[发明专利]以并行化设计实现微液滴高通量制备的三维微流控芯片

说明书

本发明公开了一种通过并行化设计实现微液滴高通量制备的三维微流控芯片，包括微液滴单元生成层、键合在微液滴单元生成层下表面的基底层、以及键合在微液滴单元生成层上表面的液体分配层，所述微液滴单元生成层的下表面有若干并行化设置的液滴生成单元，每个所述液滴生成单元用于生成微液滴，所述液体分配层的下表面设有连续相分配流道和分散相分配流道，所述连续相流道用于使连续相流体分别进入每个液滴生成单元，所述分散相流道使相应的分散相流体分别进入每个液滴生成单元。本发明所述的三维微流控芯片装置通过并行了数个微液滴生成单元，可以实现在同一时间内，微液滴的产量提高数倍。

技术领域

本发明属于微流控技术领域，特别涉及一种通过并行化设计实现微液滴高通量制备的三维微流控芯片及方法。

背景技术

液滴微流控技术是一项在微流道内通过多相流剪切形成单分散液滴，并对其进行操控的技术。该技术得益于能够在微尺度的流道之中，对多相流体之间的表面张力、粘性力等进行精确控制，对每种流体的速度可以进行精准调节，使之能够生产具有单分散、高度均匀性的微液滴。微流控技术所制备的微液滴已被证实可以在化学反应、材料合成、生物分析等领域有潜在的应用前景。尽管如此，微流控的液滴低产量(＜10mL h^-1)一直是阻碍着这项技术从实验室阶段向着商业大规模应用化转变。一个微液滴生成单元的产量是有限的，但通过将数个微液滴生成单元并行以梯状的设计排列，可以实现在同一时间内使得微液滴产量提升数倍。N个微液滴生成单元拥有N个连续相入口、N个分散相入口以及N个收集出口，原则上则需要N+N台进液设备，这显然是耗时、耗力，并且将大大增加成本。目前所常用的液滴微流控装置大多是二维的流体流道，无论如何设计，微液滴的生成速率存在一定的限制，并不满足高通量的微液滴的生成。中国专利(授权号：ZL201911031393.1)公布了一种用于高通量微液滴生成的三维微流控装置及方法，涉及采用树枝状微流控流道分配液体的方法，但这种设计中的流体分支会占用较大的空间，相较于本发明所采用的梯状的流道分布设计会容纳更少的微液滴生成单元，且如果流体分枝中有一条流道发生了堵塞，会对于呈对称性流道中的流体分布造成一定的影响。中国专利(公开号为CN109908983A)公布了一种具有三维锥型结构的用于微液滴高比例分裂提取的微流控芯片，涉及一种具有三维锥形结构的微流控芯片。中国专利(公开号为CN206492517U)公布了一种基于PMMA材料的内嵌三维流道式微流控芯片。中国专利(公开号为CN209144161U)公布了一种微流控芯片系统，包括了微液滴产生装置、动力产生装置、收集瓶及连通微液滴产生装置、动力产生装置及收集瓶的连接装置。但是在以上的方法之中，其微液滴的生产速率是受到一定的限制的，并不能满足高通量制备微液滴所需要的生产规模。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供将连续相流体与分散相流体通过各自的分配流道输送到各个微液滴生成单元之中，以并行化的设计去实现微液滴的高通量生产的三维微流控芯片；本发明的另一个目的是提供利用上述芯片制备微液滴的方法。

技术方案：本发明所述的一种通过并行化设计实现微液滴高通量制备的三维微流控芯片，包括微液滴单元生成层、键合在微液滴单元生成层下表面的基底层、以及键合在微液滴单元生成层上表面的液体分配层，所述微液滴单元生成层的下表面有若干并行化设置的微液滴生成单元，每个所述微液滴生成单元用于生成微液滴，所述液体分配层的下表面设有连续相分配流道和分散相分配流道，所述连续相流道用于使连续相流体分别进入每个液滴生成单元，所述分散相流道使相应的分散相流体分别进入每个液滴生成单元。本发明将通过引入多层微流体流道的设计，将连续相流体与分散相流体通过各自的分配流道输送到各个微液滴生成单元之中，实现并行化生产，这样能够显著减少注射泵的使用数量，从N+N台的注射泵的数量可以减少至两台注射泵。

进一步的，所述液体分配层的上表面设有若干液体入口接头和若干收集口接头，所述液体入口接头包括一个连续相入口接头和若干分散相入口接头，所述液体分配层设有与连续相入口接头连通的连续相分配流道，以及和分散相入口接头一一对应连通的若干分散相分配流道，所述收集口接头用于收集液滴生成单元生成的微液滴。