用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片及其方法技术

本发明专利技术公开了一种用于有机合成中干燥过程的微流控芯片及其方法，属于微流控芯片技术和有机合成领域。该微流控芯片中设有微通道，且微通道的两端分别设有通道入口和通道出口；微通道沿程设有若干个凹形腔，所述的凹形腔由通道内壁向背离通道中心一侧凹陷而成。本发明专利技术的干燥用微流控芯片，结构简单，易于自动化，可实现芯片通道内流体的干燥脱溶剂和溶剂换相，可广泛用于微流控合成反应。

Microfluidic chips and their methods for drying in synthetic reactions

The invention discloses a microfluidic chip for drying process in organic synthesis and a method thereof, belonging to the field of microfluidic chip technology and organic synthesis. The microfluidic chip is equipped with a microchannel, and the two ends of the microchannel are respectively provided with a channel entrance and a channel outlet; along the microchannel, there are several concave cavities, which are formed by the concave cavity from the inner wall of the channel to the side away from the center of the channel. The drying microfluidic chip of the invention has simple structure and is easy to automate. It can realize the drying of the fluid in the channel of the chip and solvent commutation, and can be widely used in the microfluidic synthesis reaction.

【技术实现步骤摘要】
用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片及其方法
本专利技术属于微流控芯片技术和有机合成领域，具体涉及一种用于有机合成中干燥过程的微流控芯片及其方法。
技术介绍
微流控技术起源于一种调节微流体通道中流体的技术，这项技术在生物化学工程中有着广泛的应用。微流控技术的出现，促进了有机化学、材料科学和生物医学等相关领域的发展，开辟了得到理想产品的新途径，同时在分子水平上为深入研究机理提供了可能性。在微流控芯片中进行化学反应，提高了反应的可控性、安全性以及选择性，使用的试剂量小、反应快速、占地面积小。其中，主要的两大优势是：(ⅰ)能在短的时间/空间尺度内进行混合和传热/传质；(ⅱ)可以精确控制到nm和pL水平。这些优点主要来源于热和质量的传递与尺寸有关。流体体积小使得雷诺数低，流体越来越受粘度而不是惯性的影响。此外，通道内表面积与体积的比例大，确保了整个反应器的热均匀性以及装置和所含流体之间的热传递很快。在化学合成中，经常会涉及干燥和脱溶剂的过程，比如合成FDG以及间接标记合成18F-奥曲肽过程中的氟化反应。需要进行无水反应以及溶剂交换，常规的有机合成用的器皿可以方便地实现干燥，但在微流控系统中，由于通道尺寸太小，且所需干燥脱水的流体体积少，整个流体充满微通道后，沸腾加热和通气干燥均会将溶液从微通道直接排出，所以该法难以在微流控芯片中使用，目前报道的微流控芯片合成主要用PDMS透气膜的形式来实现气液分离，但是这些应用因为采用了透气的PDMS材料，在强酸强碱等场合无法应用，限制了涉及无水反应的多步合成。因此，亟需一种新的微流控技术以突破这个瓶颈状态，实现微流控芯片通道内流体的干燥脱水以及溶剂交换，以用于涉及无水反应的多步合成。
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用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片，结构简单，操作方便，可实现芯片通道内流体的干燥脱水以及溶剂交换，可用于多步合成反应。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片，该微流控芯片中设有微通道，且微通道的两端分别设有通道入口和通道出口；微通道沿程设有若干个凹形腔，所述的凹形腔由通道内壁向背离通道中心一侧凹陷而成。本专利技术中，微通道是指用于实现微流控反应的细小通道，其尺寸一般为100-2000μm。通道中心是指微通道用于流通试剂或者气体的通道中心线所在位置，因此通道内壁上向背离通道中心一侧凹陷就是指通道内壁由通道中心朝向芯片基材一侧凹陷，但凹陷方向并不一定要完全垂直通道内壁，可根据需要调整。微通道的通道入口可通入气体和液体试剂，出口可排除气体或液体或气液混合物。由于凹形腔开设于通道内壁上，因此其尺寸也较小，当液体试剂流经该腔体时，试剂会因为表面张力被滞留在腔体内，而不会被气流推动带出微通道。后续保持气体不断通入微通道，即可使腔内的滞留试剂不断蒸发，实现干燥。该微流控芯片相对于采用PDMS透气膜的方法，其能够以简单的结构实现试剂干燥脱水以及溶剂交换，而且在强酸强碱等场合也可以应用。作为优选，所述微通道的通道入口具有多个，所有通道入口均通过支路通道连通微通道的前端。设置多个通道入口可以使得不同的气体或者液体反应试剂能够从不同口进入微通道，而无需采用复杂的阀切换。