本發(fā)明涉及微流控，尤其涉及基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、在當(dāng)今的科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，微納米氣泡由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景，正逐漸成為研究的熱點(diǎn)。微納米氣泡具有比表面積大、停留時(shí)間長(zhǎng)、傳質(zhì)效率高等顯著特點(diǎn)，在環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)藥、食品工業(yè)等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。目前，微納米氣泡的生成技術(shù)有旋回液流式、加壓溶解式和微細(xì)孔式等方式，但是存在氣泡濃度或低或高、氣泡直徑不均勻、穩(wěn)定性差等問(wèn)題，限制了微納米氣泡在實(shí)際應(yīng)用中的效率和效果。

3、微流控芯片技術(shù)作為一種能夠在微尺度上精確操控流體的技術(shù)，這種技術(shù)不僅允許微小細(xì)胞和小分子有機(jī)物在芯片的特定通道環(huán)境中進(jìn)行生化反應(yīng)，而且為微液滴與微納米氣泡的生成提供了理想的條件，將氣體和液體轉(zhuǎn)化為乳化微小氣泡或小液滴，為藥物遞送和生物化學(xué)反應(yīng)提供了新的途徑。然而，盡管已有嘗試將微流控技術(shù)與微納米氣泡生成相結(jié)合，現(xiàn)有方法中使用的流動(dòng)聚焦結(jié)構(gòu)仍存在微納米氣泡密度不足和氣泡間間隔過(guò)大的問(wèn)題，這在清潔等具體應(yīng)用中導(dǎo)致了效率的降低。因此，開發(fā)一種能夠產(chǎn)生高密度且均勻分布微納米氣泡的新方法，對(duì)于提高相關(guān)應(yīng)用的效率和效果具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置及方法，能夠產(chǎn)出統(tǒng)一大小的微納米氣泡，并能夠提高微納米氣泡的生成密度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，提出了基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置，包括微流控芯片；微流控芯片上設(shè)置淺層通道和深層通道；

4、淺層通道包括液體通道和鞘流通道；液體通道與鞘流通道呈十字交匯方式相連通；

5、液體通道的兩端與連續(xù)相流體源相連通；鞘流通道的第一端與分散相氣源相連通；鞘流通道的第二端與深層通道連通；

6、鞘流通道與深層通道連通處設(shè)置階梯結(jié)構(gòu)，階梯結(jié)構(gòu)能夠使鞘流通道中流體流經(jīng)階梯結(jié)構(gòu)時(shí)出現(xiàn)頸縮斷裂，形成微納米氣泡。

7、進(jìn)一步的，淺層通道底部與微流控芯片上表面的距離小于深層通道底部與微流控芯片上表面的距離。

8、進(jìn)一步的，液體通道與連續(xù)相入口相連通；連續(xù)相入口與連續(xù)相流體源相連通；

9、鞘流通道與分散相入口相連通，分散相入口與分散相氣源連通。

10、進(jìn)一步的，分散相氣源和連續(xù)相流體源均與驅(qū)動(dòng)氣源相連通，驅(qū)動(dòng)氣源用于將分散相氣源中的分散相氣體和連續(xù)相流體源中的連續(xù)相流體壓入淺層通道中。

11、進(jìn)一步的，分散相氣源與驅(qū)動(dòng)氣源連通管路上，連續(xù)相流體源與驅(qū)動(dòng)氣源連通管路上分別設(shè)置控制器；控制器，用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)氣源通入分散相氣源和連續(xù)相流體源的氣體壓力。

12、進(jìn)一步的，鞘流通道與液體通道的中間部位相連通。

13、進(jìn)一步的，深層通道與氣泡出口相連通。

14、第二方面，提出了基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成方法，包括：

15、向液體通道中通入連續(xù)相流體；

16、向鞘流通道中通入分散相氣體；

17、分散相氣體和連續(xù)相流體在液體通道與鞘流通道的十字交匯處形成鞘流；

18、鞘流通過(guò)階梯結(jié)構(gòu)時(shí)出現(xiàn)頸縮斷裂，生成微納米氣泡，微納米氣泡進(jìn)入深層通道。

19、進(jìn)一步的，通過(guò)驅(qū)動(dòng)氣源向分散相氣源和連續(xù)相流體源中通入氣體，將連續(xù)相流體源中的連續(xù)相流體分散相氣源中的分散相氣體壓入液體通道中；將分散相氣源中的分散相氣體壓入鞘流通道中。

