微流控芯片、液滴生成装置和微球制备装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种微流控芯片、液滴生成装置和微球制备装置，其中，微流控芯片包括基体(3)和设在基体(3)内的第一流道(1)和第二流道(2)，第一流道(1)和第二流道(2)相交形成交汇区域，被剪切相流体能从第一流道(1)流入，剪切相流体能从第二流道(2)流入，以便在交汇区域将被剪切相流体分离成离散的液滴，第一流道(1)和第二流道(2)的截面积范围为0.1mm2～1mm2。该微流控芯片可增加流量，使形成液滴的效率提高；还可降低流速，使细胞在流道内流动的过程中与流道壁之间由于摩擦造成的剪切力降低，使细胞的活性满足要求，从而在保证细胞活性的基础上增加产生液滴的效率，以满足3D生物打印的需求。

Microfluidic chip, droplet generation device and microsphere preparation device

The utility model relates to a microfluidic chip, a droplet generation device and a microsphere preparation device, wherein the microfluidic chip comprises a substrate (3) and a first channel (1) and a second channel (2) arranged in the substrate (3), a first channel (1) and a second channel (2) intersect to form an intersection area, and the sheared phase fluid can flow from the first channel (1) to the shear phase. Tangential fluids can flow in from the second channel (2) so that the shear phase fluids can be separated into discrete droplets at the junction area. The cross-sectional area of the first channel (1) and the second channel (2) ranges from 0.1 mm2 to 1 mm2. The microfluidic chip can increase the flow rate and improve the efficiency of droplet formation; it can also reduce the flow rate and reduce the shear force caused by friction between the cell and the runner wall in the process of flow in the runner, so that the cell activity can meet the requirements, thus increasing the efficiency of droplet formation on the basis of ensuring the cell activity to meet the 3D requirements. The need for bio printing.

【技术实现步骤摘要】
微流控芯片、液滴生成装置和微球制备装置
本技术涉及微球制备
，尤其涉及一种微流控芯片、液滴生成装置和微球制备装置。
技术介绍
微球在许多应用中已经显示出其优势，包括用于复杂组织模拟的构建模块，用于开发三维器官模型的共培养系统以及组织再生。载有细胞的微凝胶经过液滴化再形成微球，再经过固化培养后用于3D生物打印机制备组织或三维器官，是3D生物打印机重要的原材料。在制备微球时，首先需要形成分离的液滴，液滴制备技术有很多种，有乳化、混合、包埋、萃取、微反应等方式。但是由于通过宏观技术制备液滴的方式往往反应比较剧烈，对细胞有较大损伤，不适宜用于3D生物打印，因而一般采用微流控技术制备需求尺寸内的液滴。目前载有细胞的微凝胶液滴一般利用微流控技术合成。微流控技术作为液体或气体控制比较常用的方法，是一种在数纳米尺度对流体或样品进行精确操作、处理与控制的技术，一般是在100μm以内尺度范围下对微流道内的样品流体进行操作与控制的技术。微流控技术被用来分离细胞液是基于100μm流道内，且用作生物分析用，对细胞活性没有提出限制和要求。