[发明专利]一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法

说明书

一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法，装置包括叉指换能器，叉指换能器上制作有一个弧形叉指电极，叉指换能器上部键合有PDMS微流道系统，PDMS微流道系统由顶层PDMS流道、中层PDMS流道和底层PDMS流道键合形成；方法是先将装置固定在显微镜的载物台上，通过注射泵将分散相与连续相调整到相应的流速，在装置中的各T型微流道处，连续相将分散相剪切成微液滴，然后按下信号发生器“输出”按钮，叉指换能器上产生汇聚声表面波，声压场作用于连续相以增加相应的流阻，作为声学阀调控连续相的流速,从而实现对液滴大小的调控；本发明在保证液滴高通量生成的同时，调节输入正弦电压幅值、频率的大小，可以柔性实时调控微液滴的生成大小。

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，特别涉及一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法。

背景技术

微液滴在生物医学研究、化学材料制造应用十分广泛，其中微液滴生成方法至关重要，不同的方法在液滴生成速率和均匀性方面相差很大。随着微流控技术的发展，出现了被动式微液滴生成方法和主动式微液滴生成方法。目前，微液滴的被动式生成方法主要有共流法、流式汇聚法、T型微流道法以及基于以上方法的衍生方法，通过调节分散相和连续相的输入压力，分散相可以被连续相快速剪成微液滴，液相通常是油和水溶液。然而，在大多数被动式微液滴产生装置中，压力源通常远离微流控芯片，需要通过很长的连接管与微流体芯片相连，流体或通道材料的可压缩性会引起时间延迟，如果需要在调节液滴尺寸时进行按需实时调控，以上方法有一些局限，需要较长的系统响应时间来稳定液滴产生。

为了解决以上问题，出现了以磁控、电控、声控等外力与以上被动方法相结合的微液滴产生方法，可以通过外力实时柔性的调控微液滴生成大小。目前出现的与表面声波相关的液滴生成的研究有，Jason C.Brenker和David J.Collins将高频SAW作为一种压力源，通过定时脉冲电压，产生声表面波，作用于微流道中的两相流界面，实现了液滴的生成(详见Jason C.Brenker,David J.Collins,Hoang Van Phan,Tuncay Alan and AdrianNeild.Lab Chip,2016,16,1675-1683.David J.Collins,Tuncay Alan,KristianHelmerson and Adrian Neild,Lab Chip,2013,13,3225-3231.)。Lothar Schmid将声表面波作为动力源，在T型流道中生成了可控大小的微液滴(详见Lothar Schmid and ThomasFranke.Applied Physics Letters 104,133501(2014).)，利用对流式汇聚生成液滴的装置施加SAW的作用，实现了对生成液滴大小的控制(详见Lothar Schmid and ThomasFranke.Lab Chip,2013,13,1691-1694.)。

但在以上声控液滴生成方法中，使用的微流控装置大多为二维流道，其生成速率有一定的限制，不适于大通量微液滴的生成，特别是当需要进行大规模液滴快速生成的时候，生成速率难以满足需要,亟需主动式液滴实时调控的高通量微流控生成装置。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法，通过T型微流道结构的环形阵列化排布，实现微液滴的高通量生成，微液滴的大小可通过集成在装置内的叉指换能器产生的声表面波的输入电压和频率进行柔性调节；不仅适用于微液滴的高通生成，还适用于微气泡的高通生成。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置，包括叉指换能器1000，叉指换能器1000上制作有一个弧形电极，叉指换能器1000上部键合有PDMS微流道系统，弧形电极与PDMS微流道系统配合；PDMS微流道系统由顶层PDMS流道700、中层PDMS流道800和底层PDMS流道900键合形成；PDMS微流道系统设有连续相入口接头100、分散相入口接头200、第一收集出口接头300、第二收集出口接头400、第三收集出口接头500、第四收集出口接头600。