RU2831919C1 - Устройство для осуществления синтеза и измерения размеров наночастиц в микрофлюидных системах - Google Patents
Устройство для осуществления синтеза и измерения размеров наночастиц в микрофлюидных системах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2831919C1 RU2831919C1 RU2023136067A RU2023136067A RU2831919C1 RU 2831919 C1 RU2831919 C1 RU 2831919C1 RU 2023136067 A RU2023136067 A RU 2023136067A RU 2023136067 A RU2023136067 A RU 2023136067A RU 2831919 C1 RU2831919 C1 RU 2831919C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- mixing
- synthesis
- reagents
- nanoparticles
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 4
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области микрофлюидных систем и, в частности, к микрофлюидным ячейкам для осуществления синтеза наночастиц и диагностики в ходе химической реакции методом динамического рассеяния света. Устройство содержит подложку, три входных отверстия для подачи трех реагентов для синтеза, выходное отверстие для извлечения потока реагентов, канал для перемешивания реакционной смеси, который соединен упомянутыми входными отверстиями в одной точке и соединен с упомянутым выходным отверстием, и дополнительный канал для отбора малых объемов из канала для перемешивания реакционной смеси, при этом указанный канал для смешивания выполнен в виде меандра. При этом дополнительный канал для отбора малых объемов выполнен с окном для проведения измерений методом динамического рассеяния света в верхней его части, причем внутри указанного дополнительного канала под указанным окном выполнен выступ. Технический результат - повышение эффективности протекания химической реакции, снижением количества используемых реагентов, увеличение скорости протекания реакции, уменьшение времени анализа протекания реакции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области микрофлюидных систем и, в частности, к микрофлюидным ячейкам для осуществления синтеза наночастиц и диагностики в ходе химической реакции методом динамического рассеяния света.
Известно, что микрофлюидной ячейкой называется компактный химический реактор, адаптированнный конструктивно для измерения различных физико-химических параметров, в том числе при создании определённых условий (температуры, давления, магнитного поля и т.д.
Из уровня техники известны микрофлюидные (МФ) ячейки, которые позволяют проводить измерения размеров коллоидный микро- и наноразмерных частиц. В частности, в работе [10.1016/j.optlastec.2022.107891] представлен микрофлюидный чип, позволяющий проводить измерения данных динамического рассеяния света (ДРС). В данном устройстве реализовано измерения рассеяния свет под двумя углами (30° и 45°), что позволяет получить более точную информацию о гидродинамическом размере частиц. При этом объем исследуемого образца составляет величину порядка 50 мкл.
Тем не менее, в данном устройстве не предусмотрена встроенная система для синтеза наночастиц, возможность измерять данные в ходе синтеза и уменьшенные объём образца для измерения данных ДРС.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков и создания микрофлюидного устройства для синтеза наночастиц и измерения их гидродинамического размера методом динамического рассеяния света непосредственно в ходе синтеза.
Технический результат настоящего изобретения заключается в сокращении времени задержки между синтезом и измерение размеров наночастиц, расширении диапазона концентраций для измерений, снижением количества используемых реагентов, создании одинаковых контролируемых условий для проведения реакции и измерения методом динамического рассеяния света, возможности осуществления двух режимов для измерений - статическом и проточном.
Технический результат достигается применением устройства для осуществления синтеза наночастиц согласно настоящему изобретению. Устройство содержит подложку, три входных отверстия для подачи трех реагентов для синтеза, выходное отверстие для извлечения потока реагентов, канал для перемешивания реакционной смеси, который соединен упомянутыми входными отверстиями в одной точке и соединен с упомянутым выходным отверстием, и дополнительный канал для отбора малых объемов из канала для перемешивания реакционной смеси, при этом указанный канал для смешивания выполнен в виде меандра, а дополнительный канал для отбора малых объемов выполнен с окном для проведения измерений методом динамического рассеяния света в верхней его части, причем внутри указанного дополнительного канала под указанным окном выполнен выступ.
Дополнительной особенностью является то, что подложка выполнена по технологии 3D-печати DLP на основе фотополимерной смолы.
Дополнительной особенностью является то, что дополнительный канал для отбора малых объемов из канала для перемешивания реакционной смеси соединен с дополнительным выходным отверстием.
Фиг. 1 (а, б, в, г) показывает Устройство для осуществления синтеза наночастиц и диагностики методом динамического рассеяния света.
