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一种用于乳化的双相系统及其液滴生成模

阅读:413发布:2024-02-19

专利汇可以提供一种用于乳化的双相系统及其液滴生成模专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种用于乳化的双 水 相系统及其液滴生成模 块 ,包括液滴分散相入口层、分散相通道固定层、位于分散相通道固定层的下方的多层液滴生成层和位于液滴生成层下方的液滴收集层;分散相通道固定层包括固定基底和设置于固定基底上的多个分散相通道;液滴生成层包括底盘和设置在底盘的上表面的多个连续相通道,底盘的中心设置有用于将生成的液滴导入液滴收集层的导流口,连续相通道由导流口的中心向四周呈 辐射 状分布,底盘的 侧壁 设置有用于向各个连续相通道引入连续相 流体 的通孔;分散相通道用于将液滴分散相入口层导入的分散相流体导流至连续相通道内。该液滴生成模块有效地改善了用于乳化双水相系统结构复杂且吞吐量低的问题。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利,下面是一种用于乳化的双相系统及其液滴生成模专利的具体信息内容。

1.一种液滴生成模,其特征在于,包括液滴分散相入口层(11)、位于所述液滴分散相入口层(11)的下开口端面的分散相通道固定层(12)、位于所述分散相通道固定层(12)的下方的液滴生成层(13)和位于所述液滴生成层(13)下方的液滴收集层(14);
所述分散相通道固定层(12)包括固定基底(121)和设置于所述固定基底(121)上的多个分散相通道(122);
所述液滴生成层(13)包括底盘(131)和设置在所述底盘(131)的上表面的多个连续相通道(132),所述底盘(131)的中心设置有用于将生成的液滴导入所述液滴收集层(14)的导流口(1310),所述连续相通道(132)由所述导流口(1310)的中心向四周呈辐射状分布,所述底盘(131)的侧壁设置有用于向各个所述连续相通道(132)引入连续相流体的通孔(1311);
所述分散相通道(122)用于将所述液滴分散相入口层(11)导入的分散相流体导流至所述连续相通道(132)内;
所述液滴生成层(13)的数量为多层,且为逐层自上而下依次垛叠而成;所述分散相通道(122)包括多组子分散相通道(1220),且所述子分散相通道(1220)与所述液滴生成层(13)一一对应连通。
2.如权利要求1所述的液滴生成模块,其特征在于,所述液滴分散相入口层(11)为圆锥形壳体,所述固定基底(121)与所述圆锥形壳体的底部密封连接,所述圆锥形壳体的顶部设置有分散相流体的导入管(111)。
3.如权利要求2所述的液滴生成模块,其特征在于,所述固定基底(121)与所述圆锥形壳体为一体式结构。
4.如权利要求1所述的液滴生成模块,其特征在于,所述底盘(131)的上表面设置有自中心向四周辐射的隔板(133),任意相邻的两个隔板(133)围成一个所述连续相通道(132),且所述隔板(133)的最外侧边缘与所述底盘(131)的侧部内边设置有预设间隙。
5.如权利要求1-4中任一项所述的液滴生成模块,其特征在于,所述连续相流体通过多通管(15)供应,所述多通管(15)包括与连续相流体供应装置连通的主管道(151)和与所述主管道(151)连通的多个子管道(152),所述子管道(152)与所述液滴生成层(13)的通孔(1311)一一对应连通。
6.如权利要求1-4中任一项所述的液滴生成模块,其特征在于,每组所述子分散相通道(1220)均包括多个毛细管道,且所述毛细管道呈同轴环形排布。
