[发明专利]一种基于电润湿台阶乳化的液滴制备与尺寸控制装置

说明书

本发明公开一种基于电润湿台阶乳化的液滴制备及尺寸控制装置，其包括注射泵、金属管道、微流道、电极板、连续相容器、直流电源，注射泵、金属管道、微流道依次连接，微流道的出口夹持并封装在两块电极板中间，电极板由基底层、导电层、绝缘层和疏水层四层组成，直流电源的负极与金属管道相连，直流电源的正极与电极板的导电层相连，注射泵中灌满离散相流体，连续相容器中注入连续相流体，且使其浸没电极板。本发明在恒定的流量下调节电源电压从而改变接触角就能改变液滴的大小，也可以在流量抖动的情况下调整电压来稳定微液滴的生成，以此制备超均匀微液滴。该超均匀微液滴在化工、制药、生物医学、生物化学等领域有重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及微流控领域以及化工、生物制药技术领域，尤其是涉及一种基于电润湿台阶乳化的液滴制备及尺寸控制装置。

背景技术

微液滴在化工、制药和生物化学中有广泛的应用，超均匀的微液滴可以作为标准液滴，也可以应用在高精度的生化免疫实验等领域。一些常见的制备方法如喷雾法等，制备的液滴均匀性不够高；相比之下，微流控法能得到较高的精度，并且有很高的可控制性，逐渐成为制备微液滴的重要方法。

常见的微流控制备微液滴的方法有T型通道法、聚焦法、共轴流动法、台阶乳化法等。对于传统的台阶乳化来说，一旦设备固定后只能通过调节流量来调节微液滴的尺寸，且微液滴尺寸调节范围极其有限。在制备超均匀微液滴时精确的微纳级别流量控制很难完成，难免存在一定的流量波动并要求流量的快速响应，对整个流体系统都要有很高的要求，实际应用中难以实现。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于电润湿的液滴制备及尺寸控制装置，能够提高微液滴的可控性，既可以在更大范围内调整微液滴的尺寸，也可以利用电润湿的特性来消除流量波动造成的微液滴尺寸波动，从而制备超均匀的微液滴。具体技术方案如下：

一种基于电润湿台阶乳化的液滴制备与尺寸控制装置，其包括注射泵1、金属管道3、微流道4、电极板5、连续相容器6、直流电源7，所述的注射泵1、金属管道3、微流道4依次连接，所述的微流道4的出口夹持并封装在两块所述的电极板5中间，所述的电极板5由基底层、导电层、绝缘层和疏水层四层组成，所述的直流电源7的负极与所述的金属管道3相连，所述的直流电源7的正极与所述的电极板5的导电层相连，所述的注射泵1中灌满离散相流体，所述的连续相容器6中注入连续相流体，且使其浸没所述的电极板5；推动所述的注射泵1，使所述的电极板5的下端产生液滴，打开所述的直流电源7使所述的微流道4 中的离散相流体带负电，所述的两个电极板5带正电并形成电容，当注射泵1 的流量变化时，通过调整所述的直流电源7的电压大小来调整所述的液滴的尺寸，稳定获取指定直径的液滴。

进一步地，其还包括流量传感器2和单片机8，所述的流量传感器2连接在所述的注射泵1和所述的金属管道3之间，所述的单片机8的信号采集口与所述的流量传感器2相连，所述的单片机8的控制信号输出口与所述的直流电源7 的通讯口相连，所述的单片机8根据历史测试得到的每个液滴直径、流量和电压的函数关系自动检测当前流量并调整直流电源的电压，得到均匀的指定直径的液滴。

进一步地，所述的两片电极板5之间的距离为h，所述的微流道4的出口距离所述的电极板5的底端的距离l，l和h满足l≥3h。

进一步地，所述的离散相流体配方为甘油80wt％、水19wt％、氯化钠1wt％；所述的连续相流体为硅油和表面活性剂，配方为硅油95wt％、表面活性剂5wt％。

进一步地，所述的电极板的基底层采用高透明玻璃，导电层采用氧化铟锡镀膜，绝缘层采用聚酰亚胺镀膜，疏水层采用特氟龙AF1600旋涂镀膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)相比于其他微液滴制备，电润湿台阶乳化产生的微液滴单分散性更好，制备过程更加稳定。