Метод динамического рассеяния света основан на измерении рассеяния сигнала от коллоидного раствора. Наночастицы в коллоидном растворе находятся в непрерывном движении, и чем больше размер наночастиц, тем медленнее они движутся. Если измерить интенсивность рассеянного сигнала как функцию времени, и проанализировать математически эту зависимость, то можно определить размер наночастиц в растворе.
Устройство для осуществления синтеза наночастиц (ячейка) включает в себя подложку, смеситель на три канала 1а, 1б, 1в с соответствующими входными отверстиями, точку смешивания, канал 3 для перемешивания реакционной смеси, выполненный в виде меандра, специальный канал 5 для отбора малых (микролитровых) объемов из основного потока реакционной смеси для проведения измерений методом динамического рассеяния света в области 4 и выходное отверстие 6 для извлечения потока реагентов.
Снижение количества используемых реагентов для синтеза и измерений достигается за счёт выполнения диаметра всех подводящих каналов и глубины канала под зондом менее 0.5 мм.
Разработанная ячейка изготовлена методом быстрого прототипирования по технологии 3D-печати DLP на основе фотополимерной смолы.
Создание одинаковых контролируемых условий для проведения реакции и измерения методом динамического рассеяния света достигается за счёт размещения всех элементов для смешивания, синтеза, измерения на одном микрофлюидном чипе (ячейке).
Шприцевые насосы через входные отверстия 1а, 1б, 1в подают три потока реагента для синтеза со скоростью потоков 1…10 мкл/с. Три потока реагентов соединяются в точке 2. Внутри чипа жидкости протекают по каналу формы меандра. После меандра жидкость протекает на выходное отверстие 6. Параллельно осуществляют отбор проб для измерения методом динамического рассеяния света в ячейке 4. Отбор осуществляется шприцевым насосом через порт 5.
Возможность осуществления двух режимов для измерений (статический и проточный) достигается за счёт наличия дополнительного выходного отверстия 5, через которое осуществляется непрерывный забор реагентов (проточный режим) или дискретные циклы отбора и последующего измерения в статическом режиме.
На фиг. 1г показана увеличенная область для измерения спектров динамического рассеяния лазерного излучения 9. Стоит отметить, что объем измеряемо образца составляет всего 200 нанолитров. Образец в жидкой фазе 7 поступает на вход. Измерение происходит в центральной области, имеющей выступ внутри дополнительного канала для осуществления лучшего контакта жидкости с зондом 8, которое происходит через отверстие для проведения измерений методом динамического рассеяния света, выполненное в верхней части указанного дополнительного канала.
Сокращении времени задержки между синтезом и измерением размеров наночастиц достигается за счёт размещения узла диагностики 4 на расстоянии не более 2 см после меандрового канала, где осуществляется синтез наночастиц. Время задержки до измерения определяется скоростью подачи реагентов шприцевыми насосами, диаметром и длиной участка канала между меандром 3 и узлом диагностики 4.
Расширение диапазона концентраций наночастиц для измерений методом динамического рассеяния света достигается за счёт адаптации узла диагностики 4 для размещения оптоволоконного зонда в геометрии обратного рассеяния (угол между падающим излучение на образец и рассеянным излучение составляет более 175 градусов).
Устройство согласно настоящему изобретению позволяет проводить диагностику методом динамического рассеяния света (DLS) сверхмалых объемов химикатов непосредственно из проточного канала. Устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает быструю замену проб, контролируемую скорость потока и чрезвычайно малые объемы проб.
