[发明专利]一种振动管路控制流动聚焦型微流控芯片生成微液滴的方法

说明书

本发明公开了一种振动管路控制流动聚焦型微流控芯片生成微液滴的方法。本发明在流动聚焦型微流控芯片生成微液滴的系统中，通过机械振动器对芯片外部分散相流体管路施加一个振幅、频率可控的机械振动，来控制流动聚焦型微流控芯片中微液滴的生成。本发明仅通过控制外部机械振动器的振幅和频率，便可达到生成不同尺寸微液滴，同时控制液滴生成频率的目的，也能提高微液滴生成的频率。

技术领域

本发明属于流体机械领域，涉及一种振动管路控制流动聚焦型微流控芯片生成微液滴的方法。

背景技术

近年来，微液滴技术凭借其在科研领域的重要影响和工程领域的特殊应用，得到了广泛关注。科研工作者们提出了很多形成近似单分散微液滴的方法，例如滴水龙头、喷嘴释放、微流控技术等等。在这些技术中，液滴微流体是最普遍的一种方法，可以被用于食物传递、药品传输、化学反应、健康监测以及其他一些生物分析领域。总的来说，有三种典型的几何设备可以用于产生微液滴：Ｔ形管道、流动聚焦管道和同轴流动管道。其中流动聚焦管道能够实现较宽体积范围内微液滴序列的形成。一种典型的流动聚焦微流体设备如图１所示，它包括三个入口，中间的入口注入分散相，两侧的入口注入连续相。两种不混溶的流体在狭窄的管道中相遇并彼此接触，随后断裂分解形成微液滴。

由于微液滴应用在不同领域时所需粒径尺寸不同，所以对流动聚焦型微流控芯片生成可控尺寸的微液滴也提出了更高的要求。目前流动聚焦型微流控芯片能生成尺寸可控的微液滴方法有以下几种：一是通过改变的微流控芯片的通道几何结构，对于生成不同尺寸的微液滴，通过改变通道几何结构，对加工精度提出了更高的要求，成本也会大幅提升；二是通过改变两种流体的粘度和表面张力来控制不同尺寸的微液滴，但是对于给定的流体性质，这种方法难以控制生成的微液滴尺寸，因此限制了其应用；三是通过精确控制流体的压力来控制不同尺寸的微液滴，操作中流体需要较高压力，因此也限制了这种方法在实际过程中的应用。上述方法都或多或少在使用过程中技术上存在一定的局限和难点，而如果通过在外部分散相管路中施加一个稳定的机械扰动，就能以此控制流动聚焦型微流控芯片微液滴的生成将可以很大程度上解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有流动聚焦型微流控芯片生成微液滴过程中，微液滴尺寸控制难度大、实验重复性交差、生成过程不稳定的不足，提供了一种新的方法来控制流动聚焦型微流控芯片微液滴的生成。该方法通过一个外部机械振动器对分散相流体施加扰动，从而有效控制微液滴的生成时间及粒径大小。由此达到实验过程中仅通过控制外部机械振动器的振幅和频率，便可达到生成不同尺寸微液滴，同时控制液滴生成频率的目的，也能提高微液滴生成的频率。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：在流动聚焦型微流控芯片生成微液滴的系统中，通过机械振动器对芯片外部分散相流体管路施加一个振幅、频率可控的机械振动，来控制流动聚焦型微流控芯片中微液滴的生成。根据泊肃叶定律，由于外部扰动会对分散相流体造成影响，引起的压力波动使得分散相流体流量发生变化，一定条件下，使得分散相流体流量受外部振动控制，改变机械振动器的振幅和频率影响分散相流体的流量，从而控制生成不同尺寸的微液滴和发生频率。

进一步说，当流动聚焦型微流控生成微液滴时，通过在外部分散相管路中施加的机械振动，保持机械振动器的振幅不变，增加振动器的振动频率，可加快微液滴的生成速率，且当振动器的振动频率大于微液滴的无振动情况下的生成频率时，液滴的生成速率与振动器的振动频率同步，即可加快液滴生成频率；保持机械振动器的频率一定，增加振动器的振幅可控制微液滴生成的尺寸大小，且当液滴生成状态为射流模式的时候，通过振动器振幅的增加使得射流模式变成滴落模式，提高微液滴生成的稳定性和单分散性。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：