專利名稱：用于單分散乳液制備的重力驅(qū)動微流體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種可用于單分散乳液制備的重力驅(qū)動微流體裝置?；?微流控裝置，通過借助于不同高度的流體柱的恒定重力作用產(chǎn)生的恒定流速驅(qū)動微流控系 統(tǒng)，利用連續(xù)相流體對分散相流體的剪切力、表面張力等作用，形成大小均勻的液滴，再通 過固化干燥或者紫外照射聚合，形成符合生物分析以及蛋白質(zhì)、基因、藥物篩選等載體要求 的微球。
背景技術(shù)：
隨著生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以微球?yàn)檩d體的液相流動芯片技術(shù)在生物分析以 及蛋白質(zhì)、基因、藥物篩選中得到了越來越多的運(yùn)用。相對于其他形式的固相載體，微球具 有顯著的優(yōu)勢第一，微球的比表面積大，能夠增加有效反應(yīng)表面積與體積之比，因此可以 使表面的化學(xué)反應(yīng)在更小的體積內(nèi)進(jìn)行；第二，采用微球作為載體可以利用一些其他輔助 手段如攪拌、液體沖刷等實(shí)現(xiàn)一種介于固-液反應(yīng)和液-液反應(yīng)之間的反應(yīng)體系，從而加快 體系的反應(yīng)速度；第三，微球表面結(jié)合的分子在反應(yīng)完成之后可以方便的從溶液中分離出 來；第四，隨著微球表面功能化基團(tuán)的改變，可以擴(kuò)展微球的用途。目前，多功能、高性能聚合物微球的制備一直是國內(nèi)外研究的一個熱點(diǎn)，并且已經(jīng) 滲入到眾多相關(guān)學(xué)科的研究中。常用的聚合物微球制備方法有乳液聚合法、分散聚合法、種 子聚合法、懸浮聚合法和微懸浮聚合法等，但是這種方法制備的微球粒徑在納米和亞微米 范圍，并且將某種顆粒包被在聚合物中的難度很大。而制備幾百個微米到幾個毫米粒徑聚 合物微球的方法有噴霧干燥法和模板法等，但是都存在粒徑不均勻以及制作設(shè)備要求高， 制作成本高等問題。微流控技術(shù)是指采用微細(xì)加工技術(shù)，在一塊幾平方厘米的芯片上制作 出微通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，把實(shí)驗(yàn)室大型設(shè)備集成在盡可能小的操作平臺上，用以完成不同的實(shí) 驗(yàn)過程，并能對產(chǎn)物進(jìn)行分析的技術(shù)。它不僅使試劑的消耗降低，而且使實(shí)驗(yàn)速度提高，費(fèi) 用降低，充分體現(xiàn)了當(dāng)今實(shí)驗(yàn)室設(shè)備微型化、集成化和便攜化的發(fā)展趨勢。因此，開發(fā)基于 重力驅(qū)動的微流控裝置將降低實(shí)驗(yàn)成本，簡化實(shí)驗(yàn)步驟，縮小實(shí)驗(yàn)設(shè)備，精確控制結(jié)果，實(shí) 現(xiàn)微球的大規(guī)模和連續(xù)制備。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型的目的是設(shè)計制造一種用于單分散乳液制備的重力驅(qū)動微 流體裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計制造成本低廉，操作方便，能夠更精確的控制乳液滴的大 小，制備的乳液滴聚合良好的單分散性，可以實(shí)現(xiàn)乳液滴的大規(guī)模制備和連續(xù)制備，可重復(fù) 性好。技術(shù)方案本實(shí)用新型的用于單分散乳液制備的重力驅(qū)動微流體裝置主要包括以 下部分微流控裝置支撐部件分散相支撐柱和連續(xù)相支撐柱分部固在支撐底板上，分散 相固定夾固定在分散相支撐柱上，連續(xù)相固定夾固定在連續(xù)相支撐柱上；分散相支撐柱和連續(xù)相支撐柱上分別設(shè)有高度自動升降部件的分散相高度控制馬達(dá)和連續(xù)相高度控制馬 達(dá)，馬達(dá)控制器控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)動分別調(diào)節(jié)微流體裝置的高度；恒定進(jìn)樣部件分散相進(jìn)樣外柱固定在分散相固定夾上，分散相進(jìn)樣內(nèi)柱位于分 