微流控芯片微液滴生成结构分为主动式和被动式，其中，主动式即通过电场力、热能量等外力使液流局部产生能量梯度来对微液滴进行操控，主要包括电润湿法、介电电泳法、气动法和热毛细管法等，该方法可以对单个微液滴的操控。但不可避免地主动式的电、磁、声、光、热等会对细胞产生不利影响。因此为了提高细胞的活性，在实际应用中优选被动法，即通过对微流道结构的设计使液流局部产生速度梯度来对微液滴进行操控，可避免主动式微流控技术中采用的电、磁、声、光、热等会对细胞产生不利影响。现有技术中对微流控芯片的研究一般针对流道尺寸在100μm以内的芯片，例如20μm、40μm、60μm、80μm，并且对于如何保证包含细胞的溶液混合物的活性方面，如何提高产率或者对于高粘度原材料的剪切方法等，均没有具体的研究。而3D生物打印的一个瓶颈在于原材料(例如由载有细胞的微凝胶形成的液滴)制作产率低下，通常需要多台生物原材料制备仪才能满足一台3D生物打印机工作，因此提高原材料产率是迫切需要的。由于生物打印原料能够用于3D生物打印生成微组织，甚至构建三维器官。但是一个重要的前提是需要生物原材料里细胞活性保持在60％以上，活性过低会导致打印出的组织或者三维器官无法存活。生物原材料里的细胞活性越高，通过3D生物打印出的器官存活率越高。因此，在保证细胞活性的同时提高生物原料制备产率是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本技术的实施例提供了一种微流控芯片、液滴生成装置和微球制备装置，能够在保证被剪切相流体中细胞所需活性的基础上提高形成液滴的效率。为实现上述目的，本技术的实施例第一方面提供了一种微流控芯片，包括基体和设在所述基体内的第一流道和第二流道，所述第一流道和第二流道相交而形成交汇区域，被剪切相流体能够从所述第一流道流入，剪切相流体能够从所述第二流道流入，以便在所述交汇区域将所述被剪切相流体分离成离散的液滴，所述第一流道和第二流道的截面积范围为0.1mm2～1mm2。进一步地，所述第一流道位于交叉区域上游的部分尺寸保持一致，或者沿着被剪切相流体的流动方向尺寸呈增大趋势。进一步地，所述第一流道的两侧分别设有一个所述第二流道，以在所述交汇区域形成夹流聚焦型流道。进一步地，所述第一流道和两个所述第二流道在交汇区域形成十字交叉结构。进一步地，每个所述第二流道在交汇区域均呈L形结构，所述L形结构的横部与所述第一流道连通且垂直于第一流道，所述L形结构的竖部平行于所述第一流道。进一步地，所述L形结构的竖部与所述第一流道之间的距离范围为0.1mm～20mm。进一步地，两个所述第二流道与所述第一流道呈角度设置，所述第二流道与第一流道的夹角小于90°。进一步地，两个所述第二流道相对于所述第一流道对称设置。进一步地，所述第一流道和第二流道的横截面为矩形、圆形或梯形。进一步地，所述第一流道和第二流道的横截面为矩形，所述矩形横截面的长度范围为0.7mm～2mm，和/或其宽度范围为0.2mm～0.6mm。进一步地，所述被剪切相流体与所述剪切相流体的粘度之比的范围为10:1～30:1。进一步地，所述被剪切相流体的粘度小于3000cp。进一步地，所述被剪切相流体与单路剪切相流体在所述交汇区域处流量之比的范围为1:10～1:20。进一步地，单路所述剪切相流体在所述交汇区域处的流量范围为100～400μL/min，所述被剪切相流体在所述交汇区域处的流量范围为10～40μL/min。进一步地，所述液滴的直径尺寸范围为200μm～400μm。进一步地，两个所述第二流道的两端通过共同的流体进口通入所述剪切相流体，或者两个所述第二流道的两端分别通过独立的流体进口通入所述剪切相流体。进一步地，所述基体内设有多个微流控单元，每个所述微流控单元中均具有所述夹流聚焦型流道，各个所述微流控单元能够同时或交替工作。进一步地，所述被剪切相流体包括核芯液、包覆液或固化剂，所述微流控芯片用于形成核芯液液滴、包覆液液滴或固化剂液滴。进一步地，所述核芯液为包含细胞的胶原溶液，所述剪切相流体为油性溶剂。为实现上述目的，本技术的实施例第二方面提供了一种液滴生成装置，包括上述实施例的微流控装置。进一步地，液滴生成装置还包括泵送装置，所述泵送装置与所述第一流道和第二流道连通，用于控制被剪切相流体进入所述第一流道的速度及流量，以及剪切相流体进入所述第二流道内的速度及流量。进一步地，液滴生成装置还包括输入部件，所述输入部件用与所述第一流道和第二流道的进口连通，用于向所述第一流道和第二流道输送用于形成液滴的流体；或者所述液滴生成装置还包括输出部件，所述输出部件与所述输出部件，所述输出部件与所述第一流道和第二流道的出口连通，用于将形成的液滴输出。为实现上述目的，本技术的实施例第三方面提供了一种微球制备装置包括上述实施例的液滴生成装置。