本发明专利技术涉及微液滴生成技术领域，尤其是一种提高微液滴体积占比的生成装置及生成方法，包括：储液装置，包括储存连续相流体的连续相储液瓶和储存分散相流体的分散相储液瓶；微流控芯片，其按照流体流经顺序设有连通所述连续相储液瓶和所述分散相储液瓶的浅层通道、交汇两相流体形成鞘流的十字微通道、微阶梯结构以及深层通道；压力泵送装置，配置有控制器，连通所述储液装置为流体流动提供动力。本发明专利技术基于两相流体界面在不同拉普拉斯应力下的形变状态不同，通过浅层通道和深层通道创建空间突变，并放大两相流体界面扰动，从而让分散相流体出现周期性挤压和断裂，并形成高体积占比微液滴，解决了传统微液滴生成方式操作复杂、微液滴产物体积占比等问题。液滴产物体积占比等问题。液滴产物体积占比等问题。
【技术实现步骤摘要】
一种提高微液滴体积占比的生成装置及生成方法
[0001]本专利技术涉及微液滴生成
，尤其是一种提高微液滴体积占比的生成装置及生成方法。
技术介绍
[0002]微流体分割技术在材料合成、单细胞分析、稀有突变检测、医学检验、生化分析等领域具有非常广泛的应用需求。微流体分割技术的核心是将毫升或者微升量级的流体划分为纳升或者皮升级别的独立单元，微流体分割技术的一个主要技术分支是微液滴生成方法与技术。
[0003]现有的微液滴生成方法与技术有T型剪切法、流动聚焦法、同轴流动法、电喷射法以及阶梯乳化法等。其中，阶梯乳化法作为最新的微液滴生成技术，在微液滴的生成简便性方面及微液滴产物高占比方面均具有良好的应用前景。一般的阶梯乳化法令单独的分散相流体跨越微阶梯并进入到连续相流体中，以生成微液滴。但这种方法需要连续相流体的持续流动以收集微液滴，微液滴体积占比(分散相体积/分散相体积+连续相体积)小于40％，仍然处于一个较低的水平。
[0004]另外，在公开号CN113996354B中公开了一种微液滴生成装置、CN110064452A中公开了一种微液滴生成装置，虽然能用于微液滴生成，但存在操作繁琐，成本高的问题。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种提高微液滴体积占比的生成装置及生成方法，本专利技术基于两相流体界面在拉普拉斯压力下的形变过程，通过浅层通道和深层通道之间的微阶梯结构诱发分散相流体断裂为微液滴，解决了传统微液滴生成方式微液滴生产成本高、操作复杂的问题，极大提高了微液滴产物的体积占比。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种提高微液滴体积占比的生成装置，包括：
[0007]储液装置，包括储存连续相流体的连续相储液瓶和储存分散相流体的分散相储液瓶；
[0008]微流控芯片，其按照流体流经顺序设有连通所述连续相储液瓶和所述分散相储液瓶的浅层通道、交汇两相流体形成鞘流的十字微通道、微阶梯结构以及深层通道；
[0009]压力泵送装置，配置有控制器，连通所述储液装置为流体流动提供动力。
[0010]作为进一步的实现方式，所述压力泵送装置为压力泵，所述压力泵为叶片式泵或容积式泵或电磁泵。
[0011]作为进一步的实现方式，所述连续相储液瓶和所述分散相储液瓶连通在所述微流控芯片的连续相入口和分散相入口。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种高体积占比微液滴生成方法，采用如第一方面所述高体积占比微液滴生成装置进行生成，包括以下步骤：
[0013]压力泵送装置及其控制器调节气压，将高压气体输送至分散相储液瓶和连续相储液瓶中，将分散相流体和连续相流体泵送至微流控芯片中的浅层通道内，两相流体分别运动并在十字微通道处交汇形成协同流动的鞘流，当鞘流跨越微阶梯结构并抵达深层通道时，两相流体界面之间的初始扰动被瞬间放大，产生瞬间突变的拉普拉斯压力差，该压力挤压分散相流体出现颈缩断裂，并在跨越微阶梯结构后形成微液滴，随着高压气体的持续性驱动，微液滴持续生成。
[0014]作为进一步的实现方式，控制器可控制分散相流体和连续相流体的单位流速，通过控制驱动气体的压强，控制分散相流速和连续相流体的流速位于合适比例。
[0015]作为进一步的实现方式，分散相流体和连续相流体被高压气体挤压，并通过液体管路将分散相流体和连续相流体分别输送至微流控芯片的分散相入口和连续相入口。
[0016]作为进一步的实现方式，颈缩断裂的分散相流体进入深层通道，并在表面能最低原则下形成球状微液滴。
[0017]作为进一步的实现方式，在连续相储液瓶压力维持相同的情况下，分散相储液瓶压力越大，生成的微液滴尺寸越大，呈现正相关。
[0018]作为进一步的实现方式，在连续相流体流速维持相同的情况下，分散相流体流速越大，生成的微液滴尺寸越大，呈现正相关。
