多级反应微流道结构、微流控芯片和非均相反应方法技术

本申请提供了多级反应微流道结构、微流控芯片和非均相反应方法，多级反应微流道结构包括：连续外三角扩张聚焦单元、主动阀定量均匀控制单元和多级非均相反应池单元；连续外三角扩张聚焦单元包括：连续外三角扩张聚焦流道和连续液相流道；主动阀定量均匀控制单元包括第一主动阀、第二主动阀和第三主动阀，第一主动阀包括内置阀塞、气相通道和气体缓冲室；连续液相流道内壁设有内置阀塞；多级非均相反应池单元包括一级非均相反应池单元和二级非均相反应池单元。本申请解决了如何设计一种微流控装置和操作工艺，使其能够在生成高分散液滴、颗粒的基础上，实现快速准确的定量控制进行精确高效非均相反应，且提高反应的充分性的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
多级反应微流道结构、微流控芯片和非均相反应方法
本申请涉及微流控
，尤其涉及一种多级反应微流道结构、微流控芯片和非均相反应方法。
技术介绍
随着科技的发展，越来越多个领域(能源、免疫、生化等)需要使用微型化反应手段进行高分散微量精准的操作，微流控技术由于可以实现很多难以完成的微加工和微操作受到了广泛的关注。微流控是利用微管道和装置对微量颗粒(或样品)进行一些常规方法所无法实现的操控。它可以将生物检测、一系列生物化学反应以及各类样品制备集成到微小的芯片上进行特殊操作，在多领域都具有广泛的应用前景。目前，常规的液滴或微球颗粒制备过程，主要是通过大尺度下的机械搅拌法，这样并不能精准筛选特定粒径尺寸的微球颗粒，且颗粒分散性低，参与反应的液滴(或颗粒)数量过多过少都不能保证反应的高效进行。可以通过特殊结构的微流控系统对液滴(或颗粒)进行均匀分散，定量控制后再进行有效、充分的反应，能有效地提高效率和实验成功率。使用微流控生成(或包裹颗粒的液滴)的方法有很多，主动式需外加磁场电场；被动式通常采用迪恩流，无需能量输入，装置简便易维护、体积小。被动迪恩流由于其操作简单方便且均匀高效成为目前微流控聚焦液滴(或包裹颗粒的液滴)最有效的方式之一。通过被动迪恩流聚焦，在微通道中可以将紊乱散布的微球、液滴聚焦形成特定位置等间距排布的微球、液滴队列。虽然在一定程度上实现液滴(或颗粒)的分散，但是需要一定长度螺旋形弯流道才能达到目的，而且很难进行精准的定量控制。因此，如何设计一种微流控装置和操作工艺，使其能够在生成高分散液滴、颗粒的基础上，实现快速准确的定量控制进行精确高效非均相反应，且提高反应的充分性，成为本领域技术亟待解决的问题之一。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种多级反应微流道结构、微流控芯片和非均相反应方法，用于解决如何设计一种微流控装置和操作工艺，使其能够在生成高分散液滴、颗粒的基础上，实现快速准确的定量控制进行精确高效非均相反应，且提高反应的充分性的技术问题。为解决上述问题，本申请提供了多级反应微流道结构，包括：连续外三角扩张聚焦单元、主动阀定量均匀控制单元和多级非均相反应池单元；所述连续外三角扩张聚焦单元包括：连续液相进样口、连续外三角扩张聚焦流道、连续液相流道、进气口和进气流道；所述连续液相进样口和所述连续外三角扩张聚焦流道进液端连通，所述连续液相流道进液端和所述连续外三角扩张聚焦流道的出液端连通，所述进气流道的出气端与所述连续液相流道连通，所述进气流道的经进气端与所述进气口连通；所述多级非均相反应池单元包括一级非均相反应池单元和二级非均相反应池单元；所述一级非均相反应池单元包括：第一反应液相进样口、第一反应液相流道、第一非均相反应池和第一出液流道；所述第一反应液相流道的进液端与所述第一反应液相进样口连通，出液端与所述第一非均相反应池的进液端连通，所述连续液相流道的出液端与所述第一非均相反应池的进液端连通，所述非均相反应池的出液端与所述第一出液流道的进液端连通；所述二级非均相反应池单元包括：第二反应液相进样口、第二反应液相流道、第二非均相反应池、第二出液流道和混合相出样口；所述第二反应液相流道的进液端与所述第二反应液相进样口连通，出液端与所述第二非均相反应池的进液端连通，所述第一出液流道的出液端与所述第二非均相反应池的进液端连通，所述非均相反应池的出液端与所述第二出液流道连通，所述第二出液流道的出液端与所述混合相出样口连通；所述主动阀定量均匀控制单元包括：第一主动阀、第二主动阀和第三主动阀，所述第一主动阀设置于所述连续液相流道，所述第二主动阀设置于所述第一出液流道，所述第三主动阀设置于所述第二出液流道；所述第一主动阀包括：内置阀塞、气相进样口、气相通道和气体缓冲室；内置阀塞设置于所述连续液相流道中，所述气相通道出气端与所述气体缓冲室连通，进气端与所述气相进样口连通，所述气体缓冲室与所述内置阀塞相对应；所述第二主动阀和所述第三主动阀均与所述第一主动阀的结构相同。