[发明专利]一种微流体反应器、使用方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动化、高通量的微流体反应器、使用方法及其应用。所提供的微流体反应器可应用于化学、制药和生物领域，尤其是应用于化学合成和生化反应条件的高通量筛选。

背景技术

“微流体反应器”是指用微加工技术制造的一种新型的微型化的化学反应器。近十年，微流体反应器的应用已经显示了其优势，它不仅具有所需空间小、耗样少以及反应快等优点，而且相对于传统设备具有更环保、安全的特性。由于尺度的缩小，在微流体反应器内，反应体系表面体积比极大增加，传质路径极短、传热速度极快，使反应体系的转化率、选择性有了明显的提高，而且可以制备某些传统常规反应器难以制备的产品，因此有着许多潜在的新的应用价值。目前微流体反应器已吸引了众多领域研究者的关注，逐渐成为国际精细化工技术领域的研究热点，也被认为是化学工程学科发展的一个新突破点。尽管目前国内外对微流体反应器进行了大量研究，并且也开发了不少微流体反应器产品，如基于多相层流混合的微流体反应器[Tokeshi M，Minagawa T，Uchiyama K，Hibara A，Sato K，Hisamoto H，Kitamori T.Continuous-flow chemical processing on a microchip by combiningmicrounit operations and a multiphase flow network.AnalyticalChemistry，2002，74(7)：1565-1571.]以及基于液滴型的微流体反应器[Cygan ZT，Cabral JT，Beers KL，Amis EJ.Microfluidic platform for thegeneration of organic-phase microreactors.Langmuir.2005，21(8)：3629-3634.]，但是这些微流体反应器大都需要外配精密注射泵或气压源以及微阀等控制设备和单元，存在系统结构复杂、操控繁琐等问题，极大地影响了微流体反应器的推广和应用。因此，开发结构简单、操作简便、自动化的微流体反应器具有积极的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种微流体反应器、使用方法及其应用，所提供的微流体反应器具有自动化程度高和高通量特点，可望应用于化学合成、制药和生化反应条件的高通量筛选。

本发明提供的自动化、高通量微流体反应器，其特征在于：所述微流体反应器为一种复合式微流控芯片，其中包含多组辐射状排列的微管道和微腔以及至少两个进样孔和一个通气孔；该微流体反应器通过毛细作用力实现微量液相样品在微管道中的自动化进样，同时结合微腔的毛细疏水阀作用和离心力实现微量样品的定量分配和混合。

具体而言，微流体反应器由一表面加工有微管道且具有疏水特性的基片和另一表面具有亲水特性的平整基片键合而成；其中亲水性基片可以为玻璃、硅或经过亲水性处理的聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚对二甲苯，疏水性基片可以为聚二甲基硅氧烷或经过疏水性表面处理的玻璃、硅、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚对二甲苯。所述微流体反应器为圆盘形，包含多组辐射状排列的微管道和微腔以及至少两个进样孔和一个通气孔；其中微管道横截面宽高比大于1.5，保证微管道中亲水作用力大于疏水作用力，以实现微流体反应器中基于毛细作用的水相样品自动化进样；另外，利用高度大于微管道高度的微反应腔形成疏水阀结构，由于微腔相对微管道高度增加，其局部疏水表面积比例增大以致此局部疏水作用大于亲水作用，导致水相液体流经此处因疏水阻力而停止，从而发挥微阀控制的功能。操作时，首先在各进样孔滴入水相反应试样，水相试样在毛细力的作用下自动充满进样管道，并因毛细输水阀作用而自动停止在进样微管道与微反应腔相接处；然后通过旋转芯片，利用离心力使待反应液样克服微腔的毛细疏水阀阻力作用进入微反应腔混合、反应。由于离心力的作用方向是从芯片中心向外周辐射的，因此，进样管道中仅有从与通气管道相通处至微反应腔之间的试样受离心力作用进入微反应腔，因而通过微管道几何形状和微腔位置设计可以限定进入微反应腔的试样量，从而实现待反应样品的定量分配和混合。

由本发明提供的微流体反应器可应用于化学合成条件和生化反应条件的高通量筛选，大大节省人力和成本，作为一个实例是用于蛋白质结晶条件的筛选(详见实施例2)。

总之，本发明提供的微流体反应器具有结构简单，无需复杂驱动设备和器件，简化了传统微流体反应器的操作流程，有利于微流体反应器的广泛应用。

附图说明

图1为本发明微流体反应器组合结构示意图。