【技术实现步骤摘要】
本公开涉及微流控，具体涉及一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置及方法。
技术介绍
1、微液滴一般尺寸大小为100μm以下，其广泛应用于药物研发、材料合成、化工反应等诸多领域，可控的具有高单分散性的微液滴产生方法尤为重要。液滴微流控技术因其具备可控产生尺寸均一的微液滴能力而被广泛应用。
2、近年来对功能聚合物溶液以及生物水凝胶等高粘度流体的微尺度操控成为业界关注重点，但稳定可控生成高粘微液滴的方法鲜有报道，目前在高粘微液滴生成技术上仍存在以下问题：1、传统的射流模式通常采用微量注射泵和喷嘴的结构来控制液体的喷射量和高黏度液体的流动，高黏度流体的喷射过程中存在多种现象，如拉伸、破碎和雾化等，通过对喷射过程的仔细观察和分析，发现液体的黏度和喷射压力对液体的喷射形态具有显著影响，当分散相粘度高于100mpa-s时，喷射出的液滴更容易变形和破碎，导致液滴大小的不均匀性增加，此技术很难稳定生成尺寸可控且均一的高粘微液滴；2、通过稀释高粘度溶液或者直接利用两组分之间的反应也可以制备高粘度液滴，例如高粘度海藻酸钠和氯化钙混合溶液作为分散相通入微流控芯片，但该混合溶液很难剪断形成液滴，稳定性差，同时这种方法会改变流体性质，进而对液滴的功能造成影响；3、液滴反相技术，虽然有效提高液滴均一性，但液滴尺寸难以精确控制，且微通道区域性改动大提高了装置加工难度，难以作为批量化生产的高粘度液滴生成装置；4、利用外部声表面波作为外加力场，通过与微流控液滴生成芯片相结合，可诱导高粘液滴均匀、稳定生成，由于声表面波的发生装置由压电基底和加工于上表
技术实现思路
1、本专利技术针对以上高粘度液滴生成技术生成的高粘微液滴尺寸不可控制、稳定性低以及均一性差等问题，设计了一种全型的基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置及方法，旨在不增加装置/微流控芯片复杂度以及不改变流体流速和性质的情况，就可实现高粘微液滴的可控稳定的产生，本专利技术结构简单、制备过程简易、芯片组装与后期维护方便，产生的高粘微液滴均一性好、高单分散性好，可以稳定的产生尺寸相对较小的高粘微液滴，具备极高的商业应用价值。
2、为实现解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案：本公开的第一个方面提供了一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，包括微管和微流控芯片，所述微流控芯片的内部设置的三维微通道结构呈t字形结构，其包括连续相模块，其内部形成所述t字形结构的第一直通道，用于输入连续相溶液；分散相模块，其内部形成所述t字形结构的垂直通道，用于微管的伸入，通过所述微管输入高粘分散相溶液；高粘微液滴模块，其内部形成所述t字形结构的第二直通道，用于生成高粘微液滴；以及出口模块，其内部形成所述t字形结构的第三直通道，用于输出高粘微液滴；其中，所述第一直通道、第二直通道以及第三直通道依次连接互通形成微流控芯片的主通道，且各通道的中心轴相重合；在所述第二直通道内部靠近主通道两侧内壁处对称设有一组凸台结构，所述微管伸入垂直通道后其外端面可与该凸台结构的外端面相抵接，使得两凸台结构之间形成高粘微液滴产生通道，所述高粘微液滴产生通道呈正棱台状；所述高粘微液滴产生通道与所述第三直通道的连接处还形成有用于稳定输送高粘微液滴的锥形通道，所述高粘微液滴通过锥形通道从第三直通道内输出。
3、进一步地，高粘分散相溶液是指其最低粘度不小于100mpa-s的流体。
4、进一步地，高粘微液滴产生通道与所述第三直通道的连接处的通道水平宽度相等，相对设置的高粘微液滴产生通道和锥形通道的横截面尺寸沿连接处相反方向逐渐变大,且所述锥形通道的纵向内径呈类梯度变化，最终高粘微液滴产生通道与锥形通道的外截面均与主通道的内侧壁密封衔接。
5、进一步地，垂直通道贯穿于第二直通道的外部且不完全贯穿，由此，在主通道的两侧对称形成了一组限位结构，且该限位结构的外端面与主通道外端面之间保持一定距离。
6、进一步地，第一直通道、垂直通道、高粘微液滴产生通道、锥形通道以及第三直通道均由3d打印技术的立体光固化成型法一体成形制备而成，其制备材料为光敏树脂。
7、进一步地，第一直通道的纵向内径大于锥形通道的纵向内径，所述锥形通道的纵向内径大于高粘微液滴产生通道的纵向内径，所述第一直通道与第三直通道的纵向内径相等。
8、进一步地，第一直通道、垂直通道及所述第三直通道的横截面为圆形或矩形，所述第一直通道与第三直通道的内径介于300μm～800μm之间，所述垂直通道的内径介于多少800μm～1600μm之间，所述凸台结构的高度介于50μm～300μm之间，所述微管的内径介于50μm～800μm之间，其外径介于300μm～1600μm之间。
9、进一步地，微管与垂直通道之间可拆卸连接。
10、本公开的第二个方面提供了一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成的方法，该方法包括：将微管插入垂直通道的底部，将连续相溶液输入第一直通道中，将高粘分散相溶液输入垂直通道内微管内径口中，所述连续相溶液流经所述高粘微液滴产生通道时，连续相溶液在交汇口处部分倒灌入所述微管内径口中，造成高粘分散相溶液不完全润湿管口，以使挤压该交汇口处的高粘分散相溶液，从而生成比交汇口面积更小的高粘微液滴；
11、通过锥形通道将所述高粘微液滴从第三直通道内稳定输出；
12、通过更换微管的尺寸或调节微管插入垂直通道内的间隙距离可进一步控制生成高粘微液滴尺寸的大小。
13、本公开相对于现有技术至少具备以下有益效果：
