[发明专利]一种振动管路控制微流控芯片生成微液滴的方法

说明书

本发明公开了一种振动管路控制微流控芯片生成微液滴的方法。本发明选定某一类型的微流控芯片，在某一连续相流量点下，调整分散相流体的流量，使其流量刚好弱于连续产生液滴的临界流量；通过电磁振动器对微流控芯片两相流体进口上游的分散相或连续相中的非气相流体管路施加一个振幅、脉冲数精密可调的冲击振动；通过上述冲击振动的振幅控制微流控芯片中生成的微液滴的大小；通过冲击振动中的单个冲击波型脉冲控制微流控芯片生成单个微液滴；从而生成单个或者定量任意个微液滴。本发明可以主动控制微液滴的生成尺寸、频率，极大的提高了液滴的生产效率。

技术领域

本发明属于流体机械领域，涉及一种振动管路控制微流控芯片生成微液滴的方法。

背景技术

近年来，微液滴技术凭借其在科研领域的重要影响和工程领域的特殊应用，得到了广泛关注。科研工作者们提出了很多形成近似单分散微液滴的方法，例如滴水龙头、喷嘴释放、微流控技术等等。在这些技术中，液滴微流体是最普遍的一种方法，可以被用于食物传递、药品传输、化学反应、健康监测以及其他一些生物分析领域。总的来说，有三种典型的几何设备可以用于产生微液滴：Ｔ型、流动聚焦型和同轴流动型。其中流动聚焦型能够实现较宽体积范围内微液滴序列的形成。一种典型的流动聚焦微流体设备如图2所示，它包括三个入口（十字部分），中间的入口注入分散相，两侧的入口注入连续相。两种不混溶的液体在狭窄的管道中相遇并彼此接触，随后断裂分解形成微液滴。

由于微液滴应用在不同领域时所需粒径尺寸不同，所以对微流控芯片生成可控尺寸的微液滴也提出了更高的要求。目前微流控芯片能生成尺寸可控的微液滴方法有以下几种：一是通过改变微流控芯片的通道几何结构，但对于生成不同尺寸的微液滴，通过改变通道几何结构，对加工精度提出了更高的要求，成本也会大幅提升。二是通过改变两种流体的粘度和表面张力来控制不同尺寸的微液滴，但是对于给定的流体性质，这种方法难以控制生成的微液滴尺寸，因此限制了其应用、三是通过精确控制流体的压力来控制不同尺寸的微液滴，操作中流体需要较高压力，因此也限制了这种方法在实际过程中的应用。上述方法都或多或少在使用过程中技术上存在一定的局限和难点，而如果通过在外部分散相管路中施加一个稳定的机械扰动，就能以此控制微流控芯片微液滴的生成，这样将可以很大程度上解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种振动管路控制微流控芯片生成微液滴的方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

选定某一类型的微流控芯片，在某一连续相流量点下Q₁，调整分散相流体的流量Q₂，使其流量刚好弱于连续产生液滴的临界流量Q_C；

通过电磁振动器对微流控芯片两相流体进口上游的分散相或连续相中的非气相流体管路施加一个振幅、脉冲数精密可调的冲击振动；

通过上述冲击振动的振幅控制微流控芯片中生成的微液滴的大小；通过冲击振动中的单个冲击波型脉冲控制微流控芯片生成单个微液滴；从而生成单个或者定量任意个微液滴。总体而言，可以使每一个不同大小的微液滴以单次或不同的频率生成。

进一步说，所述的微流控芯片包括以下三种类型：Ｔ型、流动聚焦型和同轴流动型。

进一步说，当分散相为气体时，通过上述可调的冲击振动可生成单个或者定量任意个微气泡。

进一步说，当微流控芯片为流动聚焦型时，通过电磁振动器对微流控芯片两相流体进口上游的分散相或同时对连续相中的非气相流体管路施加一个振幅、脉冲数精密可调的冲击振动。

进一步说，冲击振动的频率不大于微液滴或微气泡的生成频率。

进一步说，冲击振动的幅值正比于微液滴或微气泡的尺度大小。