7.如权利要求1所述的液滴生成模块,其特征在于,每组所述子分散相通道(1220)的孔径通道的直径不同,所述液滴收集层(14)包括底板(141)和设置在所述底板(141)上的收集腔室(142),所述收集腔室(142)包括多个子收集腔室(1420),且所述子收集腔室(1420)与所述液滴生成层(13)的导流口(1310)一一对应。
8.如权利要求7所述的液滴生成模块,其特征在于,所述导流口(1310)为漏斗形的结构,且相邻的两个所述液滴生成层(13)中处于下方的所述液滴生成层(13)的导流口(1310)位于处于上方的所述液滴生成层(13)的导流口(1310)的外侧。
9.如权利要求7或8所述的液滴生成模块,其特征在于,所述底板(141)上设置有平布置的抽屉式的槽体,所述槽体内设置有能够在所述槽体内抽拉滑动的抽拉板(143),所述收集腔室(142)设置在所述抽拉板(143)上。
10.一种用于乳化的双水相系统,包括液滴生成模块(1),其特征在于,所述液滴生成模块(1)为如权利要求1-9中任一项所述的液滴生成模块。
11.如权利要求10所述的用于乳化的双水相系统,其特征在于,还包括外部驱动模块(2),所述外部驱动模块(2)包括第一注射(21)和第二注射泵(22);所述第一注射泵(21)用于向所述液滴分散相入口层(11)供应分散相流体;所述第二注射泵(22)用于向所述通孔(1311)内供应连续相流体。
12.如权利要求11所述的用于乳化的双水相系统,其特征在于,所述第一注射泵(21)与所述液滴分散相入口层(11)之间的连接管路上还设置有电磁(3)。
13.如权利要求12所述的用于乳化的双水相系统,其特征在于,还包括实时监测控制模块(4),所述实时监测控制模块(4)包括倒置显微镜(41)、设置在所述倒置显微镜(41)上且用于采集所述倒置显微镜(41)的成像信息的摄像机(42)和用于对所述成像信息进行分析处理的PC单元(43);所述液滴生成模块(1)放置在所述倒置显微镜(41)的载物台上,且所述液滴生成模块(1)为透明材质制作而成,且所述PC单元(43)能够控制所述电磁阀(3)的开闭及频率变化。

说明书全文

一种用于乳化的双相系统及其液滴生成模

技术领域

[0001] 本实用新型涉及微流控技术领域,尤其涉及一种用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块。

背景技术

[0002] 液滴微流体是在微通道内通过不混溶的多相流产生和操纵具有精确控制体积和组成的离散液滴,由于体积小、区室化、低扩散、无交叉污染、反应快速等诸多优点,该技术允许完成宏观上无法实现的实验。例如,通过液滴中的快速传热精确地控制颗粒的合成过程中的温度,完成芯片上的温度循环等。再加上近年来,液滴微流体在理论研究和技术创新方面的巨大进步,液滴微流控系统已经成为一个在微观尺度上进行化学和生物学研究的重要平台,并成功应用到蛋白结晶、酶分析、药物筛选、化学合成、单分子/单细胞研究等分子与细胞生物学及分析化学研究领域,为其研究开辟了诸多亮点。
[0003] 当前大多数液滴微流体主要基于油包水系统,其中有机试剂作为连续相。然而,在一些生物化学和材料科学实验中,所使用的油相和表面活性剂不仅要考虑其毒性(例如,蛋白质生物活性会由于油水乳液界面的变性而受到损害),还需要大量的后续步骤处理(例如,液滴破乳化),同时产生的有机废液也不易被环境消耗,极大地限制了液滴更广泛的生化应用。因此,目前引入了双水相系统,作为一种以无油和无表面活性剂的方式产生生物相容性液滴的新策略。其原理是指某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会形成互不相溶的双水相系统。该双水相系统不仅避免了细胞和油相之间的直接接触,也为细胞提供了温和的生物微环境。
