[实用新型]一种双重乳液制备芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于微流控技术的双重乳液制备芯片，具体涉及的是一种为提高制备效率而设计的具有树状结构特征通道的双重乳液制备芯片。 

背景技术

双重乳液(又称多重乳液)是一种高度结构化的流体，由两种或两种以上的互不相溶的液体组成，具体形式为一种液体(内部流体)被另一种液体(中间流体)包裹形成分散的双层液滴悬浮在连续相(外部流体)中，主要型式有两种：水包油包水(W/O/W)型和油包水包油(O/W/O)型。双重乳液在农业、食品行业、医药、化妆品以及危险品处理等领域具有广泛的应用前景。 

双重乳液一般采用两次乳化过程制备而得。以W/O/W型乳液为例，首先将水在油中乳化，然后将水/油乳液再一次在水中乳化最终生成双重乳液。这种方法的可控性非常差，而且存在所制得的乳液球形度不高、乳粒大小不均匀、原材料消耗大等诸多问题。为此，迫切需要研制双重乳液的新型制备装置，使得既能有效提高生产制备效率，又能降低试剂消耗、优化制备过程。 

微流控技术是高品质双重乳液制备的一个优选途径，实验研究表明，通过微流控技术制备的双重乳液中液滴单分散性高、球形度好、制备过程更简易可控，具有重要的学术意义和实用价值。微流控装置中一个重要组成部分是微流控芯片，微流控芯片中的微通道的结构和形状对微流控装置性能有着重要影响。现有的双重乳液制备芯片或者微毛细管装置大多只有一个制备通道，因而生产率不高，制备过程耗时较长，虽然在实验室中取得了卓著的成效，难以应用到大规模工业生产中。提高生产率的方法一般是将多个制备通道并联，但是在微尺度下，流动时流体分配往往很难做到均匀，因而可能会导致各个通道所生成的液滴形状、大小不一，影响到产品的性能。为此，本实用新型将分形树状结构应用于微通道设计，进而达到充分利用微流控芯片空间、生产效率高、液滴球形度高和大小均一的目的。 

发明内容

要解决的技术问题： 

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有的单制备通道微流控芯片生产率不高 的缺点，而提供了一种新型的、具有分形树状特征微通道的双重乳液制备芯片结构，该结构双重乳液制备芯片可在保证乳粒球形度和尺寸均一性的条件下大幅提高微球制备效率。 

本实用新型的目的是设计一种基于微流控技术的双重乳液制备芯片，具有集成化和小型化的优点，该芯片的内部流体通道和中间流体通道为分形树状结构，实现了完全均匀的流体分配，使得双重乳液的制备过程得到了优化，提高了制备效率，实现高可控性的规模化、连续化生产。 

技术方案：为解决当前的双重乳液制备芯片设计上存在的技术问题，本实用新型采用的技术方案是： 

一种双重乳液制备芯片，由具有三层结构的基片加工制造而成，在基片上表面的内侧设置有内部流体通道，在基片下表面的内侧设置有外部流体通道，在所述的外部流体通道和所述的内部流体通道之间设置有中间流体通道，其特征在于：所述的内部流体通道具有第一分形树状微通道，该第一分形树状微通道包括第一主通道以及至少一级第一分支通道，在所述的最末级第一分支通道出口设置有贯穿所述的中间流体通道和所述的内部流体通道的上层连接通道；所述的中间流体通道具有第二分形树状微通道，该第二分形树状微通道包括第二主通道以及至少一级第二分支通道，所述的第二分支通道的级数和分支数目与所述第一分支通道一致，在所述的的最末级第二分支通道出口设置有贯穿所述的中间流体通道和所述的外部流体通道的下层连接通道。 

所述的内部流体通道和中间流体通道的分支数、交叉角、通道长度均保持一致，级数n为大于2小于10的整数。 

所述的分形树状微通道以平面方式铺展开来，所述的分形树状微通道至少含有2级，每级分支通道连接着分叉数N＝2的下一级分支通道，上下级微通道之间的交叉角α为180度，上下级分支通道的水力直径之比为N^-1/Δ，其中直径维数Δ取大于7/3且小于等于3的实数，所述的上下级分支通道的长度之比为N^-1/d，其中长度维数d取大于1且小于2的实数。 

所述的外部流体通道为矩形截面通道，位于芯片最下层。