进一步的，所述连续外三角扩张聚焦流道呈螺旋状；所述连续外三角扩张聚焦流道的进液端位于所述螺旋状的中心；所述连续外三角扩张聚焦流道的出液端位于所述螺旋状的外侧。进一步的，所述第一主动阀的数量至少有一个，所述第二主动阀的数量至少有一个。进一步的，所述内置阀塞包括梯形阀块和长方形阀块；所述梯形阀块设置于所述连续液相流道内壁远离于所述气体缓冲室的一侧，且梯形阀块的底面与所述连续液相流道的内壁贴合；所述长方形阀块设置于所述连续液相流道内壁靠近于所述气体缓冲室的一侧，所述长方形阀块与所述梯形阀块错位分布，且所述长方形阀块与所述梯形阀块相对应的侧壁位于所述连续液相流道的同一截面上。进一步的，所述气体缓冲室和所述连续液相流道的材质均为可变形材质，所述气体缓冲室在非充气状态下不产生形变，所述气体缓冲室在充气状态下扩张并与所述连续液相流道的一侧相抵接，使所述连续液相流道的内壁与所述内置阀塞充分接触，从而实现所述连续液相流道的阻断。进一步的，所述连续液相流道、所述气相通道和反应液相流道横截面均呈矩形，且各种流道高度统一，且高度均为100μm～200μm。进一步的，所述第一非均相反应池和所述第二非均相反应池的侧壁均为圆形侧壁。本申请还提供了一种微流控芯片，包括芯片本体和上述的多级反应微流道结构；所述多级反应微流道结构设置于所述芯片本体内。进一步的，所述芯片本体包括基板和盖板；所述多级反应微流道结构设置于所述基板的上表面；所述盖板覆盖于所述基板的上表面，且所述连续液相进样口、所述气相进样口、所述反应液相进样口和所述混合相出样口均贯通于所述盖板。进一步的，还包括输送装置和提取装置；所述输送装置包括与所述连续液相进样口连通的第一输送泵、与所述第一主动阀的气相进样口连通的第二输送泵、与所述第一反应液相进样口连通的第三输送泵、与所述第二主动阀的气相进样口连通的第四输送泵、与所述第二反应液相进样口连通的第五输送泵、与所述第三主动阀的气相进样口连通的第六输送泵、与所述进气口连通的第七输送泵；所述提取装置和所述混合相出样口连通。本申请还提供了一种非均相反应方法，应用于上述的多级反应微流道结构，包括步骤：将微球悬浮液通过连续外三角扩张聚焦流道均匀、稳定分散并流入至连续液相通道，并通过连续液相流道导入至第一非均相反应池；通过主动阀定量均匀控制单元的第一主动阀调节连续液相流道的流量；将一种反应液通过第一反应液相流道进入第一非均相反应池，并与第一非均相的微球悬浮液进行短暂接触后进入第一非均相反应池中反应，并通过第一出液流道传输至第二非均相反应池中；通过主动阀定量均匀控制单元的第二主动阀调节第一出液流道的流量；将另一种反应液通过第二反应液相流道进入第二非均相反应池，并与第二非均相反应池中的物质进行充分反应，反应后的物质从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多级反应微流道结构，其特征在于，包括：连续外三角扩张聚焦单元、主动阀定量均匀控制单元和多级非均相反应池单元；/n所述连续外三角扩张聚焦单元包括：连续液相进样口、连续外三角扩张聚焦流道、连续液相流道、进气口和进气流道；/n所述连续液相进样口和所述连续外三角扩张聚焦流道进液端连通，所述连续液相流道进液端和所述连续外三角扩张聚焦流道的出液端连通，所述进气流道的出气端与所述连续液相流道连通，所述进气流道的进气端与所述进气口连通；/n所述多级非均相反应池单元包括一级非均相反应池单元和二级非均相反应池单元；/n所述一级非均相反应池单元包括：第一反应液相进样口、第一反应液相流道、第一非均相反应池和第一出液流道；/n所述第一反应液相流道的进液端与所述第一反应液相进样口连通，出液端与所述第一非均相反应池的进液端连通，所述连续液相流道的出液端与所述第一非均相反应池的进液端连通，所述非均相反应池的出液端与所述第一出液流道的进液端连通；/n所述二级非均相反应池单元包括：第二反应液相进样口、第二反应液相流道、第二非均相反应池、第二出液流道和混合相出样口；/n所述第二反应液相流道的进液端与所述第二反应液相进样口连通，出液端与所述第二非均相反应池的进液端连通，所述第一出液流道的出液端与所述第二非均相反应池的进液端连通，所述非均相反应池的出液端与所述第二出液流道连通，所述第二出液流道的出液端与所述混合相出样口连通；/n所述主动阀定量均匀控制单元包括：第一主动阀、第二主动阀和第三主动阀，所述第一主动阀设置于所述连续液相流道，所述第二主动阀设置于所述第一出液流道，所述第三主动阀设置于所述第二出液流道；/n所述第一主动阀包括：内置阀塞、气相进样口、气相通道和气体缓冲室；/n内置阀塞设置于所述连续液相流道中，所述气相通道出气端与所述气体缓冲室连通，进气端与所述气相进样口连通，所述气体缓冲室与所述内置阀塞相对应；/n所述第二主动阀和所述第三主动阀均与所述第一主动阀的结构相同。/n...