[0004] 尽管已经证明了双水相系统有许多优点,但也存在一些问题。一方面,不同液相之间的界面张趋于非常低,通常小于10-4N/m。若通过被动模式下生成液滴(例如弱重力驱动),不能精确地控制的尺寸和形态;若通过主动模式——引入外部驱动,通常会涉及复杂的定制设置。另一方面,由于低流速,单个微流体液滴发生器的典型生产率约为1-10ml/h的液滴,而基于低表面张力的双水相系统产量低于油包水系统,产量受到限制会极大地影响了相应的研究。例如,小型化合物库是通过筛选以发现新药物的强大资源,但药物发现可能需要筛选多达一百万种变体。如此大的数量不仅昂贵耗时,且不易完成。因此,需要具有更高的通量、低成本以及高灵敏度的平台来实现。
[0005] 综上所述,如何有效解决用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块结构复杂且吞吐量低的问题,已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的是提供一种用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块,以解决结构复杂且吞吐量低的问题。
[0007] 为了实现上述目的,本实用新型提供了一种液滴生成模块,包括液滴分散相入口层、位于所述液滴分散相入口层的下开口端面的分散相通道固定层、位于所述分散相通道固定层的下方的液滴生成层和位于所述液滴生成层下方的液滴收集层;
[0008] 所述分散相通道固定层包括固定基底和设置于所述固定基底上的多个分散相通道;
[0009] 所述液滴生成层包括底盘和设置在所述底盘的上表面的多个连续相通道,所述底盘的中心设置有用于将生成的液滴导入所述液滴收集层的导流口,所述连续相通道由所述导流口的中心向四周呈辐射状分布,所述底盘的侧壁设置有用于向各个所述连续相通道引入连续相流体的通孔;
[0010] 所述分散相通道用于将所述液滴分散相入口层导入的分散相流体导流至所述连续相通道内;
[0011] 所述液滴生成层的数量为多层,且为逐层自上而下依次垛叠而成;所述分散相通道包括多组子分散相通道,且所述子分散相通道与所述液滴生成层一一对应连通。
[0012] 优选地,所述液滴分散相入口层为圆锥形壳体,所述固定基底与所述圆锥形壳体的底部密封连接,所述圆锥形壳体的顶部设置有分散相流体的导入管。
[0013] 优选地,所述固定基底与所述圆锥形壳体为一体式结构。
[0014] 优选地,所述底盘的上表面设置有自中心向四周辐射的隔板,任意相邻的两个隔板围成一个所述连续相通道,且所述隔板的最外侧边缘与所述底盘的侧部内边设置有预设间隙。
[0015] 优选地,所述连续相流体通过多通管供应,所述多通管包括与连续相流体供应装置连通的主管道和与所述主管道连通的多个子管道,所述子管道与所述液滴生成层的通孔一一对应连通。
[0016] 优选地,每组所述子分散相通道均包括多个毛细管道,且所述毛细管道呈同轴环形排布。
[0017] 优选地,每组所述子分散相通道的孔径通道的直径不同,所述液滴收集层包括底板和设置在所述底板上的收集腔室,所述收集腔室包括多个子收集腔室,且所述子收集腔室与所述液滴生成层的导流口一一对应。
[0018] 优选地,所述导流口为漏斗形的结构,且相邻的两个所述液滴生成层中处于下方的所述液滴生成层的导流口位于处于上方的所述液滴生成层的导流口的外侧。
[0019] 优选地,所述底板上设置有水平布置的抽屉式的槽体,所述槽体内设置有能够在所述槽体内抽拉滑动的抽拉板,所述收集腔室设置在所述抽拉板上。
