管道入口端至出口端的方向依次递增。

10.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述反应管道的延伸长度为所述第一管道延伸长度的10倍以上。

11.根据权利要求10所述的微流控装置，其特征在于，所述反应管道呈折弯形状。

12.根据权利要求1所述的微流控装置，其特征在于，所述反应管道远离所述第一管道的一端连接有出样口。

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