一种基于聚焦声表面调控的液滴融合微流控装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于聚焦声表面波调控的液滴融合微流控装置及方法，该装置包括叉指换能器，叉指换能器上设置有两个聚焦式弧形电极，在叉指换能器上部键合有微流道系统，聚焦式弧形电极与微流道系统配合，微流道系统装有第一收集出口接头、第一分散相入口接头、连续相入口接头、第二分散相入口接头、第二收集出口接头。本发明专利技术通过叉指换能器产生的聚焦声表面波和液滴微流道结构，在微流道中柔性的实现对不同大小液滴融合控制；采用对称结构，增强微流控器件耐用性和可重复性；不仅适用于微液滴之间融合操控，还适用于微气泡之间、微液滴与微气泡之间融合操控；声表面波具有非接触，良好的生物兼容性，满足包括生化医疗等领域中液滴融合技术的需要。液滴融合技术的需要。液滴融合技术的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚焦声表面调控的液滴融合微流控装置及方法


[0001]本专利技术属于微流控
，特别涉及一种基于聚焦声表面波调控的液滴融合微流控装置及方法。

技术介绍

[0002]借助于微流控芯片技术的不断发展，作为微流控
的重要组成部分，液滴微流控技术从无到有，发展迅速。液滴微流控旨在通过不相容的多相流体构造离散的微液滴，微液滴相互独立的性质可保证生化反应在像隔室一样的微液体环境中进行，因此液滴微流控技术也被称为“数字微流体技术”，可实现数字化、可编程化，为解决生化医疗方面极具挑战的研究问题提供了平台。鉴于微液滴技术消耗试剂少，均匀性好，具有较高的比表面积，可独立控制的优点，微液滴已成为生物、化学、医疗、材料制备应用中的重要实验平台。
[0003]微液滴在生成之后，可以作为封闭的生物环境模拟平台，进行PCR微反应、单细胞蛋白质分析、单细胞基因分析、单细胞培养、化学微反应等方面的研究。复杂的生化研究往往涉及液滴样品的封装、混合、反应和测量等一系列复杂的处理过程，液滴分选、分裂、融合、捕获、释放等精准液滴操控技术将使这些复杂的处理过程变得更加便捷、简单，其中液滴融合是液滴基生化混合和反应的最关键技术。
[0004]为了实现微液滴的精准融合，国内外科研人员提出了多种微液滴融合方法。目前，已有的微液滴融合方法主要可分为以下几类：1）依靠对微流控芯片中流道结构形状的设计，通过改变相邻液滴的运动速度，实现了相邻液滴的融合（详见Xize Niu, Shelly Gulati, Joshua B. Edel, et al. Pillar
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induced droplet merging in microfluidic circuits[J]. Lab Chip, 2008, 8, 1837
‑
1841. Sanghyun Lee, Hojin Kim, Dong
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Joon Won, et al. Pillar
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induced droplet merging in microfluidic circuits[J].Microfluid Nanofluid, 2016, 20:1.）。2）借助外加磁场，通过磁力诱导磁性液滴实现了相邻液滴的融合（详见V. B. Varma1, A. Ray, Z. M. Wang, et al. Droplet Merging on a Lab
‑
on
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a
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Chip Platform by Uniform Magnetic Fields[J]. Scientific Reports, 2016, 6: 37671）。3）借助外加电场，采用交流电场促使相邻液滴发生了融合（详见Adrian J. T. Teo, Say Hwa Tan，et al. On
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Demand Droplet Merging with an AC Electric Field for Multiple
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Volume Droplet Generation[J]. Anal. Chem, 2020, 92, 1147
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1153）。
[0005]但在以上微液滴的融合方法中，仅依靠流道结构的方法需要严格的流道设计参数才能满足液滴融合的需要，且适用液滴融合的粒径范围有限，灵活性较差；依靠磁性实现液滴融合仅适用于磁性液滴，适用范围有限；依靠电场的液滴融合方式虽然简单，但置于流道中的电极在产生电场作用液滴的同时，也会对生物样本产生不可避免损伤，甚至使样本失活，不能广泛适用于生物医学微流控技术的需要。