[0020] 相比于背景技术介绍内容,上述液滴生成模块,包括液滴分散相入口层、位于液滴分散相入口层的下开口端面的分散相通道固定层、位于分散相通道固定层的下方的液滴生成层和位于液滴生成层下方的液滴收集层;分散相通道固定层包括固定基底和设置于固定基底上的多个分散相通道;液滴生成层包括底盘和设置在底盘的上表面的多个连续相通道,底盘的中心设置有用于将生成的液滴导入液滴收集层的导流口,连续相通道由导流口的中心向四周呈辐射状分布,底盘的侧壁设置有用于向各个连续相通道引入连续相流体的通孔;分散相通道用于将液滴分散相入口层导入的分散相流体导流至连续相通道内;液滴生成层的数量为多层,且为逐层自上而下依次垛叠而成;分散相通道包括多组子分散相通道,且子分散相通道与所述液滴生成层一一对应连通。该液滴生成模块通过液滴分散相入口层导入分散相流体,经过分散相通道固定层上的分散相通道引导至连续相通道,而连续相流体通过通孔引入连续相通道。在连续相通道内通过连续相流体对分散相流体的剪切力作用形成液滴,最后通过液滴生成层上的导流口导入液滴收集层,由此完成液滴的生成与收集。并且由于上述液滴生成层采用多层的布置方式,与子分散相通道一一对应连通,从而可以大规模增加并行化液滴生成通道,按比例放大提高液滴生成产量,大大提升了液滴生成效率。此外,上述液滴生成模块的结构简单,生产制作便捷。
[0021] 另外,本实用新型还提供了一种用于乳化的双水相系统,包括液滴生成模块,该液滴生成模块为上述任一方案所描述的液滴生成模块。由于上述液滴生成模块具有上述技术效果,因此具有上述液滴生成模块的用于乳化的双水相系统也应具有相应的技术效果,在此不再赘述。
[0022] 优选地,还包括外部驱动模块,所述外部驱动模块包括第一注射和第二注射泵;所述第一注射泵用于向所述液滴分散相入口层供应分散相流体;所述第二注射泵用于向所述通孔内供应连续相流体。
[0023] 优选地,所述第一注射泵与所述液滴分散相入口层之间的连接管路上还设置有电磁
[0024] 优选地,还包括实时监测控制模块,所述实时监测控制模块包括倒置显微镜、设置在所述倒置显微镜上且用于采集所述倒置显微镜的成像信息的摄像机和用于对所述成像信息进行分析处理的PC单元;所述液滴生成模块放置在所述倒置显微镜的载物台上,且所述液滴生成模块为透明材质制作而成,且所述PC单元能够控制所述电磁阀的开闭及频率变化。附图说明
[0025] 图1为本实用新型实施例提供的液滴生成模块的分体结构示意图;
[0026] 图2为本实用新型实施例提供的液滴生成模块的剖视结构示意图;
[0027] 图3为本实用新型实施例提供的液滴分散相入口层与分散相通道固定层的组装结构示意图;
[0028] 图4为本实用新型实施例提供的分散相通道固定层的结构示意图;
[0029] 图5为本实用新型实施例提供的位于上方的液滴生成层的结构示意图;
[0030] 图6为本实用新型实施例提供的位于最下方的液滴生成层的结构示意图;
[0031] 图7为本实用新型实施例提供的液滴收集层的结构示意图;
[0032] 图8为本实用新型实施例提供的多通管的结构示意图;
[0033] 图9为本实用新型实施例提供的用于乳化的双水相系统的结构示意图。
[0034] 上图1-图9中,
[0035] 液滴生成模块1、液滴分散相入口层11、导入管111、分散相通道固定层12、固定基底121、分散相通道122、子分散相通道1220、液滴生成层13、底盘131、导流口1310、通孔1311、连续相通道132、隔板133、贯通孔134、液滴收集层14、底板141、收集腔室142、子收集腔室1420、抽拉板143、把手144、多通管15、主管道151、子管道152、外部驱动模块2、第一注射泵21、第二注射泵22、电磁阀3、实时监测控制模块4、倒置显微镜41、摄像机42、PC单元43。

具体实施方式

[0036] 本实用新型的核心是提供一种用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块,以解决结构复杂且吞吐量低的问题。
