專(zhuān)利名稱(chēng)：多功能微流體機(jī)械系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究所用微米級(jí)和納米級(jí)產(chǎn)品的制造裝置， 尤其是涉及一種生產(chǎn)微型乳液、固體凝膠顆粒、膠囊等的多功能微流體機(jī)械系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微米級(jí)和納米級(jí)的微型乳液、固體凝膠顆粒、膠囊等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研 究、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)和化妝品工業(yè)等領(lǐng)域。對(duì)于乳液的制造， 一般有以下幾 種方法1、高速剪切分離法在一個(gè)大型的容器中按照一定比例傾倒作為連續(xù)相 的溶液和作為分離相的溶液，混合后插入高速攪拌器，利用高速旋轉(zhuǎn)的螺旋刀鋒 產(chǎn)生剪切應(yīng)力場(chǎng)，把離散相溶液分離成一個(gè)一個(gè)的液滴。 一般來(lái)說(shuō)，需要的液滴 越小，比如直徑微米級(jí)的液滴，需要的剪切場(chǎng)就越強(qiáng)，刀鋒的旋轉(zhuǎn)速度就越快。 該種方法在實(shí)踐中會(huì)存在如下缺陷 一是生產(chǎn)的乳液是隨機(jī)生產(chǎn)，其液滴大小不 可控制，乳液性質(zhì)不均勻；二是如果在流體中高速旋轉(zhuǎn)刀鋒，尤其是高粘度流體， 需要大量的電能和穩(wěn)固的分離系統(tǒng)，否則在刀鋒旋轉(zhuǎn)時(shí)，高粘度流體的反作用力 就會(huì)損壞刀鋒，甚至損壞整個(gè)分離設(shè)備。2、容器上下顛倒分離法將離散相溶液 和連續(xù)相溶液同時(shí)f頃倒入一個(gè)大型容器，然后進(jìn)行高頻的上下顛倒振動(dòng)來(lái)把離散 相分離進(jìn)入連續(xù)相中。該方法由于在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)乳液液滴的形成不可控制，液 滴直徑分散較大，性質(zhì)不均一；同時(shí)該設(shè)備需要高頻震蕩，生產(chǎn)過(guò)程中容易發(fā)生 生產(chǎn)事故，危及人身安全。由于上述的傳統(tǒng)制造方式比較粗放，難以對(duì)乳液液滴 大小進(jìn)行精確控制，尤其是在微米級(jí)及納米級(jí)尺度上，均無(wú)法做到真正意義上的 均質(zhì)乳液。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種使用簡(jiǎn)便、控制性強(qiáng)、重復(fù)性好、樣品需求 量少且檢測(cè)速度快的多功能微流體機(jī)械系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型可采取下述技術(shù)方案
本實(shí)用新型所述的多功能微流體機(jī)械系統(tǒng)，包括主通道以及與所述主通道側(cè)壁相連通的多個(gè)支路通道，所述主通道通過(guò)彎曲反應(yīng)通道與收集槽相連通，在所 述收集槽前端的彎曲反應(yīng)通道上開(kāi)設(shè)有由單向泵控制的抽取口 。本實(shí)用新型將整 個(gè)工作過(guò)程分為四個(gè)階段第一階段通過(guò)從主通道中注入一種或若千種固相、液 相和/或氣相，在分支通道中注入與上述相不相容的另一種(或若干種)固相、液 相和/或氣相，根據(jù)需要使之具有分散或聚合兩種作用，分散所用時(shí)，可以把連續(xù) 的多相流形成離散性的氣泡、液滴或分散的固體顆粒；聚合作用時(shí)，可以形成兩 相或多相層流；第二階段通過(guò)彎曲反應(yīng)通道實(shí)現(xiàn)多相流互相滲透擴(kuò)散、離散相成 膜、離散相固化；第三階段通過(guò)彎曲反應(yīng)通道尾端開(kāi)設(shè)的抽取口，去除反應(yīng)試劑， 中止物理變化或化學(xué)反應(yīng)，保持產(chǎn)物的穩(wěn)態(tài)；第四階段通過(guò)收集槽將產(chǎn)品進(jìn)行收 集，可進(jìn)行產(chǎn)品觀測(cè)，進(jìn)行產(chǎn)品的表面活性劑效果檢測(cè)。整套裝置可使用生物相 容性材料制造，如PDMS、硅片等，使用消毒措施進(jìn)行消毒后，可進(jìn)行活體組織工 程試驗(yàn)和生產(chǎn)。