散相進(jìn)樣外柱內(nèi)，其高度低于分散相進(jìn)樣外柱的高度，分散相進(jìn)樣通道出口接分散相進(jìn)樣 內(nèi)柱的底部，分散相溢出口接分散相進(jìn)樣外柱的底部；連續(xù)相進(jìn)樣外柱固定在連續(xù)相固定夾上，連續(xù)相進(jìn)樣內(nèi)柱位于連續(xù)相進(jìn)樣外柱 內(nèi)，其高度低于連續(xù)相進(jìn)樣外柱的高度，連續(xù)相進(jìn)樣通道出口接連續(xù)相進(jìn)樣內(nèi)柱的底部，連 續(xù)相溢出口接連續(xù)相進(jìn)樣外柱的底部；流體管道和微流控通道部件分散相微流體管道的上端接分散相進(jìn)樣通道出口， 下端接一個T形微流控或協(xié)流式微流控通道的分散相入口 ；連續(xù)相微流體管道的上端接連 續(xù)相進(jìn)樣通道出口，下端接一個T形微流控或協(xié)流式微流控通道的連續(xù)相入口 ；T形微流控 或協(xié)流式微流控通道的出口接微流體流出管道；連續(xù)加樣部件分散相儲液樣品池的進(jìn)端接分散相溢出口，出樣端接分散相蠕動 加樣泵，分散相蠕動加樣泵的出樣端位于分散相連續(xù)加樣池的上部，分散相連續(xù)加樣池的 下部接分散相進(jìn)樣內(nèi)柱；連續(xù)相儲液樣品池的進(jìn)樣端接連續(xù)相溢出口，出樣端接連續(xù)相蠕動加樣泵，連續(xù) 相蠕動加樣泵的出樣端位于連續(xù)相連續(xù)加樣池的上部，連續(xù)相連續(xù)加樣池25的下部接連 續(xù)相進(jìn)樣內(nèi)柱；用于單分散乳液制備的重力驅(qū)動微流體裝置的重力驅(qū)動微流體的方法為所述的 微流控裝置的驅(qū)動力源于流體柱流體重力，重力驅(qū)動流體產(chǎn)生恒定速度，作為微流控裝置 的驅(qū)動速度；通過控制流體柱的高度，產(chǎn)生的不同的恒定速度驅(qū)動微流控裝置，使乳液或前 聚體溶液在流動相中剪切形成不同大小的單分散液滴；通過控制連續(xù)加樣部件，實(shí)現(xiàn)微流 控裝置的連續(xù)進(jìn)樣，實(shí)現(xiàn)單分散液滴的大規(guī)模和連續(xù)制備；維持微流控裝置的液體柱保持恒定高度以及恒定量液體，多余液體溢出兩相內(nèi) 柱，從溢出口流出；通過蠕動加樣馬達(dá)，不斷向恒定進(jìn)樣部件加樣，維持連續(xù)的不斷的進(jìn)樣； 通過馬達(dá)控制器控制兩相高度升降機(jī)械馬達(dá)，控制微流控裝置的液體柱的高度。有益效果根據(jù)本實(shí)用新型，利用基于重力驅(qū)動的微流控裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)簡單、成本低廉基于重力驅(qū)動的微流控系統(tǒng)只需要制作兩個高度支撐架、流 體流量控制系統(tǒng)以及微流體通道系統(tǒng)即可，成本低廉；客服了機(jī)械驅(qū)動帶來的昂貴成本和 誤差。同時，只要制作一個微流體系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)一系列微球的制備。微球單分散性好由于流體重力驅(qū)動，產(chǎn)生的流速更為恒定，受外界影響隱身更 小，制備得到的微球更加均勻，單分散性好。連續(xù)制備由于系統(tǒng)可使用大量的流體，可以實(shí)現(xiàn)微球的連續(xù)制備，只要流體量足 夠可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的制備微球。大規(guī)模制備由于系統(tǒng)可使用大量流體以及實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的制備，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn) 微球的大量制備?？芍貜?fù)性好由于微球的大小與裝置的材料特性無關(guān)，所以只要兩相液體與前期 實(shí)驗(yàn)相同就可重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)過相應(yīng)的固化處理后，微球的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠較好的滿足作為生物載體的使用要求。