[0037] 为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型提供的技术方案,下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0038] 如图1-图9所示,本实用新型实施例提供的一种液滴生成模块,包括液滴分散相入口层11、位于液滴分散相入口层11的下开口端面的分散相通道固定层12、位于分散相通道固定层12的下方的液滴生成层13和位于液滴生成层13下方的液滴收集层14;分散相通道固定层12包括固定基底121和设置于固定基底121上的多个分散相通道122;液滴生成层13包括底盘131和设置在底盘131的上表面的多个连续相通道132,底盘131的中心设置有用于将生成的液滴导入液滴收集层14的导流口1310,连续相通道132由导流口1310的中心向四周呈辐射状分布,底盘131的侧壁设置有用于向各个连续相通道132引入连续相流体的通孔1311;分散相通道122用于将液滴分散相入口层11导入的分散相流体导流至连续相通道132内;液滴生成层13的数量为多层,且为逐层自上而下依次垛叠而成;分散相通道122包括多组子分散相通道1220,且子分散相通道1220与液滴生成层13一一对应连通。
[0039] 该液滴生成模块通过液滴分散相入口层导入分散相流体,经过分散相通道固定层上的分散相通道引导至连续相通道,而连续相流体通过通孔引入连续相通道。在连续相通道内通过连续相流体对分散相流体的剪切力作用形成液滴,最后通过液滴生成层上的导流口导入液滴收集层,而完成液滴的生成与收集。并且由于上述液滴生成层采用多层的布置方式,与子分散相通道一一对应连通,可以大规模增加并行化液滴生成通道,按比例放大提高液滴生成产量,大大提升了液滴生成效率,此外上述液滴生成模块的结构简单,生产制作便捷。
[0040] 这里需要说明的是,本领域技术人员都应该能够理解的是,为了能够实现通孔1311向连续相通道132供应连续相流体,上述液滴生成层13的底盘131的侧壁应该为边缘凸起的结构,并且连续相通道的最外侧边缘与所述底盘的侧部内边设置有预设间隙。这样分散相流体进入连续相通道后,通过通孔处导入的连续相流体对其剪切力的作用生成液滴,并通过导流口1310导入液滴收集层14,一般来说,导流口1310的内径尺寸选择在1-2cm。
[0041] 需要说明的是,一般来说,液滴分散相入口层11优选为圆锥形壳体,固定基底121与圆锥形壳体的底部密封连接,圆锥形壳体的顶部设置有分散相流体的导入管111。通过将液滴分散相入口层设计成圆锥形壳体能够有效的减少导入管的布置,仅需一根导入管即可实现对分散相通道固定层12上的多个分散相通道122供应分散相流体。当然可以理解的是,上述圆锥形壳体仅仅是本实用新型实施例的优选举例而已,实际应用中,还可以采用本领域技术人员常用的其他漏斗形结构,比如多棱锥结构等。此外,需要说明的是,液滴分散相入口层11、分散相通道固定层12、液滴生成层13和液滴收集层14的相邻两层之间均为周向紧密密封配合,而上述固定基底又位于液滴生成层的上方,因此其还能够起到防止液滴生成层落灰的效果。
[0042] 另外需要说明的是,上述固定基底121与圆锥形壳体可以为一体式结构,比如焊接或者粘结固定的方式等;也可以采用分体式结构固定连接方式连接,具体可以螺纹连接等。
[0043] 在一些具体的实施方案中,上述连续相通道132的具体结构形式,可以是底盘131的上表面设置有自中心向四周辐射的隔板133,任意相邻的两个隔板133围成一个连续相通道132,且隔板133的最外侧边缘与底盘131的侧部内边设置有预设间隙。也即连续相通道的横截面积为梯形,并且该梯形自内向外逐渐变大。