技术实现思路

[0006]为了克服上述技术方法的不足，促进微液滴融合技术的发展，本专利技术的目的在于提供一种基于聚焦声表面波调控的液滴融合微流控装置及方法，通过聚焦叉指换能器产生的聚焦声表面波和液滴微流道结构，可以在微流道中柔性的实现对不同大小液滴融合控制；采用了对称结构设计，增强了微流控器件的耐用性和可重复性；不仅适用于微液滴之间的融合操控，还适用于微气泡之间、微液滴与微气泡之间的融合操控；而且声表面波具有非接触，良好的生物兼容性，可以满足包括生化医疗等领域中液滴融合技术的需要。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种基于聚焦声表面调控的液滴融合微流控装置，包括叉指换能器，叉指换能器上设置有两个聚焦式弧形电极，在叉指换能器上部键合有微流道系统，聚焦式弧形电极与微流道系统配合，所述微流道系统为对称结构，微流道系统装有第一收集出口接头、第一分散相入口接头、连续相入口接头、第二分散相入口接头、第二收集出口接头，第一分散相入口接头和第二分散相入口接头以连续相入口接头为中心对称设置。
[0008]上述基于聚焦声表面调控的液滴融合微流控装置，所述微流道系统包括第一分散相流道、连续相流道、第二分散相流道，第一分散相流道的入口端为第一分散相入口，第一分散相流道的出口端与连续相流道连接贯通；其中第一分散相流道和第二分散相流道是以连续相流道为中心轴的对称结构；连续相流道的入口端为连续相入口，连续相流道的出口端与第一输送流道、第二输送流道连接贯通，连续相流道的末端与第一分散相流道的出口端、第二分散相流道的出口端连接贯通；第二分散相流道的入口端为第二分散相入口，第二分散相流道的出口端与连续相流道在流道间隔末端连接贯通；第一输送流道入口端、第二输送流道入口端与连续相流道连接贯通，第一输送流道出口端、第二输送流道出口端在汇聚流道入口端交汇贯通；第一融合流道入口端、第二融合流道入口端为汇聚流道的出口端，第一融合流道的出口端为第一收集出口，第二融合流道的出口端为第二收集出口；第一收集出口接头与第一收集出口同轴配合并连接贯通；第一分散相入口接头与第一分散相入口同轴配合并连接贯通；连续相入口接头与连续相入口同轴配合并连接贯通；第二分散相入口接头与第二分散相入口同轴配合并连接贯通；第二收集出口接头与第二收集出口同轴配合并连接贯通。
[0009]上述基于聚焦声表面调控的液滴融合微流控装置，所述叉指换能器为聚焦式叉指换能器。
[0010]上述基于聚焦声表面调控的液滴融合微流控装置，聚焦式叉指换能器，包括压电基底，压电基底上制作有第一聚焦弧形叉指电极，第二聚焦弧形叉指电极，第一聚焦弧形叉指电极和第二聚焦弧形叉指电极均包括若干对圆弧形叉指，且圆弧形叉指交错排列，具有共同的聚焦中心，圆弧形叉指的圆心角为60
°
, 所述的第一聚焦弧形叉指电极、第二聚焦弧形叉指电极分别有两个信号输入端，其中一个为公共端；微流道系统有流道的下表面键合在聚焦式叉指换能器有叉指电极的上表面；在水平方向上，第一聚焦弧形叉指电极的聚焦中心位于第一融合流道靠近电极一侧的流道壁上，第二聚焦弧形叉指电极的聚焦中心位于第二融合流道靠近电极一侧的流道壁上；在垂直方向上，第一聚焦弧形叉指电极、第二聚焦弧形叉指电极对称分布于汇聚流道的两侧。
[0011]上述基于聚焦声表面调控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于聚焦声表面调控的液滴融合微流控装置，包括叉指换能器（700），其特征在于，叉指换能器（700）上设置有两个聚焦式弧形电极，在叉指换能器上部键合有微流道系统（100），聚焦式弧形电极与微流道系统（100）配合，所述微流道系统为对称结构，微流道系统（100）装有第一收集出口接头（200）、第一分散相入口接头（300）、连续相入口接头（400）、第二分散相入口接头（500）、第二收集出口接头（600），第一分散相入口接头（300）和第二分散相入口接头（500）以连续相入口接头（400）为中心对称设置。2.根据权利要求1所述的基于聚焦声表面调控的液滴融合微流控装置，其特征在于，所述微流道系统（100）包括第一分散相流道（102）、连续相流道（104）、第二分散相流道（106），其中第一分散相流道（102）和第二分散相流道（106）是以连续相流道（104）为中心轴的对称结构，第一分散相流道（102）的入口端为第一分散相入口（101），第一分散相流道（102）的出口端与连续相流道（104）连接贯通；连续相流道（104）的入口端为连续相入口（103），连续相流道（104）的出口端与第一输送流道（107）、第二输送流道（113）连接贯通，连续相流道（104）的末端与第一分散相流道（102）的出口端、第二分散相流道（106）的出口端连接贯通；第二分散相流道（106）的入口端为第二分散相入口（105），第二分散相流道（106）的出口端与连续相流道（104）在流道间隔（114）末端连接贯通；第一输送流道（107）入口端、第二输送流道（113）入口端与连续相流道（104）连接贯通，第一输送流道（107）出口端、第二输送流道（113）出口端在汇聚流道（112）入口端交汇贯通；第一融合流道（110）入口端、第二融合流道（109）入口端为汇聚流道（112）的出口端，第一融合流道（110）的出口端为第一收集出口（111），第二融合流道（109）的出口端为第二收集出口（108）；第一收集出口接头（200）与第一收集出口（111）同轴配合并连接贯通；第一分散相入口接头（300）与第一分散相入口（101）同轴配合并连接贯通；连续相入口接头（400）与连续相入口（103）同轴配合并连接贯通；第二分散相入口接头（500）与第二分散相入口（105）同轴配合并连接贯通；第二收集出口接头（600）与第二收集出口（108）同轴配合并连接贯通。3.根据权利要求1所述的基于聚焦声表面调控的液滴融合微流控装置，其特征在于，所述叉指换能器为聚焦式叉指换能器。4.根据权利要求3所述的基于聚焦声表面调控的液滴融合微流控装置，其特征在于，聚焦式叉指换能器（700），包括压电基底（703），压电基底（703）上制作有第一聚焦弧形叉指电极（701），第二聚焦弧形叉指电极（702），第一聚焦弧形叉指电极和第二聚焦弧形叉指电极均包括若干对圆弧形叉指，且圆弧形叉指交错排列，具有共同的聚焦中心，圆弧形叉指的圆心角为60
°
， 所述的第一聚焦弧形叉指电极（701）、第二聚焦弧形叉指电极702分别有两个信号输入端，其中一个为公共端；微流道系统（100）有流道的下表面键合在聚焦式叉指换能器（700）有叉指电极的上表面；在水平方向上，第一聚焦弧形叉指电极（701）的聚焦中心位于第一融合流道（110）靠近电极一侧的流道壁上，第二聚焦弧形叉指电极（702）的聚焦中心位于第二融合流道（109）靠近电极一侧的流道壁上；在垂直方向上，第一聚焦弧形叉指电极（701）、第二聚焦弧形叉指电极（702）对称分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：金少搏，韦学勇，叶国永，王通，刘旭玲，王鹏鹏，曹娜，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：