【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液滴微流控，具体为一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置及使用方法。
技术介绍
1、微液滴技术是近年来在微流控芯片领域快速崛起的一项微小液体操控技术。其核心原理在于引入两种彼此不相溶的液体，一种作为连续相，另一种则为分散相。这两种相通过不同的入口输入芯片，在微通道中，分散相在剪切力的作用下被连续相剪切，形成一系列均匀粒径的微液滴。每个微液滴都独立地被连续相包裹，与外界隔离，形成一个封闭的系统。因此，每个微液滴都可以视为微反应系统，具有完成一组化学或生物反应的潜力。由于微液滴之间相互独立存在，反应条件得以稳定控制，确保了反应结果的可靠性。
2、当前，微流控领域长期专注于传统的牛顿液滴，然而近年来研究的重点逐渐转向具有非牛顿特性(如黏弹性)的聚合物液滴。这方面的研究展示了广泛的应用前景，涵盖了药物传递系统、生物医学分析、化学合成与反应工程等多个领域。然而，聚合物液滴在外部应力作用下呈现出可变的黏性或流变特性，为在微流控系统中可控制备聚合物液滴带来了新的挑战。
3、目前已公开的专利(zl201610641007.0)公开了一项微流控模块的规模化液滴制备方法。该专利技术采用了多级模块化放大策略，其中模块设计包括并联和堆叠两个放大过程。在具体实施中，通过蛇形通道均等分配分支流通道内的流体流速，并通过在单个芯片组中采用环形阵列方式并联排布八个微通道，再通过十个芯片组的堆叠形成模块组。然而，该芯片结构是固定的，不可更改，仅适用于具有牛顿特性的微液滴的批量制备，无法用于实现具有复杂黏弹性聚合物微液滴的可控规
4、目前已公开的专利(cn 113145038 a)公开了一种基于微流控技术制备油乳佐剂的方法和装置。在实施过程中，装置主体内部配备了三端口的管道结构，该结构上设置了多层通孔以形成流动聚焦通道。管道结构的第一个端口通过内管和分散相导管与第一软管的一端密封连接，第一软管的另一端用于引入分散相；管道结构的第二个端口通过中继导管和连续相导管后与第二软管的一端密封连接，第二软管的另一端用于引入连续相；管道结构的第三个端口通过出口导管与第三软管的一端密封连接，第三软管的另一端用于引出生成的油乳佐剂。尽管该装置结构模块化简单，但其微液滴制备方法通常需要离线测量来表征，这带来不便和低效的问题。此外，该方法仅适用于产生具有牛顿特性的液滴，限制了其在实现复杂黏弹性聚合物微液滴的可控规模化制备方面的应用。
5、因此，针对聚合物液滴的制备过程，如何提供一种结构简单，工艺可控微流控装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置及使用方法，以解决聚合物液滴生成过程中由于可变的黏性和流变特性导致的液滴性质不一致的技术问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、第一方面，一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，包括微流控芯片、分散相溶液收集容器组件、连续相溶液收集容器组件、聚合物溶液收集容器、光谱仪和计算机；所述微流控芯片设有流动聚焦微通道结构，所述流动聚焦微通道结构设有若干引入口和一个引出口；其中流动聚焦微通道结构靠近引出口的一端设有突缩通道结构，所述分散相溶液收集容器组件和连续相溶液收集容器组件对应连接至流动聚焦微通道结构的若干引入口，所述流动聚焦微通道结构的引出口连接聚合物溶液收集容器，所述聚合物溶液收集容器的输出端经所述光谱仪连接至计算机，所述计算机的控制端分别连接分散相溶液收集容器组件和连续相溶液收集容器组件的驱动端。
4、优选的，微流控芯片包括由上至下依次叠放的封盖层、芯片层和基底层，若干引入口设置在封盖层上，所述流动聚焦微通道结构设置在芯片层上，所述引出口设置在基底层上。
5、进一步的，封盖层、芯片层和基底层的边角处均设有若干固定孔，并通过固定孔组合固定。
6、进一步的，若干引入口包括一个分散相流体入口和两个连续相流体入口，所述分散相流体入口与分散相溶液收集容器组件连接，两个所述连续相流体入口分别与连续相溶液收集容器组件连接。