[0044] 进一步的实施方案中,由于液滴生成层13采用了多层,对应每层的液滴生成层上的通孔1311处均需连接连续相流体供应管路,为了方便布置,同时也为了实现多层同步供应连续相流体,上述连续相流体的供应采用多通管15的方式供应,该多通管15的具体结构包括与连续相流体供应装置连通的主管道151和与主管道151连通的多个子管道152,子管道152与液滴生成层13的通孔1311一一对应连通。这样仅需通过连续相流体供应装置对主管道151进行供应,即可实现多层的液滴生成模块同时得到连续相流体的供应,大大简化了管路的布置结构。
[0045] 此外需要说明的是,一般来说,每组子分散相通道1220均包括多个毛细管道,且毛细管道呈同轴环形排布,并且子分散相通道的内径一般在50微米~150微米,外径一般在200微米~450微米。当然可以理解的是,上述同轴环形排布的方式仅仅是本实用新型实施例的优选举例而已,实际应用过程中,还可以是采用本领域技术人员常用的其他排布形式。
[0046] 在一些更具体的实施方案中,为了能够实现多种尺寸的液滴生成,上述每组子分散相通道1220的孔径通道的直径不同,液滴收集层14包括底板141和设置在底板141上的收集腔室142,收集腔室142包括多个子收集腔室1420,且子收集腔室1420与液滴生成层13的导流口1310一一对应。通过将每组子分散相通道的孔径通道直径设计成不同,并配备不同的子收集腔室,可以实现不同尺寸的液滴生成和收集,大大提升了液滴生成模块的适应能力。当然可以理解的是,也可以采用每组子分散相通道1220的孔径通道的直径相同的布置形式,采用直径相同的布置形式能够增大液滴通量的效果。子收集腔室的具体结构形式可以为设置环形隔板分割的形式构成。
[0047] 需要说明的是,为使得下方的液滴生成层同时生成液滴,且不影响上方的液滴生成层生成液滴效果的情况下。相邻两层液滴生成层中,位于上方的液滴生成层对应下方的液滴生成层的分散相通道投影的同一径向外围位置打贯通孔134,并且一般来说,相邻的两个液滴生成层的分散相通道之间至少间隔300微米。对应下方的液滴生成层的分散相通道由此贯通孔134插入到下方的液滴生成层的连续相通道内,且通过该贯通孔的子分散相通道的下底面与下方的液滴生成层的连续相上表面通道贯通相切。除此之外,为了避免与下方的液滴生成层连通的子分散相通道,影响上层的液滴生成,自上而下的液滴生成层所对应的子分散相通道(比如同轴环形排布的毛细管道)中,越向下的液滴生成层所对应的子分散相通道越靠近外侧。
[0048] 同时,为了避免收集液滴过程中,不同液滴生成层之间发生相互影响。上述导流口1310优选为漏斗形的结构,且相邻的两个液滴生成层13中处于下方的液滴生成层13的导流口1310位于处于上方的液滴生成层13的导流口1310的外侧。这样通过导流口能够有效的隔离相邻两层液滴生成层之间液滴导向。当然这里需要说明的是,当液滴生成层为n层时,也可以是仅在自上而下的第1到n-1层的液滴生成层的导流口设计成漏斗形结构,最底层不设计成漏斗形也可以,因为最后一层已经不会受到下层的影响。
[0049] 在一些更具体的实施方案中,为了方便取用收集的液滴,上述液滴收集层14的底板141上设置有水平布置的抽屉式的槽体,槽体内设置有能够在槽体内抽拉滑动的抽拉板143,收集腔室142设置在抽拉板143上。这样当需要使用收集的液滴时,直接将抽拉板抽出即可使用,取用方便快捷。当然为了更加方便抽拉板的抽拉,一般来说抽拉板的外侧还可以设置把手144。
[0050] 另外,本实用新型还提供了一种用于乳化的双水相系统,包括液滴生成模块1,该液滴生成模块1为上述任一方案所描述的液滴生成模块。由于上述液滴生成模块具有上述技术效果,因此具有上述液滴生成模块的用于乳化的双水相系统也应具有相应的技术效果,在此不再赘述。
