一种微流控芯片及其在制备脂质纳米颗粒中的应用制造技术

本发明专利技术涉及微流控技术领域，公开了一种微流控芯片及其在制备脂质纳米颗粒中的应用。该微流控芯片包括芯片本体，其正面设有第一流体流道，第二流体流道和混合流道；混合流道的底面沿流向设有呈双列交错排列的浅阶梯凹腔和深阶梯凹腔，包括相互平行的左单列和右单列；左单列和右单列中的阶梯凹腔各自与混合流道的两侧壁衔接，由两个单列构成的平行双列中所有阶梯凹腔沿流向以“右单列的浅阶梯凹腔

【技术实现步骤摘要】
一种微流控芯片及其在制备脂质纳米颗粒中的应用


[0001]本专利技术涉及微流控
，尤其涉及一种微流控芯片及其在制备脂质纳米颗粒中的应用。

技术介绍

[0002]微流控技术(Microfluidics)的出现为高质量制备微纳米材料提供了新的契机，微流控技术是一种在微纳尺度的通道内操控流体的技术，具有自动化、连续化、重现性高、操作简单等优点。目前该技术已被广泛用于生物医学分析、纳米材料合成等前沿领域，与传统的间歇反应相比，基于微流控技术的微纳米材料合成能够实现精确的反应控制、高速的混合反应，使材料以可控、可持续和节约成本的方式进行连续化合成，极具工业化生产的潜力和优势。
[0003]脂质纳米颗粒(Lipid Nanoparticles，LNP)作为一种纳米药物载体，特别适合于siRNA、mRNA、pDNA及小分子药物的递送。由于其对活性成分的包载率高、稳定性好、毒副作用小等优势，已经被越来越多的药物研发及生产机构所关注。
[0004]目前，脂质纳米颗粒可通过微流控芯片来制备。微流控芯片通常含有小的通道尺寸和通道多样性。微流控芯片制备脂质纳米颗粒的优势包括：粒径形态可控、单分散性、绿色环保且低耗。与传统制备方法相比，采用微流控技术制备纳米材料具有重复性更优、操作更加简易、可以更好的实现生产的放大。采用微流控制备脂质体纳米粒可缩短混合时间、提高均一性，实现高通量和连续生产、纳米颗粒生产的集成和自动化，通过精确的流速控制，可实现多种粒径的控制。
[0005]微流控芯片的特点是通道小，一般为微米尺寸，利用了流体扩散的原理，但过小的通道尺寸（小于100um）存在压降大且易堵的问题；若通道放大，则混合效果下降明显。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种微流控芯片及其在制备脂质纳米颗粒中的应用。本专利技术微流控芯片中含有特殊的多阶混合流道结构，在较低的压降下同时具备出色的混合效果，适用于微流体的混合和机理研究，尤其适用于制备脂质纳米颗粒。
[0007]本专利技术的具体技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种微流控芯片，包括芯片本体；所述芯片本体的正面上设有：第一流体进口；第二流体进口；与第一流体进口连通的第一流体流道；与第二流体进口连通的第二流体流道；混合流道；第一流体流道和第二流体流道的末端汇流后与混合流道的入口连通；混合流道的底面沿流向设有呈双列交错排列的浅阶梯凹腔和深阶梯凹腔，包括相互平行的
左单列和右单列；左单列和右单列中的阶梯凹腔各自与混合流道的两侧壁衔接，由两个单列构成的平行双列中所有阶梯凹腔沿流向以“右单列的浅阶梯凹腔
→
左单列的深阶梯凹腔
→
左单列的浅阶梯凹腔
→
右单列的深阶梯凹腔”作为最小重复单元排列；与混合流道的末端连通的流体出口。
[0008]本专利技术微流控芯片的工作原理为：两股流体分别由第一流体进口和第二流体进口进入第一流体流道和第二流体流道，于第一流体流道和第二流体流道末端汇流处汇流并进入混合流道。本专利技术中混合流道采用了特殊的多阶阶梯型结构，流体在经过该多阶阶梯型结构，流时会产生起伏运动，在不增加流体阻力的前提下，大大增强了扰动性，使平流变成了湍流，增强了混合效果。
[0009]与常规设计中在流道同一水平面上设计扰流块使流体实现湍流相比，本专利技术的多阶阶梯型结构具有以下优势：
①
阶梯结构可以有效地改变流体的流向和速度分布，增加了流体与通道壁面之间的相对运动，从而提高了传质效率。
②
阶梯结构可以减少常规扰流块对通道截面的遮挡，降低了压力损失和能量消耗。
③
阶梯结构可以利用起伏运动产生的离心力和惯性力，在阶梯交界处形成局部旋涡和二次流，进一步增强了湍流程度和紊动强度。因此，阶梯结构相较于常规扰流块不仅可以有效地提高流体通道中的混合效果，并且还会减小压降。