所述靠近抽取口處的彎曲反應(yīng)通道上開(kāi)設(shè)有注入口 。通過(guò)注入口可注入緩沖 液，實(shí)現(xiàn)稀釋殘留化學(xué)反應(yīng)液，穩(wěn)定pH值。
在所述第一個(gè)支路通道后的主通道上設(shè)置有通道擴(kuò)充段；通過(guò)增大壓差，有 助于離散相的形成。
所述主通道和支路通道的進(jìn)口處設(shè)置有微流體控制器。微流體控制器可以用 微流體泵或其他的流體控制設(shè)備控制通道中流體的流量。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于利用該系統(tǒng)在流動(dòng)腔微通道內(nèi)注入離散相與連續(xù)相， 在兩相接觸處實(shí)現(xiàn)微米級(jí)乳液液滴大小的精確控制，在后續(xù)通道可以對(duì)離散液滴 進(jìn)行成膜控制，包括成膜時(shí)間、成膜速度和厚度等，實(shí)現(xiàn)緩釋效果；如果離散液 滴是多種物質(zhì)的混合物，也可以觀察液滴內(nèi)部物理變化或者化學(xué)反應(yīng)，包括擴(kuò)散 速度、混合時(shí)間、反應(yīng)現(xiàn)象等；也可以用于酶聯(lián)免疫反應(yīng)(ELISA),制備分子探 針器檢測(cè)DNA、 cDNA、 RNA、基因和各種蛋白質(zhì)等；還可以對(duì)離散液滴進(jìn)行部分或 者整體固化，制作固體顆粒，細(xì)胞支架或者膠囊化藥物、蛋白質(zhì)等。離散相可以 是液體、固體溶液或固體微顆粒和氣體，在系統(tǒng)的收集槽中可以根據(jù)乳液的融合 時(shí)間檢測(cè)表面活性劑的效果。該微流體機(jī)械系統(tǒng)可應(yīng)用于科學(xué)研究和醫(yī)藥工業(yè)，食品工業(yè)和化妝品工業(yè)等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍非常廣泛。根據(jù)需要，流動(dòng)腔內(nèi)還可以
產(chǎn)生兩相或者多相層流，在層流內(nèi)部觀測(cè)層流流體流動(dòng)情況，并可借助micro-PIV 技術(shù)觀測(cè)整個(gè)流層內(nèi)部和層流之間的流場(chǎng)。在兩相或多相層流交界處，可以觀測(cè) 各層層流混合狀況，化學(xué)反應(yīng)速度，可以制備分子探針進(jìn)行基因的檢測(cè)。同時(shí)也 可加入抗體和二抗，進(jìn)行蛋白質(zhì)的檢測(cè)和研究。由于試驗(yàn)是在微米尺度研究，所 需樣品量少，可以實(shí)現(xiàn)高通量研究；有利于高效發(fā)現(xiàn)致病基因和蛋白；工作時(shí)所 需能源少，甚至有時(shí)利用毛細(xì)作用和表面張力不需要外加能源，試驗(yàn)條件容易控 制，無(wú)危險(xiǎn)性。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

如圖所示，本實(shí)用新型所述的多功能微流體機(jī)械系統(tǒng)，包括主通道1以及與 主通道1側(cè)壁相連通的多個(gè)支路通道2，如果支路通道2成對(duì)連通在主通道1上， 則形成Y型交叉點(diǎn)，如果支路通道2單支連通在主通道1上，則形成T型交叉點(diǎn)， 在Y型或T型交叉點(diǎn)處，各支路通道2與主通道1間的交叉角度可以取從0度至 180度之間的任何值；主通道1通過(guò)彎曲反應(yīng)通道3與收集槽4相連通，彎曲反 應(yīng)通道的曲率半徑和長(zhǎng)度均可以調(diào)整，這樣可以控制離散相內(nèi)各物質(zhì)的物理和化 學(xué)特性，控制層流的流動(dòng)特性和擴(kuò)散特性等；在收集槽4前端的彎曲反應(yīng)通道3 