20、進(jìn)一步的，通過(guò)控制器調(diào)整驅(qū)動(dòng)氣源通入分散相氣源和連續(xù)相流體源的氣體壓力，從而調(diào)整分散相氣體的流速和連續(xù)相流體的流速。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

22、本發(fā)明提出的基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置及方法，所述裝置包括微流控芯片；微流控芯片上設(shè)置淺層通道和深層通道，并在淺層通道與深層通道之間設(shè)置階梯結(jié)構(gòu)；當(dāng)向淺層通道中通入分散相氣體和連續(xù)相流體時(shí)，分散相氣體和連續(xù)相流體會(huì)在液體通道與鞘流通道的十字交匯處形成鞘流；鞘流通過(guò)階梯結(jié)構(gòu)時(shí)頸縮斷裂形成微納米氣泡，保證生成統(tǒng)一大小的微納米氣泡，并能夠提高微納米氣泡的生成密度；解決了傳統(tǒng)微納米氣泡生成方式微納米氣泡生產(chǎn)大小不可控、操作復(fù)雜的問(wèn)題，有效地提高了微納米氣泡生成質(zhì)量與效率。

23、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置，其特征在于，包括微流控芯片；微流控芯片上設(shè)置淺層通道和深層通道；

2.如權(quán)利要求1所述的基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置，其特征在于，淺層通道底部與微流控芯片上表面的距離小于深層通道底部與微流控芯片上表面的距離。

3.如權(quán)利要求1所述的基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置，其特征在于，液體通道與連續(xù)相入口相連通；連續(xù)相入口與連續(xù)相流體源相連通；

4.如權(quán)利要求1所述的基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置，其特征在于，分散相氣源和連續(xù)相流體源均與驅(qū)動(dòng)氣源相連通，驅(qū)動(dòng)氣源用于將分散相氣源中的分散相氣體和連續(xù)相流體源中的連續(xù)相流體壓入淺層通道中。

5.如權(quán)利要求4所述的基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置，其特征在于，分散相氣源與驅(qū)動(dòng)氣源連通管路上，連續(xù)相流體源與驅(qū)動(dòng)氣源連通管路上分別設(shè)置控制器；控制器，用于調(diào)整驅(qū)動(dòng)氣源通入分散相氣源和連續(xù)相流體源的氣體壓力。

6.如權(quán)利要求1所述的基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置，其特征在于，鞘流通道與液體通道的中間部位相連通。

7.如權(quán)利要求1所述的基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置，其特征在于，深層通道與氣泡出口相連通。

8.基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成方法，其特征在于，包括：

9.如權(quán)利要求8所述的基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成方法，其特征在于，通過(guò)驅(qū)動(dòng)氣源向分散相氣源和連續(xù)相流體源中通入氣體，將連續(xù)相流體源中的連續(xù)相流體分散相氣源中的分散相氣體壓入液體通道中；將分散相氣源中的分散相氣體壓入鞘流通道中。

10.如權(quán)利要求8所述的基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成方法，其特征在于，通過(guò)控制器調(diào)整驅(qū)動(dòng)氣源通入分散相氣源和連續(xù)相流體源的氣體壓力，從而調(diào)整分散相氣體的流速和連續(xù)相流體的流速。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開的基于微流控共流階梯式乳化的微納米氣泡生成裝置及方法，所述裝置包括微流控芯片；微流控芯片上設(shè)置淺層通道和深層通道；淺層通道包括液體通道和鞘流通道；液體通道與鞘流通道呈十字交匯方式相連通；液體通道的兩端與連續(xù)相流體源相連通；鞘流通道的第一端與分散相氣源相連通；鞘流通道的第二端與深層通道連通；鞘流通道與深層通道連通處設(shè)置階梯結(jié)構(gòu)，階梯結(jié)構(gòu)能夠使鞘流通道中流體流經(jīng)階梯結(jié)構(gòu)時(shí)出現(xiàn)頸縮斷裂，形成微納米氣泡。提高了微納米氣泡的生成質(zhì)量和生成效率。

技術(shù)研發(fā)人員：魏春陽(yáng),陳蕾,丁艷靜,李慶華,馮新航,張鵬,楊冬,王興康
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東第一醫(yī)科大學(xué)（山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19