本发明专利技术涉及一种液滴流微反应器的集成装置，属于微流控领域。本发明专利技术包括玻璃基片、芯片、液体入口Ⅰ、液体入口Ⅱ、液体出口Ⅰ、液体出口Ⅱ、液体通道；所述芯片设置在玻璃基片上，液体出口、液体进口设置在芯片上，液体通道在芯片内，且芯片主要分为三部分：入口部分、夹流部分和扩张部分。本发明专利技术集液滴生成、液滴融合反应以及液滴收集于一体，通过调节液体出口流量可以使不同大小的微液滴进入不同的通道，且可以使指定大小的微液滴进入指定的通道，实现特定大小液滴流出位置的控制。通过对液滴的独立操控，可以高效可控地实现液滴运动、内部混合和反应以及液滴收集，可靠性高且易于实现。
【技术实现步骤摘要】
一种液滴流微反应器的集成装置
本专利技术涉及一种液滴流微反应器的集成装置，属于微流控领域。
技术介绍
微反应器将反应空间受限在尺寸范围为数十到数百微米的通道内部。该尺度下反应体系具有高的比表面积和高的传质性能，不仅可以通过精确的过程控制大幅度地缩短反应时间和降低样品消耗，更重要的是以微反应器为基本单元直接进行数量的增加便可实现模块的集成，进而实现高通量的产品可控制备，从而避免了传统反应器直接几何放大导致的难于预期的非理想行为。不同于传统反应器，液滴流微反应器不是固定的容器，而是一系列运动着的体积可调节的液滴，每个独立微液滴都可以看作是一个流动的微小间歇反应釜。液滴流微反应器的另一大突出优势在于可以在短时间内产生大量特异性的微小反应单元，这使得高效快速的平行检测和试验成为可能，可以在短时间内获取大量的数据。夹流分离法是一种结构非常简单，且适用范围广的分离方法。在成本上，夹流分离法芯片仅需按照相应的参数制作出通道，且不用在通道内增添任何其他结构，可谓是将成本降至了最低，而相对来说，磁分离法、光声波分离等主动分离法都需要借助外部手段，从而增加了分离的成本，而微柱结构、把状结构等分离法相对来说也比夹流分离法成本高(需要制作复杂结构)。在适用范围上，只要微液滴的大小不一样，就可以用夹流法分离，可以说适用范围广泛。本专利技术结构的设计通过使用COMSOL多物理场耦合软件进行仿真模拟，采用PDMS材料制作微通道结构，能够在一定的变形条件下恢复到原来的状态而结构没有发生永久性破坏。本专利技术集液滴生成、液滴融合反应以及液滴收集于一体，有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术提供一种液滴流微反应器的集成装置，用于解决现有的液滴流微反应器液滴生成慢、装置繁琐、反应速度慢、效率低的问题。本专利技术技术方案是：一种液滴流微反应器的集成装置，包括玻璃基片1，芯片2和液体通道11，所述芯片2设置在玻璃基片1上，液体通道11设置在芯片2上，液体通道11的起始端设有液体入口Ⅰ3，液体通道11的一侧的垂直方向上设有三个平行排列的液体入口Ⅱ4、液体入口Ⅲ5和液体入口Ⅳ6，液体通道11的末端设有扩张部分12，所述扩张部分12包括位于液体通道11末端两侧对称的圆弧段，两侧圆弧段之间的开口分成四个相邻分支，分支的末端设有液体出口Ⅰ7、液体出口Ⅱ8、液体出口Ⅲ9和液体出口Ⅳ10。所述芯片2和液体通道11均采用PDMS（聚二甲基硅氧烷）材料制成。所述圆弧段的末端到两段圆弧段连接后的中点形成的两边与四个相邻分支开口处的四边组成一个等边六边形。所述芯片2长度为25mm，宽度为10mm，厚度为5mm；所述液体通道11高度为0.1mm，宽度为0.1mm；所述液体入口Ⅰ3、液体入口Ⅱ4、液体入口Ⅲ5、液体入口Ⅳ6、液体出口Ⅰ7、液体出口Ⅱ8、液体出口Ⅲ9和液体出口Ⅳ10的直径均为0.1mm；所述液体入口Ⅱ4、液体入口Ⅲ5和液体入口Ⅳ6相邻两者之间距离为3mm，液体入口Ⅱ6与其同方向的液体出口Ⅰ7之间的水平距离为9mm；所述扩张部分12的圆弧段半径为0.15mm。