[0010]具体地，本专利技术混合流道的多阶阶梯结构，流体在流入浅阶梯凹腔时，可同时分两边流动，增加了横向流动的惯性力，接着一边向上扰动进入主通道，另一边向下进入深阶梯凹腔，同时另一部分主通道中的流体直接进入深阶梯凹腔。高低二个阶梯结构可以使流体在不同高度的平台之间发生起伏运动，从而改变流体的速度、压力和湍流程度。与一个阶梯结构相比，多阶梯结构有以下优势：
①
可以进一步增加流体的混合效率以提高传热和传质性能。
②
可以进一步减少流体对壁面的冲击力以降低噪声和振动。
③
可以进一步调节流体的分布和方向以实现多相流或非均匀流的控制。此外，根据流体力学理论，多阶梯结构可以通过以下机制来影响流体运动：（1）阶梯间隙处产生局部加速效应，使得上下两层平台之间形成压差驱动。（2）阶梯边缘处产生剪切效应，使得靠近壁面的粘性层与远离壁面的无粘层之间形成速度差异。（3）阶梯后方处产生涡旋效应，使得涡核内部的低压区域与涡外部的高压区域之间形成循环交换。
[0011]作为优选，所述第一流体通道和第二流体通道的前段流道宽度以及混合流道的宽度大于第一流体通道和第二流体通道的后段流道宽度。所述第一流体通道和第二流体通道的末端汇流处呈110
‑
130度夹角，混合流道与第一流体通道和第二流体通道的夹角相等。
[0012]作进一步优选，所述前段流道的宽度为0.2
‑
0.6mm，所述后段流道的宽度为0.1
‑
0.3mm；所述混合流道的宽度为0.2
‑
0.6mm。
[0013]作为优选，所述左单列与右单列中相对应的两个阶梯凹腔的相向端部衔接，单个阶梯凹腔的长度方向与其所衔接的混合流道侧壁的夹角为40
‑
50度。
[0014]减小单个阶梯凹腔的长度方向与其连接的侧壁之间的夹角，可以减小压力损失，提高流体的混合效率。单个阶梯凹腔的长度方向与其所连接的混合流道侧壁之间的夹角影响着混合流道中流体的微混合效果，选择40
°‑
50
°
可平衡阶梯腔内流体的混合性能和压降。
[0015]作为优选，所述混合流道的深度为0.1
‑
0.6mm；所述浅阶梯凹腔相对混合流道的深度为0.04
‑
0.2mm；所述深阶梯凹腔相对混合流道的深度为0.12
‑
0.4mm。进一步优选，所述混
合流道的深度为0.1
‑
0.3mm；所述浅阶梯凹腔相对混合流道的深度为0.08
‑
0.12mm；所述深阶梯凹腔相对混合流道的深度为0.16
‑
0.24mm。
[0016]微流控芯片由于尺度小，一般均为层流状态，宽深比设计局限于加工难度。流道深度是影响流体流动和传质的重要参数，通常需要根据微流控芯片的设计目标和工况条件来确定。一般来说，流道深度越小，流体的雷诺数越小，流动越趋于层流状态；深度越大，有利于提高传质效率和反应速率，但是过深的流道深度也会增加流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片，其特征在于：包括芯片本体；芯片本体的正面设有：第一流体进口；第二流体进口；与第一流体进口连通的第一流体流道；与第二流体进口连通的第二流体流道；混合流道；第一流体流道和第二流体流道的末端汇流后与混合流道的入口连通；混合流道的底面沿流向设有呈双列交错排列的浅阶梯凹腔和深阶梯凹腔，包括相互平行的左单列和右单列；左单列和右单列中的阶梯凹腔各自与混合流道的两侧壁衔接，由两个单列构成的平行双列中所有阶梯凹腔沿流向以“右单列的浅阶梯凹腔
→
左单列的深阶梯凹腔
→
左单列的浅阶梯凹腔
→
右单列的深阶梯凹腔”作为最小重复单元排列；与混合流道的末端连通的流体出口。2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于：所述第一流体通道和第二流体通道的前段流道宽度以及混合流道的宽度大于第一流体通道和第二流体通道的后段流道宽度。3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于：所述前段流道的宽度为0.2
‑
0.6mm，所述后段流道的宽度为0.1
‑
0.3mm，所述混合流道的宽度为0.2
‑
0.6mm。4.如权利要求1
‑
3之一所述的微流控芯片，其特征在于：所述第一流体通道和第二流体通道的末端汇流处呈110
‑
130
°
夹角，混合流道与第一流体通道和第二流体通道的夹角相等。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹益波，黄迪辉，马文超，张达，
申请(专利权)人：宁波玄流智造有限公司，
类型：发明
国别省市：