[0051] 需要说明的是,用于乳化的双水相系统,一般还包括外部驱动模块2,外部驱动模块2包括第一注射泵21和第二注射泵22;第一注射泵21用于向液滴分散相入口层11供应分散相流体;第二注射泵22用于向通孔1311内供应连续相流体。
[0052] 进一步的实施方案中,第一注射泵21与液滴分散相入口层11之间的连接管路(一般采用连接软管)上还设置有电磁阀3。通过引入外部驱动电磁阀装置,可直接安装在胶软管上,克服了双水相系统表面张力不足的问题,避免了复杂的定制设置,且该电磁阀属于低成本的商业化产品。关闭该电磁阀装置,该系统也可以作为常用的油包水或水包油液滴高通量装置。
[0053] 在一些更具体的实施方案中,为了更加方便对液滴生成情况的监控,一般来说,上述用于乳化的双水相系统还包括实时监测控制模块4,该实时监测控制模块4具体包括倒置显微镜41、设置在倒置显微镜41上且用于采集倒置显微镜41的成像信息的摄像机42和用于对成像信息进行分析处理的PC单元43;液滴生成模块1放置在倒置显微镜41的载物台上,且液滴生成模块1为透明材质制作而成,且PC单元43能够控制电磁阀3的开闭及频率变化。通过高速摄像机对液滴产生过程进行可视化,监测和记录,产生的图像和视频实时传入PC端,在PC端屏幕显示。并且通过PC单元控制电磁阀的开闭及频率变化还可以根据PC端收集到的信息实时控制调整液滴生成状况。
[0054] 需要说明的是,分散相流体和连续相流体在实际应用过程中,可以根据实际需求进行选择,比如,连续相流体可以为聚乙二醇,分散相流体可以为葡聚糖。
[0055] 此外需要说明的是,上述分散相通道固定层的固定基底一般优选采用聚甲基丙烯酸甲酯材料,因为该材料刚度大,可有效改善流动变化的瞬态响应;上述液滴分散相入口层、液滴生成层、液滴收集层均优选采用透明光敏树脂材料;上述分散相通道、连续相入口均优选采用不锈材料,刚度大,耐腐蚀,可重复使用。当然可以理解的是,上述仅仅是本实用新型实施例对于材料的优选举例,实际应用过程中,还可以根据实际需求选择其他材质。
[0056] 上述用于乳化的双水相系统,在功能上,一方面,该系统除了作为高通量双水相系统,也可关闭电磁阀,作为高通量油包水系统或水包油系统使用,功能多用。使用过程中,可根据实际需要,对所述高通量液滴生成的通道进行疏水性或亲水性。另一方面,由于双水相系统连续相和分散相均具有生物相容性,且该系统解决了现有双水相系统吞吐量低、装置复杂的问题,可广泛应用于单细胞封装,功能性微粒产生,受控的药物包封和释放,组织工程等诸多生物化学领域。
[0057] 原理上,采用T型这一简单通道作为液滴生成结构,原理成熟且易于理解。为克服双水相系统表面张力不足的问题,引入外部驱动电磁阀装置,可直接安装在硅胶软管上,避免了复杂的定制设置,且该电磁阀属于低成本的商业化产品。
[0058] 结构上,实现了三维的并行化转化,有效利用三维空间,且采用多层结构,大规模增加并行化液滴生成通道,按比例放大提高液滴生成产量。液滴生成层,在不影响液滴生成效果的情况下,使用薄的聚甲基丙烯酸甲酯和透明光敏树脂材料作基底,最大限度地减少装置的有效厚度,使系统紧凑,以实现高密度封装;液滴分散相入口层采用喷头式结构,同时连续相入口采用多通接口结构,保证整个装置只有2个入口,减少外部泵的使用,最大程度避免了因外部泵差异造成的液滴尺寸等差异;所述液滴收集层采用抽屉式结构,在保证一个出口的基础上,不仅可灵活收集取用生成的液滴,也可以同时收集不同尺寸的液滴,且整个装置均没有复杂泵阀管路。
[0059] 材料上,采用聚甲基丙烯酸甲酯和透明光敏树脂,价格低廉,透明度高,保证整个装置的透明性,可对液滴生成情况进行光学检查及监测,除此之外,材料刚度大,亦可保证其重复使用性;采用的毛细钢管,硅胶软管,多通接口等配件,都是易获得的低成本商业化产品。