14、（1）、本公开提供的高粘微液滴生成装置包括三维微通道结构，该装置相比传统制备复杂且昂贵的微流控装置，本装置使用3d打印微流控芯片与商业管材，组成可拆卸的三维微通道结构，该装置制备简单、成本低及易操作；
15、（2）、传统的微流控装置为一体化装置，发生通道拥堵等问题无法拆卸更换，本公开提供的三维微通道结构基于可拆卸设计，实现微管与垂直通道的快速插拔与灵活拆卸，方便拆卸清洗、更换部件，可以拆卸微管来解决芯片故障，使得装置可反复使用，便于组装使用和后期的维护，易获取的商业微管以及芯片模块，可实现高粘液滴微流控装置的快速制造，整体成本降低；
16、（3）、相比传统微流控装置的二维微通道结构，本公开提供了一种全新三维微通道结构，在高粘微液滴产生通道和锥形通道的共同作用下，实现了高粘分散相溶液能更小面积的稳定停留在交汇口处，从而大大降低了高粘微液滴生成尺寸，使得高粘微液滴更稳定的输出；并通过更换微管的尺寸或调节微管插入垂直通道内的间隙距离来进一步控制生成高粘微液滴本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，包括微管（202）和微流控芯片，所述微流控芯片的内部设置的三维微通道结构（100）呈T字形结构，其包括
2.根据权利要求1所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，所述高粘分散相溶液（204）是指其最低粘度不小于100mPa-s的流体。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，所述高粘微液滴产生通道（303）与所述第三直通道（401）的连接处的通道水平宽度相等，相对设置的高粘微液滴产生通道（303）和锥形通道（402）的横截面尺寸沿连接处相反方向逐渐变大,且所述锥形通道（402）的纵向内径呈类梯度变化，最终高粘微液滴产生通道（303）与锥形通道（402）的外截面均与主通道的内侧壁密封衔接。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，所述垂直通道（201）贯穿于第二直通道（301）的外部且不完全贯穿，由此，在主通道的两侧对称形成了一组限位结构（205），且该限位结构（205）的外端面与主通道
5.根据权利要求1所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，所述第一直通道（101）、垂直通道（201）、高粘微液滴产生通道（303）、锥形通道（402）以及第三直通道（401）均由3D打印技术的立体光固化成型法一体成形制备而成，其制备材料为光敏树脂。
6.根据权利要求1所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，第一直通道（101）的纵向内径大于锥形通道（402）的纵向内径，所述锥形通道（402）的纵向内径大于高粘微液滴产生通道（303）的纵向内径，所述第一直通道（101）与第三直通道（401）的纵向内径相等。
7.根据权利要求6所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，所述第一直通道（101）、垂直通道（201）及所述第三直通道（401）的横截面为圆形或矩形，所述第一直通道（101）与第三直通道（401）的内径介于300μm～800μm之间，所述垂直通道（201）的内径介于多少800μm～1600μm之间，所述凸台结构（302）的高度介于50μm～300μm之间，所述微管（202）的内径介于50μm～800μm之间，其外径介于300μm～1600μm之间。
8.根据权利要求7所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，所述微管（202）与垂直通道（201）之间可拆卸连接。
9.一种用于权利要求1-8任意一项所述的基于三维微通道结构的高粘微液滴生成的方法，其特征在于，该方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，包括微管（202）和微流控芯片，所述微流控芯片的内部设置的三维微通道结构（100）呈t字形结构，其包括
2.根据权利要求1所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，所述高粘分散相溶液（204）是指其最低粘度不小于100mpa-s的流体。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，所述高粘微液滴产生通道（303）与所述第三直通道（401）的连接处的通道水平宽度相等，相对设置的高粘微液滴产生通道（303）和锥形通道（402）的横截面尺寸沿连接处相反方向逐渐变大,且所述锥形通道（402）的纵向内径呈类梯度变化，最终高粘微液滴产生通道（303）与锥形通道（402）的外截面均与主通道的内侧壁密封衔接。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，所述垂直通道（201）贯穿于第二直通道（301）的外部且不完全贯穿，由此，在主通道的两侧对称形成了一组限位结构（205），且该限位结构（205）的外端面与主通道外端面之间保持一定距离。
5.根据权利要求1所述的一种基于三维微通道结构的高粘微液滴生成装置，其特征在于，所述第一直通道（101）、垂直通道（201）、高粘微液滴产生通道（...
【专利技术属性】
技术研发人员：张家铭，程熠敏，李彬，刘召越，皮俊杰，张雯馨，陈海航，李泽文，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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