一種殼核功能材料的制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用微流控方法制備殼核功能材料的裝置，屬于雙層乳液制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]雙重乳液是一種分散相外液滴包裹著更小內(nèi)液滴的嵌套結(jié)構(gòu)多相體系，雙重乳液這種獨特的殼核微結(jié)構(gòu)可以有效地隔離內(nèi)液滴與連續(xù)相間的接觸，故而被廣泛地應(yīng)用于微存儲器、微反應(yīng)器、微分離器和微結(jié)構(gòu)單元等功能材料的制備中。目前常用的雙重乳液的制備方法通常存在著工藝復(fù)雜、效率低且原材料浪費嚴重等問題，并且由于過程中對各相流體缺乏有效的調(diào)控，致使所制得的雙重乳液球形度不高、同心化程度差，從而引起雙重乳液固化生成的微球表面的功能化修飾難度進一步加大，這都極大影響了功能化材料的制備效率。為此，迫切需要對基于雙重乳液制備殼核功能材料的現(xiàn)有技術(shù)方法進行改進優(yōu)化，研制高質(zhì)量殼核功能材料的新型制備方法，從而提高功能材料的制備效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是上述現(xiàn)有制備殼核功能材料過程分散、生產(chǎn)效率低及雙重乳液產(chǎn)量低、質(zhì)量差的缺點，而提供了一種在保證雙重乳液球形度、同心度和尺寸均一性的條件下大幅提高功能材料的制備效率，實現(xiàn)了具備優(yōu)異可控性的規(guī)?；⑦B續(xù)化生產(chǎn)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種殼核功能材料的制備裝置，包括微流控集成芯片、微流體驅(qū)動裝置以及殼核功能材料收集器，所述的微流體驅(qū)動裝置包括外相流體注射栗及注射器、中間相流體注射栗及注射器、內(nèi)相流體注射栗及注射器，所述的微流控集成芯片包括外相輸入通道、中間相輸入通道、內(nèi)相輸入通道、雙重乳液生成微結(jié)構(gòu)以及功能材料輸出通道，在所述的外相輸入通道連接外相注射器，在所述的中間相輸入通道連接中間相注射器，所述的內(nèi)相輸入通道連接內(nèi)相注射器，在所述的功能材料輸出通道的出口處連接所述的殼核功能材料收集器，其特征在于:所述的微流控集成芯片還包括位于所述雙重乳液生成微結(jié)構(gòu)和功能材料輸出通道之間的仿生分裂陣列、介電電泳調(diào)心微單元、液膜固化微單元、微球外表面功能化微單元和功能填料加載和均化微單元，所述雙重乳液生成微結(jié)構(gòu)、仿生分裂陣列、介電電泳調(diào)心微單元、液膜固化微單元、微球外表面功能化微單元和功能填料加載和均化微單元通過輸運通道依次連接，所述的仿生分裂陣列包括主通道、至少兩級層級分裂通道和匯合通道，所述的層級分裂通道為仿生結(jié)構(gòu)微通道，所述的匯合通道為漏斗狀結(jié)構(gòu)，所述的介電電泳調(diào)心微單元包含多組并列調(diào)心電極和捕獲、釋放電極。
[0006]所述層級分裂通道為矩形截面，每級層級分裂通道為分裂數(shù)為2，每個分裂通道包括斜通道和連接在斜通道后端的平行通道，所述平行通道與主通道平行，所述兩斜管之間的夾角為60度，第η級層級分裂通道與第O級層級分裂通道的高度一致，寬度的關(guān)系SDn/D0=2—n/p，其中，p> I;第η級層級分裂通道與第O級層級分裂通道長度的關(guān)系為Ln/Lo = 2——，其中l(wèi)〈q〈2。
[0007]所述的層級分裂通道均勻分裂母雙重乳液到目標大小，倍增產(chǎn)生大小一致的雙乳液，所述的匯合通道為漏斗狀結(jié)構(gòu)，用于匯集分裂后的目標雙重乳液。所述的仿生分裂陣列能夠倍增的提高大小均一、單分散性好的目標雙乳液的生產(chǎn)效率。
[0008]所述的介電電泳調(diào)心微單元還包括一支撐板，所述的支撐板表面均勻涂覆一層導(dǎo)電薄膜作為介質(zhì)層，所述的調(diào)心電極采用高頻非均勻電場，由上置導(dǎo)電絲電極、下置平行板電極組成;所述的釋放電極采用均勻電場，由前置平行板電極、后置平行板電極組成，所述的前置平行板電極和所述的后置平行板電極通過微馬達控制開閉。
[0009]各組所述的調(diào)心電極結(jié)構(gòu)捕獲、釋放電極結(jié)構(gòu)均采用單獨的輸出控制，由所述的控制器控制，實現(xiàn)獨立調(diào)心。
[0010]所述的液膜固化微單元包括溶劑交換微通道、干燥微通道、冷卻微通道、高溫微電熱板及多組微型閥，所述的高溫微電熱板布置在所述的干燥微通道下部。