圖1為本實(shí)用新型基于重力驅(qū)動的微流控裝置圖，圖中標(biāo)注有支撐底板1，分散相 支撐柱2，分散相固定夾3，連續(xù)相支撐柱4，連續(xù)相固定夾5，分散相進(jìn)樣外柱6，高度低于外 柱的恒定高度的分散相進(jìn)樣內(nèi)柱7，分散相進(jìn)樣通道出口 8，分散相溢出口 9，連續(xù)相進(jìn)樣外 柱10，高度低于外柱的恒定高度的連續(xù)相進(jìn)樣內(nèi)柱11，連續(xù)相進(jìn)樣通道出口 12，連續(xù)相溢 出口 13，分散相微流體管道14，連續(xù)相微流體管道15，微流體流出管道16，微流控通道分散 相入口 17，微流控通道連續(xù)相入口 18，微流控通道出口 19，分散相樣品池20，分散相蠕動加 樣泵21，分散相連續(xù)加樣池22，連續(xù)相樣品池23，連續(xù)相蠕動加樣泵M，連續(xù)相連續(xù)加樣池 25，分散相高度控制馬達(dá)沈，連續(xù)相高度控制馬達(dá)27和馬達(dá)控制器觀。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型通過設(shè)計制造基于重力驅(qū)動的微流控裝置；該裝置基于液體柱的流體 重力產(chǎn)生恒定的速度，驅(qū)動微流控系統(tǒng)，通過控制液體柱的高度，產(chǎn)生的不同大小的恒定驅(qū) 動速度，借助連續(xù)相流體對分散相液體的剪切力、表面張力等作用制備不同大小的液滴模 板；通過控制連續(xù)加樣部件，實(shí)現(xiàn)液滴的大規(guī)模和連續(xù)制備；再通過固化干燥或者紫外聚 合，形成符合生物分析以及蛋白質(zhì)、基因、藥物篩選等載體要求的聚合物微球?；诹黧w在恒定高度的液體柱中，產(chǎn)生恒定的流速，以作為微流控通道系統(tǒng)的驅(qū) 動速度；采用微流體通道系統(tǒng)使乳液或前聚體溶液在流動相中形成液滴。通過控制機(jī)械馬 達(dá)，自動調(diào)整裝置的液體柱高度，以產(chǎn)生不同大小的恒定驅(qū)動速度；通過連續(xù)加樣和恒定進(jìn) 樣部件，控制流體的連續(xù)加樣和流體總量的恒定，以保持驅(qū)動速度恒定不變，實(shí)現(xiàn)液滴的大 規(guī)模制備和連續(xù)制備，裝置主要包括以下部分1)微流控裝置支撐部件采用機(jī)械加工技術(shù)建立微流控裝置支撐部件，該部件有 三個部分，分別為支撐底板1，分散相支撐柱2，分散相固定夾3，連續(xù)相支撐柱4和連續(xù)相固 定夾5 ；2)恒定進(jìn)樣部件采用玻璃或塑料或金屬加工技術(shù)建立恒定進(jìn)樣部件，該部件包 括，分散相進(jìn)樣外柱6，高度低于外柱的恒定高度的分散相進(jìn)樣內(nèi)柱7，分散相進(jìn)樣通道出 口 8，分散相溢出口 9和連續(xù)相進(jìn)樣外柱10，高度低于外柱的恒定高度的連續(xù)相進(jìn)樣內(nèi)柱 11，連續(xù)相進(jìn)樣通道出口 12，連續(xù)相溢出口 13 ；3)流體管道和微流控通道部件采用特富隆作為微流體的流通管道，管道主要分 為三個部分，分別為分散相微流體管道14，連續(xù)相微流體管道15，微流體流出管道16 ；采用 微加工技術(shù)建立微流體通道網(wǎng)絡(luò)，或者選擇針頭、聚合物管、三通連接出一個T形通道，該 通道有2個入口，分別為分散相入口 17和連續(xù)相入口 18，有1個出口 19 ；4)連續(xù)加樣部件采用機(jī)械加工技術(shù)，選擇蠕動加樣泵，建立連續(xù)加樣部件，該部 件分為六個部分，分別是分散相樣品池20，分散相蠕動加樣泵01，分散相連續(xù)加樣池22和 連續(xù)相樣品池23，連續(xù)相蠕動加樣泵M，連續(xù)相連續(xù)加樣池25 ；5)高度自動升降部件采用機(jī)械加工以及電子加工技術(shù)，選擇可控制機(jī)械馬達(dá)， 建立高度自動升降部件，該部件主要包括三個部分，分別為分散相高度控制馬達(dá)沈，連續(xù)相5高度控制馬達(dá)27和馬達(dá)控制器觀；所述的微流控裝置的驅(qū)動力源于流體柱流體重力，重力驅(qū)動流體產(chǎn)生恒定速度， 作為微流控裝置的驅(qū)動速度；通過控制流體柱的高度，產(chǎn)生的不同的恒定速度驅(qū)動微流控 裝置，使乳液或前聚體溶液在流動相中剪切形成不同大小的單分散液滴；通過控制連續(xù)加 樣部件，實(shí)現(xiàn)微流護(hù)裝置的連續(xù)進(jìn)樣，實(shí)現(xiàn)單分散液滴的大規(guī)模和連續(xù)制備；支撐部件為微流控裝置提供高度支架，支持微流控裝置產(chǎn)生恒定高度的流體柱； 維持微流控裝置的液體柱保持恒定高度以及恒定量液體，多余液體溢出兩相內(nèi)柱，從溢出 口流出；通過蠕動加樣馬達(dá)，不斷向恒定進(jìn)樣部件加樣，維持連續(xù)的不斷的進(jìn)樣；通過馬達(dá) 控制器控制兩相高度升降機(jī)械馬達(dá)，自動控制微流控裝置的液體柱的高度。