7、更进一步的，分散相溶液收集容器组件包括分散相溶液收集容器和第一柱塞泵；所述分散相溶液收集容器的输出端经第一柱塞泵连接至分散相流体入口，所述第一柱塞泵的驱动端与计算机的控制端连接。
8、进一步的，连续相溶液收集容器组件包括连续相溶液收集容器和第二柱塞泵；所述连续相溶液收集容器的输出端经第二柱塞泵后分支连接至两个连续相流体入口，所述第二柱塞泵的驱动端与计算机的控制端连接。
9、进一步的，流动聚焦微通道结构呈十字交叉通道结构，其中包括分散相引入通道、连续相引入通道和微液滴引出通道；所述连续相引入通道位于分散相引入通道与微液滴引出通道之间设置，且与分散相引入通道与微液滴引出通道垂直设置，其中分散相引入通道与分散相流体入口连通，连续相引入通道的两端分别与两个连续相流体入口连通，所述微液滴引出通道靠近引出口的一端设有微液滴收集出口，所述微液滴收集出口与引出口连通。
10、进一步的，突缩通道结构设置在微液滴引出通道靠近连续相引入通道的一端处，所述突缩通道结构包括两个矩形块，两个矩形块分别固定在封盖层和基底层上，且两个矩形块之间形成间隙，用于溶液通过后形成液滴。
11、进一步的，芯片层通过使用聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或聚苯乙烯的一种或多种进行制备得到。
12、第二方面，一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置的使用方法，基于上述所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，具体过程如下：
13、分别配制聚合物分散相溶液和连续相溶液于分散相溶液收集容器组件和连续相溶液收集容器组件，使用计算机分别控制分散相溶液收集容器组件和连续相溶液收集容器组件，并将聚合物分散相溶液和连续相溶液输送至微流控芯片内形成聚合物溶液，聚合物溶液在界面张力的作用下生成聚合物液滴输送至聚合物溶液收集容器内，计算机控制的光谱仪自动取样，监测聚合物液滴的性质，进而自动控制两流体的流速，实现聚合物液滴的全自动和精准控制。
14、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
15、本专利技术提供了一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，通过分散相溶液收集容器组件和连续相溶液收集容器组件收集分散相溶液和连续相溶液，并通过计算机控制分散相溶液收集容器组件和连续相溶液收集容器组件将两种溶液输送至微流控芯片的流动聚焦微通道结构内形成聚合物溶液，聚合物溶液通过流动聚焦微通道结构的突缩通道结构后形成聚合物液滴，突缩通道结构实现对聚合物液滴生成过程的高度精细的控制，通过调整突缩结构的尺寸和对芯片层浸润性的调控来实现对液滴形成的高度可控性，同时在解决传统技术中液滴性质不一致的问题上具备显著优势。
16、进一步的，微流控芯片包括由上至下依次叠放的封盖层、芯片层和基底层，若干引入口设置在封盖层上，流动聚焦微通道结构设置在芯片层上，引出本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，包括微流控芯片(1)、分散相溶液收集容器组件、连续相溶液收集容器组件、聚合物溶液收集容器(23)、光谱仪(16)和计算机(4)；所述微流控芯片(1)设有流动聚焦微通道结构，所述流动聚焦微通道结构设有若干引入口和一个引出口(17)；其中流动聚焦微通道结构靠近引出口(17)的一端设有突缩通道结构(12)，所述分散相溶液收集容器组件和连续相溶液收集容器组件对应连接至流动聚焦微通道结构的若干引入口，所述流动聚焦微通道结构的引出口(17)连接聚合物溶液收集容器(23)，所述聚合物溶液收集容器(23)的输出端经所述光谱仪(16)连接至计算机(4)，所述计算机(4)的控制端分别连接分散相溶液收集容器组件和连续相溶液收集容器组件的驱动端。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，所述微流控芯片(1)包括由上至下依次叠放的封盖层(5)、芯片层(6)和基底层(7)，若干引入口设置在封盖层(5)上，所述流动聚焦微通道结构设置在芯片层(6)上，所述引出口(17)设置在基底层(7)上。
3.
