[发明专利]一种台阶式微流控液滴或气泡乳化模块

说明书

本发明公开了一种台阶式微流控液滴或气泡乳化模块，该模块由上部分散相和连续相输送管道、中部液滴/气泡乳化腔、下部微液滴/气泡运输通道构成。其中，液滴/气泡乳化腔内，安有多个圆盘型台阶式液滴/气泡乳化器。而众多楔形渐扩式台阶通道则通过环形阵列的方式均匀分布在圆盘型乳化器边缘。液滴与气泡的生产过程只需切换模块放置方向，即可实现生产工况的转化。该液滴/气泡乳化模块能够有效解决通道数目放大后台阶式芯片中部分通道活化程度不高，以及下游台阶通道在乳化过程中易受上游已生成液滴/气泡干扰的问题。

技术领域

本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种台阶式微流控液滴或气泡乳化模块。

背景技术

众所周知，由于微液滴/气泡具备超高的比表面积，能够隔绝其他物质而作为独立反应单元等优点，被广泛应用于食品乳化、药物封装、医疗检测、功能性颗粒物制备等各种常见的高新科技领域。近些年来，迅速发展的微流控技术，其主要目标之一便是寻找更好的途径来生产尺寸可控、单分散性优异的微液滴/气泡。

随着该技术的不断发展，微流控装置出现了以T型、Y型、流聚型、共流型以及台阶式微通道结构为代表几种常用构型。相对其他依靠连续相的剪切力和挤压力实现液滴/气泡颈部夹断过程的传统乳化装置，以界面张力作为液滴/气泡夹断驱动力，基于自发转化机制的台阶乳化装置，其生成的液滴/气泡尺寸只与进样孔口结构和分散相与壁面之间的接触角有关，不随供应流体速度的波动而改变，使得该种构型的液滴/气泡乳化过程不需要精密的进样设备，具备驱动方式多样化、放大方式简单、液滴/气泡尺寸可控等优点，大大降低了芯片的设计、加工以及运行成本。

台阶式芯片主要通过并行阵列微通道实现乳化单元的数目放大过程。目前，连续相通道主要采用蛇形蜿蜒的方式将刻有平行阵列分散相通道的平台进行串联，实现众多进样管道的排布过程。另外，直通式台阶乳化装置则采取类似膜乳化的方式，在板材上刻蚀众多分散相通道的方法完成数目放大过程。但是，随着流道长度和通道数量的增加，上述两种排布方式会造成流体在通道中压力分布不均。因此，出现很多通道即乳化单元没有活化，无液滴/气泡生成的现象。有研究者发现，利用直通式台阶装置生产4.4～9.8μm液滴时，92575根通道活化程度只有1～12.3％，大部分的微通道呈现闲置状态，大大影响了装置的乳化通量。

另外，随着连续相通道中液滴/气泡数目的逐渐增多，大量需要通过连续相通道运出芯片的液滴/气泡将干扰后续台阶式通道孔口处液滴/气泡的生成过程。无法及时排出的液滴将与正在生成的液滴/气泡相互接触，影响液滴/气泡的界面演化和孔口周围连续相的流动条件，使得液滴/气泡单分散性大大下降。

综上所述，如何解决通道孔口活化程度不高，降低连续相通道中已生成的液滴/气泡对正在生成液滴/气泡的干扰，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种台阶式微流控液滴或气泡乳化模块，解决现有技术中台阶式芯片中通道活化程度不高，以及下游台阶通道在乳化过程易受上游已生成液滴/气泡干扰的问题。

本发明的技术方案如下：

一种台阶式微流控液滴或气泡乳化模块，该模块由上部分散相运输管道(1)和连续相运输管道(2)、中部液滴/气泡乳化腔(6)、下部微液滴/气泡运输通道(5)构成；分散相通过中间的分散相运输管道(1)进入液滴/气泡乳化腔(6)内的液滴/气泡乳化器(4)，连续相通过连续相运输管道(2)进入液滴/气泡乳化腔(6)，分散相在液滴/气泡乳化器(4)内完成液滴/气泡的乳化过程，生成微液滴/气泡；微液滴/气泡运输通道(5)与液滴/气泡乳化腔(6)相联通，液滴/气泡乳化腔(6)内生成的微液滴和连续相运输管道(2)内的连续相一同流入微液滴/气泡运输通道(5)。