利用上述装置进行液滴流微反应的方法是：给液体进口Ⅰ3中注入油相，液体入口Ⅱ4、液体入口Ⅲ5和液体入口Ⅳ6中分别注入水相，三个入口的水相分别含有不同的化学物质且三者可以相互反应，通过控制液体入口Ⅱ4、液体入口Ⅲ5和液体入口Ⅳ6的流量，在对应的通道处生成不同大小的微液滴，微液滴大小不同会有不同流速，进而小液滴会追上大液滴发生融合，当融合的液滴到达扩张部分12时，由于通道的扩张效应，较大的粒子会受到一个升力作用，从而使得粒子偏离原来的流线的轨迹，实现大小粒子的分离，并在液体出口Ⅰ7、液体出口Ⅱ8、液体出口Ⅲ9和液体出口Ⅳ10处实现液滴的收集。其中液滴的收集是通过调节液体出口Ⅰ7的流量使不同大小的微液滴进入不同的通道，并且可以使指定大小的微液滴进入指定的通道，从而实现特定大小液滴流出位置的控制；液滴流出位置的确定如下：其中Wo是夹流区宽度即液体通道11的宽度，η为液体出口Ⅰ7的流出比，D为液滴直径，NB为总的流出通道即液体出口的个数，N为液体出口Ⅰ7、液体出口Ⅱ8、液体出口Ⅲ9和液体出口Ⅳ10的编号，四者的编号依次增大，当液滴直径D满足方程时，液滴会流入第N个通道。例如当液体进口Ⅱ4处产生的液滴较小进而有较大流速，可以追上液体进口Ⅱ5处产生的液滴，两个微液滴都为水相，进而发生融合，而液滴内部的化学物质进行混合反应，到达扩张部分时，通过对液体出口Ⅰ7的流量控制，使得已经融合的体积较大的液滴靠近下壁面，由液体出口Ⅱ8收集，而少部分未融合的液滴由液体出口Ⅳ10收集。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术可以高效连续生成液滴，且可通过控制液体入口流量控制液滴大小。通过在微通道内的液滴分散可以精确地对单个液滴的尺寸、形貌和成分组成进行控制，液滴具有尺寸均一和易于调控等显著优势。2、本专利技术集液滴生成、液滴融合反应以及液滴收集于一体，通过调节液体出口流量可以使不同大小的微液滴进入不同的通道，且可以使指定大小的微液滴进入指定的通道，实现特定大小液滴流出位置的控制。3、本专利技术使用夹流分离法收集液滴。在成本上，夹流分离法芯片仅需按照相应的参数制作出通道，且不用再通道内增添任何其他结构，可谓是将成本降至了最低。在分离效率方面，夹流分离法可根据目标细胞的参数进行调整通道宽度，从而实现细胞的高效分离。4、本专利技术使用PDMS材料制作芯片，材料透光性好、生物相容性佳以及良好的化学惰性，该材料韧性比较高，弹性好。该装置使用简单，成本低，是一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料。附图说明图1是本专利技术整体结构示意图；图2是本专利技术通道A-A剖视图；图3是本专利技术通道B-B剖视图；图1-3中各标号：1-玻璃基片，2-芯片，3-液体入口Ⅰ，4-液体入口Ⅱ，5-液体入口Ⅲ，6-液体入口Ⅳ，7-液体出口Ⅰ，8-液体出口Ⅱ，9-液体出口Ⅲ，10-液体出口Ⅳ，11-液体通道，12-扩张部分。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步说明。实施例1：如图1-3所示，一种液滴流微反应器的集成装置，包括玻璃基片1，芯片2和液体通道11，所述芯片2设置在玻璃基片1上，液体通道11设置在芯片2上，液体通道11的起始端设有液体入口Ⅰ3，液体通道11的一侧的垂直方向上设有三个平行排列的液体入口Ⅱ4、液体入口Ⅲ5和液体入口Ⅳ6，液体通道11的末端设有扩张部分12，所述扩张部分12包括位于液体通道11末端两侧对称的圆弧段，两侧圆弧段之间的开口分成四个相邻分支，分支的末端设有液体出口Ⅰ7、液体出口Ⅱ8、液体出口Ⅲ9和液体出口Ⅳ10；其中圆弧段的末端到两段圆弧段连接后的中点形成的两边与四个相邻分支开口处的四边组成一个等边六边形。