[发明专利]微流体器件

说明书

本申请是申请日为“2003年6月3日”，申请号为“03820494.0”，发明名称为“用于流体分散的方法和器件”的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明一般地涉及流动聚焦型技术以及微型射流技术，更具体地说，本发明涉及为控制分散剂内的分散相和多相流体系统中分散相的尺寸和尺寸分布而安排的微型射流系统。 

背景技术

为了递送流体、制造产品和分析等目的处理流体使之形成预期结构的流体流、不连续的流体流、颗粒、分散体等等是一种被广泛研究的技术领域。例如，直径小于100微米的高度单分散的气体泡沫已经使用被称为毛细管流动聚焦的技术被生产出来。在这种技术中，气体被迫从毛细管中挤出进入液体浴，毛细管被放置在小孔的上方，而外部液体的收缩流动通过这个小孔使气体聚焦到细射流之中，随后借助毛细作用的不稳定性被破碎成同样大小的泡沫。在相关的技术中，类似的安排已被用来在空气产生的液体雾滴 

微型射流技术是涉及以非常小的规模控制流体流的技术领域。微型射流器件通常包括非常小的流体流动通道，该通道可以是分叉的或按别的方式安排的，以便允许流体相互合并、将流体转移到不同的位置、引起流体之间的层流、稀释流体等等。可能有重大影响的努力指向“芯片实验室(lab-on-a-chip)”微型射流技术，其中研究人员寻求在“芯片”或微型射流器件上最小规模地完成已知的化学或生物反应。此外，宏观上未必已知的新技术正在使用微型射流技术发展起来。以 微型射流的规模正在研究或发展的技术的例子包括高通过量的筛分、药物递送、化学动力学测量、组合化学(其中需要化学反应、化学亲和力和微结构形成的快速测试)以及物理、化学和工程学领域中的基本问题的研究。 

分散体领域已得到很好的研究。分散体(或乳状液)是用至少两种不相容的(不能相混的)材料的混合物定义的一种材料分散在另一种材料之内的两种材料(通常是流体)的混合物。换句话说，一种材料被破碎成被运载第一相的另一相(分散剂或固定相)包围的小的孤立的区域即微滴。分散体的例子在许多工业中都能找到，包括食品工业和化妆品工业。例如，各种洗剂倾向于将油分散在水基分散剂之内。在分散体中，分散相微滴的尺寸控制能影响总的产品性质，例如，洗剂的“手感”。 

分散体的形成通常是在包括容易出故障而且在许多情况下不适合控制非常小的分散相微滴的运动部件(例如，搅拌器或为破碎材料设计的类似的器件)的设备中完成的。明确地说，传统的生产过程通常涉及为在通常不适合小分散体精确控制的尺寸上操作而建造的制造设备。薄膜乳化是一种使用微米级的小孔形成乳状液的小规模技术。然而，分散相的多分散性在某些情况下可能受薄膜上的小孔尺寸的限制。 

尽管存在许多涉及多相系统控制的技术，但是仍然需要改进对分散相的尺寸、尺寸范围(多分散性)和其它因素的控制。 

1998年1月12日(Ganan-Calvo)以“稳定的显微液体线，单分散喷雾和气流喷雾的形成(Generation of Steady Liquid Microthreads and Monodisperse Sprays and Gas Streams)”为题发表在Phys.Rev.Lett.80：2，285-288上的文章描述借助分层的加速气流形成显微液体线，从而产生细雾。 

2000年9月19日颁布的美国专利第6,120,666号描述一种用来(例如，在生物流体分析中)分析流体介质中的显微颗粒的有用来在空间上限制第一和第二样品流体流的流体聚焦室的装置。 

2000年9月12日颁布的美国专利第6,116,516号描述毛细管微射流的形成和借助微射流的分离形成单分散的气溶胶。 

2001年2月13日颁布的美国专利第6,187,214号描述借助两种不能相混的流体的相互作用生产的尺寸范围从大约1微米到大约5微米的雾化粒子。 

2001年6月19日颁布的美国专利第6,248,378号描述使用微射流和在微射流分离时形成的单分散的气溶胶生产引进食物的粒子。 

2001年4月30日(Thorsen等人)以“产生微流的气泡装置动态形成方式(Dynamic Patten Formation in a Vesicle-Generating Microfluidic Device)”为题发表在Phys.Rev.Lett.86：18上的文章描述借助微型射流横向流动，明确地说，通过在两个微型射流通道之间的“T”型接合部将水引到流动的油之中，在连续的油相中形成不连续的水相。