Claims (3)
1. Устройство для осуществления синтеза и измерения размеров наночастиц в микрофлюидных системах, содержащее подложку, три входных отверстия для подачи трех реагентов для синтеза, выходное отверстие для извлечения потока реагентов, канал для перемешивания реакционной смеси, который соединен упомянутыми входными отверстиями в одной точке и соединен с упомянутым выходным отверстием, и дополнительный канал для отбора малых объемов из канала для перемешивания реакционной смеси, при этом указанный канал для смешивания выполнен в виде меандра, а дополнительный канал для отбора малых объемов выполнен с окном для проведения измерений методом динамического рассеяния света в верхней его части, причем внутри указанного дополнительного канала под указанным окном выполнен выступ.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложка выполнена по технологии 3D-печати DLP на основе фотополимерной смолы.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительный канал для отбора малых объемов из канала для перемешивания реакционной смеси соединен с дополнительным выходным отверстием.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2831919C1 true RU2831919C1 (ru) | 2024-12-16 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2396642A1 (fr) * | 2009-02-12 | 2011-12-21 | Centre National De La Recherche Scientifique CNRS | Systeme et equipement de detection optique de particules a eventail de decouplage de l'information optique, procede de fabrication correspondant |
| KR101356933B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2014-01-29 | 고려대학교 산학협력단 | 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치 및 방법 |
| RU214226U1 (ru) * | 2022-05-12 | 2022-10-17 | Общество с ограниченной ответственностью "СИНТЕЗ-РЕСУРС" | Автономный портативный микрофлюидный модульный гематологический экспресс-анализатор |
| US20230152233A1 (en) * | 2020-04-17 | 2023-05-18 | Universiteit Gent | Waveguide with solid micro-extraction phase for raman spectroscopy |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2396642A1 (fr) * | 2009-02-12 | 2011-12-21 | Centre National De La Recherche Scientifique CNRS | Systeme et equipement de detection optique de particules a eventail de decouplage de l'information optique, procede de fabrication correspondant |
| KR101356933B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2014-01-29 | 고려대학교 산학협력단 | 표면탄성파를 이용한 미세유동 크로마토 그래피 기반 미세입자 분리 장치 및 방법 |
| US20230152233A1 (en) * | 2020-04-17 | 2023-05-18 | Universiteit Gent | Waveguide with solid micro-extraction phase for raman spectroscopy |
| RU214226U1 (ru) * | 2022-05-12 | 2022-10-17 | Общество с ограниченной ответственностью "СИНТЕЗ-РЕСУРС" | Автономный портативный микрофлюидный модульный гематологический экспресс-анализатор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Knoška et al. | Ultracompact 3D microfluidics for time-resolved structural biology | |
| Chan et al. | Chemical imaging of microfluidic flows using ATR-FTIR spectroscopy | |
| Fletcher et al. | Monitoring of chemical reactions within microreactors using an inverted Raman microscopic spectrometer | |
| Kitamori et al. | Peer reviewed: thermal lens microscopy and microchip chemistry | |
| EP1002227B1 (en) | Simultaneous analyte determination and reference balancing in reference t-sensor devices | |
| US7283215B2 (en) | Method and apparatus for fluid velocity measurement based on photobleaching | |
| US20090268548A1 (en) | Microfluidic systems, devices and methods for reducing diffusion and compliance effects at a fluid mixing region | |
| CN102553665B (zh) | 一种微流控浓度梯度液滴生成芯片及生成装置及其应用 | |
| US20010042712A1 (en) | Microfluidic concentration gradient loop | |
| März et al. | Droplet formation via flow-through microdevices in Raman and surface enhanced Raman spectroscopy—concepts and applications | |
| US10018040B2 (en) | System and methodology for chemical constituent sensing and analysis | |
| US20090139576A1 (en) | Microfluidic systems, devices and methods for reducing noise generated by mechanical instabilities | |
| Song et al. | Opto-acousto-fluidic microscopy for three-dimensional label-free detection of droplets and cells in microchannels | |
| JP2008003074A (ja) | マイクロ流体デバイス、計測装置及びマイクロ流体撹拌方法 | |
| US20100129917A1 (en) | Method and installation for determining at least one parameter of a physical and/or chemical conversion | |
| Destremaut et al. | Microfluidics with on-line dynamic light scattering for size measurements | |
| CN111239096A (zh) | 一种集成微流控与拉曼光谱检测的结构模块 | |
| CN108896539A (zh) | 测定海水中磷含量的光流控检测器 | |
| Lan et al. | Rapid measurement of fluid viscosity using co-flowing in a co-axial microfluidic device | |
| RU2831919C1 (ru) | Устройство для осуществления синтеза и измерения размеров наночастиц в микрофлюидных системах | |
| Jia et al. | A spectIR-fluidic reactor for monitoring fast chemical reaction kinetics with on-chip attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy | |
| Edel et al. | Velocity measurement of particulate flow in microfluidic channels using single point confocal fluorescence detection | |
| Dudko et al. | Thermal lens detection in microfluidic chips. | |
| CN101256145A (zh) | 一种用于吸收光度法检测的微流控芯片装置 | |
| Sommer et al. | The equilibrium velocity of spherical particles in rectangular microfluidic channels for size measurement |