[0060] 工艺上,整个液滴生成模块可采用任何高精度计算机数字控制微铣削机器和3D打印设备共同加工完成,避免传统复杂困难的加工方式,且整个过程不需要洁净室设施,灵活性高,成本得到有效降低,提高了相应的商业价值。
[0061] 装置搭建上,可以分散相通道为基准,对通道进行对准组装,避免了手动对准过程中不必要的误差,降低制作难度,总之,该过程是低成本的并且能够实现多层微流体装置的快速制作。
[0062] 为了更好地理解本实用新型的技术方案以及有益效果,下面结合不同的应用场景对本实用新型进行更加详细的介绍,实施例只是本实用新型的优选实施例,本实用新型并不限于此。
[0063] 实施例1:
[0064] 该实施例液滴生成层13采用每组子分散相通道1220的孔径通道的直径相同的布置形式,可有效提高液滴吞吐量。将液滴生成模块1上的分散相和连续相入口通过硅胶软管分别与第一注射泵21和第二注射泵22相连接,在第一注射泵21和第二注射泵22驱动下,将含红墨水的葡聚糖溶液和聚乙二醇溶液和分别注入通道中,在溶液流动至通道后,通过PC单元控制电磁阀3使其以周期性频率打开与关闭,高速摄像机42实时拍摄通道,在PC上显示液滴生成情况,通过PC可根据实际情况实时调整电磁阀3的闭合。在T型结构处连续生成红色的微液滴,产生的液滴沿着液滴生成层13的内壁流向液滴收集层14中的收集腔室142,且待收集完毕后,关闭第一注射泵21、第二注射泵22和电磁阀3,得到固定大小均匀的双水相液滴,可通过第一注射泵21和第二注射泵22分别调整分散相和连续相流动速度,以及电磁阀3精准控制生成液滴的直径。
[0065] 实施例2:
[0066] 该实施例液滴生成层13采用每组子分散相通道1220的孔径通道的直径相同的布置形式。将图1所示的液滴生成模块1上的分散相和连续相入口通过硅胶软管分别与第一注射泵21和第二注射泵22相连接,在第一注射泵21和第二注射泵22的驱动下注入通道中,其中,连续相是聚乙二醇溶液,分散相是含有细胞悬浮液的葡聚糖和海藻酸钠混合溶液,同时在收集腔室142内加入氯化溶液。在溶液流动至通道后,用PC控制电磁阀3其以周期性频率打开与关闭,高速摄像机42实时拍摄通道,在PC上显示液滴生成情况,通过PC根据需要调整电磁阀3的闭合。在T型结构处连续生成含有细胞悬浮液的微液滴,产生的液滴沿着液滴生成层内壁流向液滴收集层中的收集腔室142,并与收集腔室142中的氯化钙溶液发生交联,形成水凝胶微球,该水凝胶微球可作为细胞3D培养或药物释放的微载体。该双水相系统作为3D系统的微载体,与油包水系统相比,不需要考虑毒性等问题,且具有很好的生物相容性,并大大提高了吞吐量。
[0067] 该系统也可应用到单细胞封装,药物封装和可控释放等诸多方面。综上,不仅成本低廉,结构简单,操作简单,实现了高吞吐量,还具有广泛的应用。
[0068] 以上对本实用新型所提供的用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块进行了详细介绍。需要说明的是,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0069] 还需要说明的是,在本文中,诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0070] 本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以对本实用新型进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
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