4.根据权利要求2所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，若干引入口包括一个分散相流体入口(8)和两个连续相流体入口(9)，所述分散相流体入口(8)与分散相溶液收集容器组件连接，两个所述连续相流体入口(9)分别与连续相溶液收集容器组件连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，所述分散相溶液收集容器组件包括分散相溶液收集容器(21)和第一柱塞泵(31)；所述分散相溶液收集容器(21)的输出端经第一柱塞泵(31)连接至分散相流体入口(8)，所述第一柱塞泵(31)的驱动端与计算机(4)的控制端连接。
6.根据权利要求4所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，所述连续相溶液收集容器组件包括连续相溶液收集容器(22)和第二柱塞泵(32)；所述连续相溶液收集容器(22)的输出端经第二柱塞泵(32)后分支连接至两个连续相流体入口(9)，所述第二柱塞泵(32)的驱动端与计算机(4)的控制端连接。
7.根据权利要求4所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，所述流动聚焦微通道结构呈十字交叉通道结构，其中包括分散相引入通道(10)、连续相引入通道(11)和微液滴引出通道(13)；所述连续相引入通道(11)位于分散相引入通道(10)与微液滴引出通道(13)之间设置，且与分散相引入通道(10)与微液滴引出通道(13)垂直设置，其中分散相引入通道(10)与分散相流体入口(8)连通，连续相引入通道(11)的两端分别与两个连续相流体入口(9)连通，所述微液滴引出通道(13)靠近引出口(17)的一端设有微液滴收集出口(14)，所述微液滴收集出口(14)与引出口(17)连通。
8.根据权利要求7所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，所述突缩通道结构(12)设置在微液滴引出通道(13)靠近连续相引入通道(11)的一端处，所述突缩通道结构(12)包括两个矩形块，两个矩形块分别固定在封盖层(5)和基底层(7)上，且两个矩形块之间形成间隙，用于溶液通过后形成液滴。
9.根据权利要求2所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，所述芯片层(6)通过使用聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或聚苯乙烯的一种或多种进行制备得到。
10.一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置的使用方法，基于权利要求1-9任一项所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，具体过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，包括微流控芯片(1)、分散相溶液收集容器组件、连续相溶液收集容器组件、聚合物溶液收集容器(23)、光谱仪(16)和计算机(4)；所述微流控芯片(1)设有流动聚焦微通道结构，所述流动聚焦微通道结构设有若干引入口和一个引出口(17)；其中流动聚焦微通道结构靠近引出口(17)的一端设有突缩通道结构(12)，所述分散相溶液收集容器组件和连续相溶液收集容器组件对应连接至流动聚焦微通道结构的若干引入口，所述流动聚焦微通道结构的引出口(17)连接聚合物溶液收集容器(23)，所述聚合物溶液收集容器(23)的输出端经所述光谱仪(16)连接至计算机(4)，所述计算机(4)的控制端分别连接分散相溶液收集容器组件和连续相溶液收集容器组件的驱动端。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，所述微流控芯片(1)包括由上至下依次叠放的封盖层(5)、芯片层(6)和基底层(7)，若干引入口设置在封盖层(5)上，所述流动聚焦微通道结构设置在芯片层(6)上，所述引出口(17)设置在基底层(7)上。
3.根据权利要求2所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，所述封盖层(5)、芯片层(6)和基底层(7)的边角处均设有若干固定孔(15)，并通过固定孔(15)组合固定。
4.根据权利要求2所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，若干引入口包括一个分散相流体入口(8)和两个连续相流体入口(9)，所述分散相流体入口(8)与分散相溶液收集容器组件连接，两个所述连续相流体入口(9)分别与连续相溶液收集容器组件连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于聚合物液滴可控制备的微流控装置，其特征在于，所述分散相溶液收集容器组件包括分散相溶液收集容器(21)和第一柱塞泵(31)；所述分散相溶液收集容器(21)的输出端经第一柱塞泵(31)连...
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