[0019]作为进一步的实现方式，压力泵送装置的其他压强为0～100kPa，控制器的压强调节范围为0～100kPa。
[0020]上述本专利技术的有益效果如下：
[0021]1.本专利技术基于两相流体界面在不同拉普拉斯应力下的形变状态不同，通过在浅层通道和深层通道之间设置微阶梯结构来控制由分散相和连续相构成的鞘流界面的周期性颈缩和断裂，从而形成高体积占比的微液滴，解决了传统微液滴生成方式微液滴生产成本高、操作复杂的问题以及传统微液滴生成产物体积占比低的问题，有效提高了微液滴生成效率。
[0022]2.本专利技术中当鞘流跨越微阶梯结构并进入深层通道时，空间突变导致两相流体界面上的扰动被瞬间放大，从而导致界面曲率变化增大，即界面两侧的拉普拉斯压力差增大；拉普拉斯应力致使界面弯曲程度进一步增强，分散相流体被两侧的连续流体挤压并形成收缩颈；收缩颈断裂，断裂的分散相流体进入深层通道，并在表面能最低原则下形成球状微液滴。
附图说明
[0023]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0024]图1是本专利技术实施例一中高体积占比微液滴生成装置的结构示意图。
[0025]图2是采用实施例一中高体积占比微液滴生成装置生成微液滴过程示意图。
[0026]图3是本专利技术实施例二中连续相和分散相气体压力曲线图。
[0027]图4是本专利技术实施例二所生成的微液滴。
[0028]图5是本专利技术实施例三中连续相和分散相气体压力曲线图。
[0029]图6是本专利技术实施例三中所生成的微液滴。
[0030]图7是本专利技术实施例四中连续相和分散相流速曲线图。
[0031]图8是本专利技术实施例四中所生成的微液滴。
[0032]图9是本专利技术实施例五中连续相和分散相流速曲线图。
[0033]图10是本专利技术实施例五中所生成的微液滴。
[0034]图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
[0035]其中：1、压力泵；2、控制器；3、气体管路；4、连续相储液瓶；5、分散相储液瓶；6、连续相流体；7、分散相流体；8、流体管路；9、微流控芯片；10、浅层通道；11、深层通道；12、鞘流；13、微液滴。
具体实施方式
[0036]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0037]实施例一
[0038]本专利技术的一种典型的实施方式中，参考图1所示，一种提高微液滴体积占比的生成装置，包括储液装置、微流控芯片9及压力泵送装置。
[0039]压力泵送装置配置有控制器2，连通储液装置为流体流动提供动力。压力泵送装置为压力泵1，压力泵1为叶片式泵或容积式泵或电磁泵。
[0040]储液装置包括储存连续相流体6的连续相储本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高微液滴体积占比的生成装置，其特征在于，包括：储液装置，包括储存连续相流体的连续相储液瓶和储存分散相流体的分散相储液瓶；微流控芯片，其按照流体流经顺序设有连通所述连续相储液瓶和所述分散相储液瓶的浅层通道、交汇两相流体形成鞘流的十字微通道、微阶梯结构以及深层通道；压力泵送装置，配置有控制器，连通所述储液装置为流体流动提供动力。2.根据权利要求1所述的一种提高微液滴体积占比的生成装置，其特征在于，所述压力泵送装置为压力泵，所述压力泵为叶片式泵或容积式泵或电磁泵。3.根据权利要求1所述的一种提高微液滴体积占比的生成装置，其特征在于，所述连续相储液瓶和所述分散相储液瓶连通在所述微流控芯片的连续相入口和分散相入口。4.一种高体积占比微液滴生成方法，采用如权利要求1
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3任一项所述高体积占比微液滴生成装置进行生成，其特征在于，包括以下步骤：压力泵送装置及其控制器调节气压，将高压气体输送至分散相储液瓶和连续相储液瓶中，将分散相流体和连续相流体泵送至微流控芯片中的浅层通道内，两相流体分别运动并在十字微通道处交汇形成协同流动的鞘流，当鞘流跨越微阶梯结构并抵达深层通道时，两相流体界面之间的初始扰动被瞬间放大，产生瞬间突变的拉普拉斯压力差，该压力挤压...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏春阳，李庆华，张鹏，杨冬，王兴康，
申请(专利权)人：山东第一医科大学山东省医学科学院，
类型：发明
国别省市：
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