基于上述技术方案，本技术一个实施例的微流控芯片，通过将第一流道和第二流道的截面积范围均增大至0.1mm2～1mm2，可增加流体的通过率，流量增大，使形成液滴的效率提高；而且流道尺寸增加还可降低流体的流速，使细胞在流道内流动的过程中与流道壁之间由于摩擦而造成的剪切力相应降低，从而减小对细胞的损害，保证细胞的活性，而且在控制过程中通过微调流量仍具备足够的剪切力将被剪切相分离成离散的液滴。因此本技术该实施例的微流控芯片能够在保证细胞活性的基础上增加产生液滴的效率，以满足3D生物打印的需求。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术微流控芯片的一个实施例的结构示意图；图2为本技术微流控芯片的另一个实施例的结构示意图；图3为图1和图2中的A处放大图；图4为通过十字交叉结构流道形成液滴的原理示意图；图5为通过T形流道形成液滴的原理示意图；图6为本技术微流控芯片形成微球过程中分散相溶液和连续相溶液所占的体积分数示意图；图7为本技术微流控芯片形成微球过程中受到的剪切力大小示意图；图8为通过本技术微流控芯片得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控芯片，其特征在于，包括基体(3)和设在所述基体(3)内的第一流道(1)和第二流道(2)，所述第一流道(1)和第二流道(2)相交而形成交汇区域，被剪切相流体能够从所述第一流道(1)流入，剪切相流体能够从所述第二流道(2)流入，以便在所述交汇区域将所述被剪切相流体分离成离散的液滴，所述第一流道(1)和第二流道(2)的截面积范围为0.1mm2～1mm2。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于，包括基体(3)和设在所述基体(3)内的第一流道(1)和第二流道(2)，所述第一流道(1)和第二流道(2)相交而形成交汇区域，被剪切相流体能够从所述第一流道(1)流入，剪切相流体能够从所述第二流道(2)流入，以便在所述交汇区域将所述被剪切相流体分离成离散的液滴，所述第一流道(1)和第二流道(2)的截面积范围为0.1mm2～1mm2。2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一流道(1)位于交叉区域上游的部分尺寸保持一致，或者沿着被剪切相流体的流动方向尺寸呈增大趋势。3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一流道(1)的两侧分别设有一个所述第二流道(2)，以在所述交汇区域形成夹流聚焦型流道。4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一流道(1)和两个所述第二流道(2)在交汇区域形成十字交叉结构。5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，每个所述第二流道(2)在交汇区域均呈L形结构，所述L形结构的横部与所述第一流道(1)连通且垂直于第一流道(1)，所述L形结构的竖部平行于所述第一流道(1)。6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述L形结构的竖部与所述第一流道(1)之间的距离范围为0.1mm～20mm。7.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，两个所述第二流道(2)与所述第一流道(1)呈角度设置，所述第二流道(2)与第一流道(1)的夹角小于90°。8.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，两个所述第二流道(2)相对于所述第一流道(1)对称设置。9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一流道(1)和第二流道(2)的横截面为矩形、圆形或梯形。10.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一流道(1)和第二流道(2)的横截面为矩形，所述矩形横截面的长度范围为0.7mm～2mm，和/或其宽度范围为0.2mm～0.6mm。11.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述被剪切相流体与所述剪切相流体的粘度之比的范围为10:1～30:1。12.根据权利要求11所述的微流控芯片，其特征在于，所述被剪切相...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇石，张雅雅，
申请(专利权)人：四川蓝光英诺生物科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51