一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置，包括上层微流控芯片、中层微流控芯片和下层平板芯片，所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片上分别设有溶液入口、微通道网络以及溶液出口；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的微通道网络分别由数量相同的同心圆环形通道和辐射状支通道交替排布连接组成；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液入口分别连通同层芯片微通道网络中的第一条同心圆环形通道和第一组辐射状支通道；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液出口分别连通同层芯片微通道网络中的最后一组辐射状支通道，并且所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液出口彼此连通并一一对应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学分析
，具体涉及一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置。
技术介绍
在药物缓释研究中，缓释载药粒子的制备是其首要完成的工作。因为需要考察不同药物的联合治疗效果，以及不同药物的剂量配比等，因此在粒子合成过程中常常涉及含有不同内容物、以及含有不同配比的内容物粒子的合成与制备。在分析化学领域，基于悬浮式微载体分析检测是一类应用广泛的检测技术，所用的悬浮载体一般采用球形的带有发光性能的粒子。检测中通过辨认粒子所发出的光学信号的不同，而实现对粒子的识别。这同样要求合成含有不同内容物、以及含有不同配比的内容物粒子。微乳液法是常常采用的常规合成方法，这一过程首先要进行多种物质的混合与溶液配制，由于需要一系列不同物质含量与配比的溶液，在配制不同的混合溶液时重复性操作比较多，处理过程较为繁琐。同时不可避免存在试剂试样浪费的问题，对于涉及较为贵重样品及试剂的粒子合成过程，常规方法比较受限，因此在实际科研和生产中亟需一种新技术来突破微乳液法的限制。微流控液滴技术的出现，开辟了微尺度流体控制的新领域，有望实现方便快捷高效地形成液滴，并且通过形成含有不同内容物的液滴来进一步合成粒子以满足实际需要，从而在一定程度上替代传统的微乳液法，以进行各类应用。首先，Nisisako[1]和Li[2]分别报道了如何利用微流控芯片在多条平行通道内通过同时驱动不相容的水相和油相两相液体，高速地形成形态均一的液滴，通过附加紫外光照射这些液滴，使其中的光敏物质固化，从而形成粒子。这两篇报道都呈现了如何具有将含有目标物的溶液分隔成小液滴，再辅以必要的固化手段，以液滴作为模板，进行粒子合成。然而，Nisisako等人设计的装置多达6层结构，加工难度大。而Li等人的成果平行操控的通道阵列化程度不高，且通过增加芯片的个数来增加阵列通道，导致需要额外的驱动泵。最重要的是，由于化学和生物的分析检测以及药物筛选过程中往往需要多种物质混合发生化学以及生物反应，液滴内容物的种类和含量都需要明确可控制。为此，Xu课题组报道了一系列的成果通过微流控芯片实现含有不同内容物的液滴的形成。比如其报道了一种二维浓度梯度液滴阵列形成微流控芯片[3]，可以同时在多个通道中形成带有不同浓度内容物的液滴，并以液滴为反应器，进行蛋白质结晶多种条件的同时筛选。因此可以预想，此装置应该具备产生含有不同内容物、以及含有不同配比内容物的液滴形成以及粒子合成的能力。但是这个装置存在以下不足：首先，它仅能产生2种物质的混合液滴，应用范围仍然受限；其次，其采用的仍然是传统的微流控液滴形成技术，即都需要水相和油相两种溶液同时引入芯片，并对其进行驱动，复杂程度和仪器成本较高；另外，此类芯片的通道设计较为复杂，既包括水相通道，又有油相通道，两相在通道网络中流动是相向的，流体驱动稍有不慎极易发生乱流和逆流，因此对操作者的操作能力和控制水平，以及芯片的加工精度有很高的要求，不适合非专业人员掌握；再者，其采用的液滴形成结构为U型结构，造成液滴通道混杂在油相通道之间，不易观察。基于成本、技术等多方面原因，多物质梯度混合液滴装置的研发一直处于瓶颈状态，因此，亟需发展另外的微流控液滴技术以突破这种瓶颈状态，利用新微流控技术手段和较低的成本完成多种物质混合液滴的形成，方便其用于各类粒子的合成。参考文献：[1]NisisakoT,ToriiT,Microfluidiclarge-scaleintegrationonachipformassproductionofmonodispersedropletsandparticles,2008,LabChip,8,287-293.[2]LiW,GreenerJ,VoicuD,KumachevaE,Multiplemodularmicrofluidic(M3)reactorsforthesynthesisofpolymerparticles,2009,9,2715-2721.[3]YangC.G.,LiuY.Hua.,DiY.Q.,XuZ.R.,Generationoftwo-dimensionalconcentration-gradientdropletarraysonatwo-layerchipforscreeningofproteincrystallizationconditions,MicrofluidNanofluid,2015,18:493–501。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置，目的是实现含有多种物质的液滴甚至粒子的高通量合成。本专利技术可以根据不同的实验需求，任意引入4~8种水溶性物质，并在阵列通道中同时形成这几种物质的不同分配比例的混合溶液；不同通道内的溶液，其含有的物质种类和比例不同，但同种物质的浓度呈均匀的规律性分布；所有通道之间彼此独立、区分明确，能够根据芯片道结构确认其内部各种物质的比例，并且无需额外计算，试剂试样无浪费。