上開(kāi)設(shè)有由單向泵5控制的抽取口 6，可以去除其中的反應(yīng)試劑，中止物理變化 或化學(xué)反應(yīng)，保持產(chǎn)物的穩(wěn)態(tài)，選擇由單向泵5控制抽取口 6，可以實(shí)現(xiàn)只能從 彎曲反應(yīng)通道3內(nèi)抽取化學(xué)反應(yīng)溶液，不能向彎曲反應(yīng)通道3內(nèi)注入化學(xué)反應(yīng)溶 液；在靠近抽取口6處的彎曲反應(yīng)通道3上開(kāi)設(shè)有注入口7，可向其內(nèi)注入緩沖 液，實(shí)現(xiàn)稀釋殘留化學(xué)反應(yīng)液，穩(wěn)定pH值；在第一個(gè)支路通道2后的主通道1 上還可以設(shè)置通道擴(kuò)充段8，通過(guò)增大壓差，有助于離散相的形成；主通道1和 支路通道2的進(jìn)口處采用微流體泵來(lái)控制向通道中注入流體的流量，可達(dá)到準(zhǔn)確 計(jì)量之目的。
權(quán)利要求1、一種多功能微流體機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于該裝置包括主通道(1)以及與所述主通道(1)側(cè)壁相連通的多個(gè)支路通道(2)，所述主通道(1)通過(guò)彎曲反應(yīng)通道(3)與收集槽(4)相連通，在所述收集槽(4)前端的彎曲反應(yīng)通道(3)上開(kāi)設(shè)有由單向泵(5)控制的抽取口(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能微流體機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于所述靠近 抽取口 (6)處的彎曲反應(yīng)通道(3)上開(kāi)設(shè)有注入口 (7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能微流體機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于在所述第 一個(gè)支路通道(2)后的主通道(1)上設(shè)置有通道擴(kuò)充段(8)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能微流體機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于所述主通道 (1)和支路通道(2)的進(jìn)口處設(shè)置有微流體控制器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多功能微流體機(jī)械系統(tǒng)，包括主通道以及與所述主通道側(cè)壁相連通的多個(gè)支路通道，主通道通過(guò)彎曲反應(yīng)通道與收集槽相連通，在收集槽前端的彎曲反應(yīng)通道上開(kāi)設(shè)有由單向泵控制的抽取口和緩沖液注入口。在流動(dòng)腔微通道內(nèi)注入離散相與連續(xù)相，在兩相接觸處實(shí)現(xiàn)微米級(jí)乳液液滴大小的精確控制，在后續(xù)通道對(duì)離散液滴進(jìn)行成膜控制，如離散液滴是多種物質(zhì)的混合物，可以觀察液滴內(nèi)部物理變化或化學(xué)反應(yīng)；用于酶聯(lián)免疫反應(yīng)，制備分子探針器；還可對(duì)離散液滴進(jìn)行部分或者整體進(jìn)行固化；離散相可是液體、固體溶液或固體微顆粒和氣體。該微流體機(jī)械系統(tǒng)可應(yīng)用于科學(xué)研究和醫(yī)藥工業(yè)，食品工業(yè)和化妝品工業(yè)等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍非常廣泛。
文檔編號(hào)B01J14/00GK201371054SQ200920088110
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者赫培遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:赫培遠(yuǎn)