[发明专利]一种微阵列型乳液制备微流控芯片

说明书

本发明涉及一种微阵列型乳液制备微流控芯片，包括上盖板和微通道阵列底板，上盖板具有连通至微通道阵列底板的两个进液孔，分别为离散相进口和连续相进口；微通道阵列底板内包含蛇形微通道阵列，蛇形微通道阵列为蛇形闭合结构，蛇形闭合结构内侧围成区域为梯度离散相微通道；所述微通道阵列底板在蛇形微通道阵列周围设有凸台，所述凸台与蛇形微通道阵列之间具有间隔区域，为梯度连续相微通道。蛇形微通道阵列由微通道阵列组成，离散相从梯度离散相微通道通过微通道阵列向梯度连续相微通道乳化，高通量生成单乳液；梯度连续相微通道的另一端为单乳液出口。本发明可优化流体分布，实现在单位时间对单乳液生成数量的控制，获得不同尺寸的单乳液。

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，具体涉及一种微阵列型乳液制备微流控芯片。

背景技术

传统的单相连续流微通道中，流体输运存在着不可避免的问题：(1)流体抛物线流动引起试剂泰勒分散，导致溶质在通道中不均匀分布；(2)溶质不独立，存在轴向及径向扩散问题；(3)溶质吸附在通道壁面，产生试剂损失和交叉污染。单乳液是离散相以小液滴形式分布在连续相中的两相流体体系，其单乳液微液滴占据空间小，反应体积少，可有效减小试剂消耗；液滴大小可控，反应时间可调，能加速物质之间的混合与反应速度；反应物质封装在微液滴内部，形成独立的微反应器，可减少试剂间的交叉污染以及试剂对通道壁面的污染。正由于这些优势，单乳液两相流可以解决传统单相连续流中存在的固有问题，受到了越来越多的关注，被广泛应用于生物医学、能源环境、化学材料等领域中，其应用场景越来越丰富并处于高速发展阶段。

传统的单乳液大批量制备方式有机械搅拌法和膜乳化法，但是，由于工艺技术的限制，制备的单乳液单分散性较差，试剂消耗大。为提高单乳液的单分散性，同时减少试剂消耗，可实现流体精确操控的微流控技术被引入单乳液制备工艺中。尽管微流控方法解决了单分散性的问题，但由于微通道中的流体流量小，流体每小时的注射量仅几毫升到几十毫升，导致液滴乳化过程较慢(一次一滴)，严重制约了单乳液的大批量制备。因此，基于微流控技术的乳液高通量制备方法受到了广泛的关注及研究。

受喇叭状渐括结构产生连续梯度压力以及高度梯度结构产生突变压力的启发，本发明设计了一种具有以喇叭状微通道为基本单元构造的蛇形微通道阵列以及梯度连续相和离散相微通道特征的乳液制备微流控芯片。喇叭状微通道单元以及梯度连续相和离散相微通道可产生压力梯度，在雷诺-瑞利不稳定性作用下促进微通道处单乳液的均匀乳化。此外，将喇叭状微通道单元通过连续分布构建蛇形微通道阵列，该蛇形微通道阵列可优化流体分布，并且提高分布在梯度离散相微通道和梯度连续相微通道间的喇叭状微通道单元数量，使得单乳液在多个微通道中并行乳化，以此提高单乳液的产量，达到乳液高通量制备的目的。

发明内容

本发明的目的是针对单乳液制备过程中存在的乳液单分散性低、制备效率低下的问题，而提供了一种以喇叭状微通道为基本单元构造的蛇形微通道阵列以及梯度连续相和离散相微通道特征的乳液制备微流控芯片。

喇叭状微通道单元以及梯度连续相和离散相微通道可产生压力梯度，在雷诺-瑞利不稳定性作用下促进微通道处单乳液的均匀乳化。蛇形微通道阵列可优化流体分布，并且提高分布在梯度离散相微通道和梯度连续相微通道间的喇叭状微通道单元数量，使得单乳液在多个微通道中并行乳化，以此提高单乳液的产量，达到乳液高通量制备的目的。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：