本专利技术的技术方案如下：一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置，包括上层微流控芯片、中层微流控芯片和下层平板芯片，所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片上分别设有溶液入口、微通道网络以及溶液出口；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的微通道网络分别由数量相同的同心圆环形通道和辐射状支通道交替排布连接组成；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液入口分别连通同层芯片微通道网络中的第一条同心圆环形通道和第一组辐射状支通道；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液出口分别连通同层芯片微通道网络中的最后一组辐射状支通道，并且所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液出口彼此连通并一一对应。进一步地，所述上层微流控芯片上还设有通孔，所述通孔与所述中层微流控芯片上的溶液入口彼此连通并一一对应。进一步地，所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片上的辐射状支通道中每组辐射状支通道的独立支通道数量2倍于前一组的独立支通道数量，其中第一组辐射状支通道中的独立支通道数量按照本层溶液入口数量的两倍设定，并且每一组辐射状支通道中的所有独立支通道以所述第一条同心圆环形通道的圆心为对称中心均匀分布在与其相邻的每两条同心圆环形通道之间。进一步地，所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片上的溶液入口、溶液出口及其同层微通道网络的连通方式为：第一组辐射状支通道中，与溶液入口处于相对位置的独立支通道前端分别与溶液入口相连，并经该溶液入口与第一条同心圆环形通道连通，剩余独立支通道的前端直接与第一条同心圆环形通道连通，每个独立支通道的末端连通第二条同心圆环形通道；第二组辐射状支通道中每个独立支通道的前端连通第二条同心圆环形通道，末端连通第三条同心圆环形通道；第三组辐射状支通道中每个独立支通道的前端连通第三条同心圆环形通道，末端连通第四条同心圆环形通道，按照该规律连通后面的辐射状支通道和同心圆环形通道，直到最后一组辐射状支通道中每个独立支通道的末端分别与一个溶液出口连通，并且前一组辐射状支通道中每个独立支通道的末端都与后一组辐射状支通道中与其相对应位置的每个独立支通道的前端经后一组同心圆环形通道对准并连通。进一步地，所述第一组辐射状支通道，其每个独立支通道的长度与芯片外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置，其特征在于包括上层微流控芯片、中层微流控芯片和下层平板芯片，所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片上分别设有溶液入口、微通道网络以及溶液出口；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的微通道网络分别由数量相同的同心圆环形通道和辐射状支通道交替排布连接组成；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液入口分别连通同层芯片微通道网络中的第一条同心圆环形通道和第一组辐射状支通道；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液出口分别连通同层芯片微通道网络中的最后一组辐射状支通道，并且所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液出口彼此连通并一一对应。

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置，其特征在于包括上层微流控芯片、中层微流控芯片和下层平板芯片，所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片上分别设有溶液入口、微通道网络以及溶液出口；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的微通道网络分别由数量相同的同心圆环形通道和辐射状支通道交替排布连接组成；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液入口分别连通同层芯片微通道网络中的第一条同心圆环形通道和第一组辐射状支通道；所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液出口分别连通同层芯片微通道网络中的最后一组辐射状支通道，并且所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片的溶液出口彼此连通并一一对应。2.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置，其特征在于所述上层微流控芯片上还设有通孔，所述通孔与所述中层微流控芯片上的溶液入口彼此连通并一一对应。3.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置，其特征在于所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片微通道网络的辐射状支通道中每组辐射状支通道的独立支通道数量2倍于前一组的独立支通道数量，其中第一组辐射状支通道中的独立支通道数量按照本层溶液入口数量的两倍设定，并且每一组辐射状支通道中的所有独立支通道以所述第一条同心圆环形通道的圆心为对称中心均匀分布在与其相邻的每两条同心圆环形通道之间。4.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的多物质梯度混合液滴形成装置，其特征在于所述上层微流控芯片和所述中层微流控芯片上的溶液入口、溶液出口及其同层微通道网络的连通方式为：第一组辐射状支通道中，与溶液入口处于相对位置的独立支通道前端分别与溶液入口相连，并经该溶液入口与第一条同心圆环形通道连通，剩余独立支通道的前端直接与第一条同心圆环形通道连通，每个独立支通道的末端连通第二条同心圆环形通道；第二组辐射状支通道中每个独立支通道的前端连通第二条同心圆环形通道，末端连通第三条同心圆环形通道；第三组辐射状支通道中每个独立支通道的前端连通第三条同心圆环形通道，末端连通第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨春光，徐章润，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21