其中芯片2和液体通道11均采用PDMS（聚二甲基硅氧烷）材料制成。由于整个芯片是由PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料构成的，材料透光性好，便于实验时观察流体的流动特性，生物相容性佳以及良好的化学惰性，该材料韧性比较高，弹性好，耐久性和耐压性比较高。该装置使用简单，成本低，是一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料。实施例2：利用上述装置进行液滴流微反应的方法是：给液体进口Ⅰ3中注入油相，液体入口Ⅱ4、液体入口Ⅲ5和液体入口Ⅳ6中分别注入水相，三个入口的水相分别含有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液滴流微反应器的集成装置，包括玻璃基片（1），芯片（2）和液体通道（11），其特征在于：所述芯片（2）设置在玻璃基片（1）上，液体通道（11）设置在芯片（2）上，液体通道（11）的起始端设有液体入口Ⅰ（3），液体通道（11）的一侧的垂直方向上设有三个平行排列的液体入口Ⅱ（4）、液体入口Ⅲ（5）和液体入口Ⅳ（6），液体通道（11）的末端设有扩张部分（12），所述扩张部分（12）包括位于液体通道（11）末端两侧对称的圆弧段，两侧圆弧段之间的开口分成四个相邻分支，分支的末端设有液体出口Ⅰ（7）、液体出口Ⅱ（8）、液体出口Ⅲ（9）和液体出口Ⅳ（10）。
【技术特征摘要】
1.一种液滴流微反应器的集成装置，包括玻璃基片（1），芯片（2）和液体通道（11），其特征在于：所述芯片（2）设置在玻璃基片（1）上，液体通道（11）设置在芯片（2）上，液体通道（11）的起始端设有液体入口Ⅰ（3），液体通道（11）的一侧的垂直方向上设有三个平行排列的液体入口Ⅱ（4）、液体入口Ⅲ（5）和液体入口Ⅳ（6），液体通道（11）的末端设有扩张部分（12），所述扩张部分（12）包括位于液体通道（11）末端两侧对称的圆弧段，两侧圆弧段之间的开口分成四个相邻分支，分支的末端设有液体出口Ⅰ（7）、液体出口Ⅱ（8）、液体出口Ⅲ（9）和液体出口Ⅳ（10）。2.根据权利要求1所述的液滴流微反应器的集成装置，其特征在于：所述芯片（2）和液体通道（11）均采用PDMS聚二甲基硅氧烷材料制成。3.根据权利要求1所述的液滴流微反应器的集成装置，其特征在于：所述圆弧段的末端到两段圆弧段连接后的中点形成的两边与四个相邻分支开口处的四边组成一个等边六边形。4.根据权利要求1所述的液滴流微反应器的集成装置，其特征在于：所述芯片（2）长度为25mm，宽度为10mm，厚度为5mm；所述液体通道（11）高度为0.1mm，宽度为0.1mm；所述液体入口Ⅰ（3）、液体入口Ⅱ（4）、液体入口Ⅲ（5）、液体入口Ⅳ（6）、液体出口Ⅰ（7）、液体出口Ⅱ（8）、液体出口Ⅲ（9）和液体出口Ⅳ（10）的直径均为0.1mm；所述液体入口Ⅱ（4）、液体入口Ⅲ（5）和液体入口Ⅳ（6）相邻两者之间距离为3...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙威，赵娜，陈娅君，杨绍华，柴辉，吴张永，张晓龙，魏镜弢，王庭有，蔡晓明，莫子勇，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53
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