进一步的，所述微通道的通道入口优选具有两个，其中第一通道入口作为待干燥试剂的入口，第二通道入口作为干燥气体的入口，两个通道入口各自通过一条支路通道汇流后，连通微通道的前端。本专利技术中，干燥气体是指通入微通道中，用于对试剂进行干燥的气体。该设置方式能够方便地实现对液体试剂的干燥脱水。进一步的，所述的干燥气体为惰性气体，以避免与待干燥试剂中的有效成分发生反应。作为优选，所述的微通道在微流控芯片中呈蛇形弯曲分布，以增加微通道长度，减小芯片的尺寸。作为优选，所述的凹形腔水平布置于微通道的两侧，以便于试剂进出该凹形腔。作为优选，所述的凹形腔朝向微通道的内表面呈光滑弧面，以避免产生死体积。作为优选，所述的微流控芯片采用与待干燥试剂不反应的耐腐蚀材质，优选为石英、硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃。本专利技术的另一目的在于提供一种利用上述任一方案所述的微流控芯片在合成反应中实现干燥过程的方法，具体如下：首先将待干燥试剂通过微通道的通道入口注入微通道上游位置；然后通过通道入口向微通道中通入干燥气体，推动待干燥试剂向微通道的下游移动，且沿程经过所述凹形腔时被不断滞留于腔内；保持干燥气体持续通入，使所述凹形腔内的滞留试剂不断蒸发，直至干燥。作为优选，注入微通道的待干燥试剂量不大于微通道沿程所有凹形腔的有效容积。由此，所有注入的试剂均可完全保留在微通道内，不会被带出微通道。对于凹形腔而言，其有效容积是指在待干燥试剂被干燥气体推动流经凹形腔时，腔内所能够容纳的最大试剂体积。本专利技术的干燥用微流控芯片，结构简单，易于自动化，可实现芯片通道内流体的干燥脱溶剂以和溶剂换相，可广泛用于微流控合成反应。附图说明图1为用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片的一种结构示意图；图2为用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片的另一种结构示意图；图3为微流控芯片的第一个使用状态示意图(试剂注入)；图4为微流控芯片的第二个使用状态示意图(干燥气体通入)；图5为微流控芯片的第三个使用状态示意图(滞留试剂逐渐干燥)；图6为微流控芯片的第四个使用状态示意图(换相溶剂注入)；图中附图标记：第一通道入口1、第二通道入口2、通道出口3、微通道4、凹形腔5、液体试剂6、干燥气体7、滞留试剂8。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。本专利技术中的微流控芯片，可用于有机合成反应中实现溶剂干燥过程或者溶剂换相过程。该微流控芯片中设有微通道4，且微通道4的两端分别设有通道入口和通道出口，用于通入和排出气体/液体。本专利技术的微流控芯片核心在于在微通道4的沿程路径上设置多个凹形腔5，凹形腔5由通道内壁上向背离通道中心一侧凹陷而成。凹形腔5的主要作用是在待干燥液体试剂流经时，能够在表面张力的作用下被滞留在腔体内，当凹形腔5的数量足够多时，能够将所有试剂都滞留在凹形腔5内，使其不会被气体带出微通道。而且由于凹形腔5与微通道是相连的，因此后续保持气体不断通入微通道，即可使腔内的滞留试剂不断蒸发。凹形腔5的尺寸和形状不限，其在通道内壁上的开设方向，即凹陷方向也可以根据需要进行调整。凹形腔5的深度会影响蒸发干燥的效果，加大深度有利于容纳溶液，增加单次处理量；减小深度，可增大蒸发速度，但会缩小单次处理量；同样的，凹形腔5的开口大小也会改变蒸发面积，进而改变蒸发速度。通道入口和通道出口可以设置一个或多个，根据反应的具体要求进行确定。当仅设置一个通道入口时，不同的液体试剂以及气体需要通过阀切换方式注入该通道入口，当通道入口具有多个时，可通过支路通道将各入口注入的气体或液体试剂均通入微通道4的前端。当有多路支路通道时，各支路通道可汇流后在一并连接微通道4，也可以分别连接至微通道4的不同位置，但需要注意的是由于干燥气体需要推动待干燥试剂，因此通入干燥气体的支路通道在微通道4上的接入位置，应尽量位于通入待干燥试剂的支路通道的接入位置的上游或同一位置。如图1所示，为一实施例中用于合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片，其特征在于，所述的微流控芯片中设有微通道(4)，且微通道(4)的两端分别设有通道入口和通道出口；微通道(4)沿程设有若干个凹形腔(5)，所述的凹形腔(5)由通道内壁向背离通道中心一侧凹陷而成。

【技术特征摘要】
1.一种用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片，其特征在于，所述的微流控芯片中设有微通道(4)，且微通道(4)的两端分别设有通道入口和通道出口；微通道(4)沿程设有若干个凹形腔(5)，所述的凹形腔(5)由通道内壁向背离通道中心一侧凹陷而成。2.如权利要求1所述的用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片，其特征在于，所述微通道(4)的通道入口具有多个，所有通道入口均通过支路通道连通微通道(4)的前端。3.如权利要求2所述的用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片，其特征在于，所述微通道(4)的通道入口具有两个，其中第一通道入口(1)作为待干燥试剂的入口，第二通道入口(2)作为干燥气体的入口，两个通道入口各自通过一条支路通道汇流后，连通微通道(4)的前端。4.如权利要求2所述的用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片，其特征在于，所述的干燥气体为惰性气体。5.如权利要求1所述的用于合成反应中实现干燥过程的微流控芯片，其特征在于，所述的微通道(4)在微流控芯片中呈蛇形弯曲分布。6.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘建章，方群，徐光明，张宏，田梅，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33