[0011 ]所述的溶劑交換微通道為蛇形密布排列，所述的干燥微通道及所述的冷卻微通道為回紋密布排列，充分利用微流控芯片空間，增大溶劑交換和液膜干燥時間。所述的高溫微電熱板布置在所述的干燥微通道下部，加速液膜干燥。所述的微型閥與所述的控制器相連，所述的控制器輸出相應(yīng)信號，微閥在電流驅(qū)動下開閉，有效的連通或者隔離微通道，控制反應(yīng)時間。經(jīng)過所述的液膜固化微結(jié)構(gòu)后，同心度和球形度高的雙重乳液固化形成殼核微球。
[0012]所述的微球外表面功能化微單元包括微球外表面功能化微通道和多組微型閥，所述的微球外表面功能化微通道為蛇形密布排列并被所述的微型閥隔離成多個單獨通道，在不同通道中分別填充清洗劑和弓I發(fā)劑溶液。
[0013]殼核微球分別與清洗劑、引發(fā)劑反應(yīng)后，最終在微球外表面涂覆一層功能材料引發(fā)劑，誘導(dǎo)微球功能化特性。微球在通道中的反應(yīng)時間由微型閥控制。
[0014]所述的功能填料加載和均化微單元包含功能填料加載微通道和功能填料均化微通道、恒溫微電熱板和多組微型閥，所述的功能填料加載微通道和功能填料均化微通道為回紋密布排列，所述的恒溫電熱板布置在所述的功能填料均化微通道下部，所述的功能填料加載微通道中有功能填料;所述的微型閥控制殼核微球反應(yīng)時間。
[0015]功能化微球在通道中與功能填料充分接觸反應(yīng)，加載功能填料，然后在所述的功能填料加載微通道中通過所述的恒溫微電熱板熱誘導(dǎo)功能材料特性并使的表面的功能材料在逐漸干燥過程中均勻分布。
[0016]所述的雙重乳液生成微結(jié)構(gòu)為典型的雙十字形微通道，直接加工在所述的數(shù)字化微流控集成芯片上。所述的微型閥均通過所述的控制器中的控制電路單獨控制開閉，所述的數(shù)字化微流控集成芯片根據(jù)工作條件、流體性質(zhì)等不同，大小可以控制在幾個平方厘米左右，材料可選用硅片、玻璃、硅橡膠、塑料等材料作為基片，通過蝕刻、光刻或者印模等方法加工微通道。
[0017]當所述的微流體驅(qū)動裝置運行時，較大體積的雙重乳液在所述的雙重乳液生成微結(jié)構(gòu)中生成，伴隨著流體流動，進入所述的仿生分裂陣列，單個大體積雙重乳液就被分裂成4,8....2n個均一性好，質(zhì)量高的雙重乳液。隨后進入所述的介電電泳調(diào)心微單元，通過非均勻電場調(diào)心，獲得球形度好，同心度高的雙重乳液，同時由于電泳的焦耳熱效應(yīng)加速雙重乳液凝膠化，變成凝膠化大分子結(jié)構(gòu)。隨后在所述的液膜固化微單元中，先在所述的溶劑交換微通道中進行溶劑交換，然后在所述的干燥微通道中快速干燥，然后再通過所述的冷卻微通道成為固態(tài)微球。通過輸運通道，將固態(tài)微球輸運到所述的微球外表面功能化微單元進行外表面功能化處理，最后在所述的功能填料加載和均化微單元中繼續(xù)優(yōu)化表面材料結(jié)構(gòu)，最后從末端的所述的功能材料輸出通道進入所述的殼核功能材料收集器，獲得高質(zhì)量的殼核功能材料。
[0018]有益效果:
[0019]本發(fā)明涉及的一種制備高質(zhì)量殼核功能材料的裝置，充分利用數(shù)字化微流控技術(shù)的優(yōu)勢，將雙重乳液生成微結(jié)構(gòu)、仿生分裂陣列、介電電泳調(diào)心微單元、液膜固化微單元、微球外表面功能化微單元和功能填料加載和均化微單元集成在一個微流控芯片上，利用雙重乳液分裂法快速制備均一性好的雙重乳液，使用高頻非均勻電場調(diào)控雙乳液的球形度和同心度同時加速乳液凝膠化，并且高效的實現(xiàn)液膜固化、微球表面功能化材料加載及均化，實現(xiàn)了高質(zhì)量殼核功能材料的快速制備。此外，由于在分裂陣列中引入了仿生分裂陣列的特征結(jié)構(gòu)，能夠高效倍增的產(chǎn)生數(shù)量多、均一性好、單分散性好的雙重乳液，利用介電電泳技術(shù)輔助雙重乳液的快速凝膠化。以上這些因素，不僅充分利用微流控芯片的空間，使得芯片結(jié)構(gòu)布局緊湊合理，還實現(xiàn)了快速、尚效制備尚質(zhì)量殼核功能材料的目的。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2是本發(fā)明微流控集成芯片示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明仿生分裂陣列示意圖。
[0023 ]圖4是本發(fā)明調(diào)心電極及捕獲、釋放電極示意圖。
[0024]圖中1.外相流體注射栗及注射器;2.中間相流體注射栗及注射器;3.內(nèi)相流體注射栗及注射器;4.外相輸入通道;5.中間相輸入通道;6.內(nèi)相輸入通道和;7.數(shù)字化微流控集成芯片;8.功能材料輸出通道;9.殼核功能材料收集器；10.控制器；11.雙重乳液生成微結(jié)構(gòu)；12.仿生分裂陣列；13.介電電泳調(diào)心微單元；14.溶劑交換微通道；15.干燥微通道；16.冷卻微通道；17.高溫微電熱板；18.微球外表面功能化微單元；