權(quán)利要求1. 一種用于單分散乳液制備的重力驅(qū)動微流體裝置，其特征在于該裝置主要包括以下 部分微流控裝置支撐部件分散相支撐柱( 和連續(xù)相支撐柱(4)分部固在支撐底板(1) 上，分散相固定夾C3)固定在分散相支撐柱( 上，連續(xù)相固定夾(5)固定在連續(xù)相支撐柱 (4)上；分散相支撐柱( 和連續(xù)相支撐柱(4)上分別設(shè)有高度自動升降部件的分散相高 度控制馬達(dá)06)和連續(xù)相高度控制馬達(dá)(27)，馬達(dá)控制器08)控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)動分別調(diào)節(jié) 微流體裝置的高度；恒定進(jìn)樣部件分散相進(jìn)樣外柱(6)固定在分散相固定夾C3)上，分散相進(jìn)樣內(nèi)柱(7) 位于分散相進(jìn)樣外柱(6)內(nèi)，其高度低于分散相進(jìn)樣外柱(6)的高度，分散相進(jìn)樣通道出口 (8)接分散相進(jìn)樣內(nèi)柱(7)的底部，分散相溢出口(9)接分散相進(jìn)樣外柱(6)的底部；連續(xù)相進(jìn)樣外柱(10)固定在連續(xù)相固定夾( 上，連續(xù)相進(jìn)樣內(nèi)柱(11)位于連續(xù)相 進(jìn)樣外柱(10)內(nèi)，其高度低于連續(xù)相進(jìn)樣外柱(10)的高度，連續(xù)相進(jìn)樣通道出口(12)接 連續(xù)相進(jìn)樣內(nèi)柱(11)的底部，連續(xù)相溢出口(1 接連續(xù)相進(jìn)樣外柱(10)的底部；流體管道和微流控通道部件分散相微流體管道(14)的上端接分散相進(jìn)樣通道出口 (8)，下端接一個T形微流控或協(xié)流式微流控通道的分散相入口(17)；連續(xù)相微流體管道 (15)的上端接連續(xù)相進(jìn)樣通道出口(12)，下端接一個T形微流控或協(xié)流式微流控通道的連 續(xù)相入口(18) ；T形微流控或協(xié)流式微流控通道的出口(19)接微流體流出管道(16)；連續(xù)加樣部件分散相儲液樣品池OO)的進(jìn)樣端接分散相溢出口(9)，出樣端接分散 相蠕動加樣泵(21)，分散相蠕動加樣泵的出樣端位于分散相連續(xù)加樣池0 的上部， 分散相連續(xù)加樣池0 的下部接分散相進(jìn)樣內(nèi)柱(7)；連續(xù)相儲液樣品池的進(jìn)樣端接連續(xù)相溢出口(13)，出樣端接連續(xù)相蠕動加樣泵 (M)，連續(xù)相蠕動加樣泵04)的出端位于連續(xù)相連續(xù)加樣池0 的上部，連續(xù)相連續(xù)加樣 池0
專利摘要一種可用于單分散乳液制備的重力驅(qū)動微流體裝置，基于微流控裝置，通過借助于不同高度的流體柱的恒定重力作用產(chǎn)生的恒定流速來驅(qū)動微流控系統(tǒng)，利用連續(xù)相流體對分散相流體的剪切力、表面張力等作用形成大小均勻的液滴，再通過固化干燥或者紫外照射聚合，形成符合生物分析以及蛋白質(zhì)、基因、藥物篩選等載體要求的微球。該裝置包括微流控裝置支撐部件，恒定進(jìn)樣部件，流體管道和微流控通道部件，連續(xù)加樣部件通過控制兩相機(jī)械馬達(dá)，自動化地控制兩相液體柱的高度，不同高度的液體柱驅(qū)動流體產(chǎn)生恒定的速度，驅(qū)動微流控裝置的連續(xù)相流體剪切分散相液體制備不同大小的液滴；通過連續(xù)加樣部件和恒定進(jìn)樣部件，實(shí)現(xiàn)液滴的大規(guī)模和連續(xù)制備。
文檔編號B01L3/00GK201823514SQ201020556180
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者唐寶成, 趙祥偉, 趙遠(yuǎn)錦, 顧忠澤 申請人:東南大學(xué)