【技术特征摘要】
1.多级反应微流道结构，其特征在于，包括：连续外三角扩张聚焦单元、主动阀定量均匀控制单元和多级非均相反应池单元；
所述连续外三角扩张聚焦单元包括：连续液相进样口、连续外三角扩张聚焦流道、连续液相流道、进气口和进气流道；
所述连续液相进样口和所述连续外三角扩张聚焦流道进液端连通，所述连续液相流道进液端和所述连续外三角扩张聚焦流道的出液端连通，所述进气流道的出气端与所述连续液相流道连通，所述进气流道的进气端与所述进气口连通；
所述多级非均相反应池单元包括一级非均相反应池单元和二级非均相反应池单元；
所述一级非均相反应池单元包括：第一反应液相进样口、第一反应液相流道、第一非均相反应池和第一出液流道；
所述第一反应液相流道的进液端与所述第一反应液相进样口连通，出液端与所述第一非均相反应池的进液端连通，所述连续液相流道的出液端与所述第一非均相反应池的进液端连通，所述非均相反应池的出液端与所述第一出液流道的进液端连通；
所述二级非均相反应池单元包括：第二反应液相进样口、第二反应液相流道、第二非均相反应池、第二出液流道和混合相出样口；
所述第二反应液相流道的进液端与所述第二反应液相进样口连通，出液端与所述第二非均相反应池的进液端连通，所述第一出液流道的出液端与所述第二非均相反应池的进液端连通，所述非均相反应池的出液端与所述第二出液流道连通，所述第二出液流道的出液端与所述混合相出样口连通；
所述主动阀定量均匀控制单元包括：第一主动阀、第二主动阀和第三主动阀，所述第一主动阀设置于所述连续液相流道，所述第二主动阀设置于所述第一出液流道，所述第三主动阀设置于所述第二出液流道；
所述第一主动阀包括：内置阀塞、气相进样口、气相通道和气体缓冲室；
内置阀塞设置于所述连续液相流道中，所述气相通道出气端与所述气体缓冲室连通，进气端与所述气相进样口连通，所述气体缓冲室与所述内置阀塞相对应；
所述第二主动阀和所述第三主动阀均与所述第一主动阀的结构相同。


2.根据权利要求1所述的多级反应微流道结构，其特征在于，所述连续外三角扩张聚焦流道呈螺旋状；
所述连续外三角扩张聚焦流道的进液端位于所述螺旋状的中心；
所述连续外三角扩张聚焦流道的出液端位于所述螺旋状的外侧。


3.根据权利要求1所述的多级反应微流道结构，其特征在于，所述第一主动阀的数量至少有一个，所述第二主动阀的数量至少有一个。


4.根据权利要求1所述的多级反应微流道结构，其特征在于，所述内置阀塞包括梯形阀块和长方形阀块；
所述梯形阀块设置于所述连续液相流道内壁远离于所述气体缓冲室的一侧，且梯形阀块的底面与所述连续液相流道的内壁贴合；
所述长方形阀块设置于所述连续液相流道内壁靠近于所述气体缓冲室的一侧，所述长方形阀块与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，蒋志强，李嘉辉，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44