[发明专利]一种用于多结构复合微液滴规模化可控制备的微流控装置

说明书

本发明涉及一种用于多结构复合微液滴规模化可控制备的微流控装置，由隔板间隔的三个功能区域堆叠构成，自上而下分别是阀门控制功能区、液滴制备功能区和流体分配功能区。阀门控制功能区以气或液/磁驱动阀门闭合/开启状态转换，实现多组分微液滴的结构调控。流体分配功能区以多形式蛇形通道结构组合，实现分配通道中各流体流速的均等分配，并将对应分散相(连续相)流体输送至液滴制备功能区。液滴制备功能区包含在二维平面上并联排布的多个相同液滴制备单元，其中液滴制备单元以交错流型或聚焦流型结构微通道多级串联构成，实现复合微液滴高通量制备。此微流控装置适用于多领域高单分散性、高结构性和高功能性复合颗粒材料的可控规模化制备。

技术领域

本发明属于微化工领域，具体涉及到一种用于多结构复合微液滴规模化可控制备的微流控装置。

技术背景

液滴微流控技术是当今备受关注的热点研究领域之一，在化工、能源、环境、医药等领域中都起到了非常重要的作用。与传统液滴成型方法相比，液滴微流控技术具有优异的流体微尺度相界面调控能力，可实现高单分散性、高结构性和高功能性复合微液滴的可控制备。但受限于单位时间内单一微通道中液滴制备较低的产能，难以满足工业级产量要求，且微通道装置结构一经确定不可变更，无法利用同一微流控装置实现多结构复合微液滴的可控制备。由于微通道本身具有可重复且不产生放大效应的特性，配合气/液/磁驱动阀门开启/闭合状态调控，可实现微通道结构转变，突破复杂结构复合微液滴的可控规模化制备的瓶颈。

中国发明专利(ZL201610641007.0)公开了一种规模化制备液滴的微流控模块，此发明采用多级模块化放大策略，模块设计包括并联、堆叠两个放大过程。在具体实施例中，借助蛇形通道均等分配分支流通道内流体流速，通过在单个芯片组以环形阵列方式并联排布八个微通道，再采用十个芯片组堆叠构成模块组，将壳聚糖微球产量提升至480mL/h。然而此芯片结构固定、不可变更，仅可实现单组份微液滴的批量制备，无法用于复杂结构多组分微液滴的可控规模化制备。

中国发明专利(ZL201510733141.9)公开了一种多组分微液滴微流控芯片及其加工方法，此发明通过对微通道结构设计和表面改性处理，实现了单一组份微液滴的连续制备。但当需要合成Janus液滴、O/W/O(油包水包油型)等复杂结构复合液滴时，则需利用多组分预混合或者多块芯片串联，通过前步过程首先获得内部微液滴，再将其作为分散相引入微流控芯片，结合连续相的再次剪切作用获得。此制备过程相对繁琐，且无法实现液滴的规模化制备。

发明内容

本发明的目的在于突破微流控技术在高通量制备复杂结构多组分微液滴的瓶颈，提供一种用于多结构复合微液滴规模化可控制备的微流控装置。本发明所涉及的微流控装置的液滴制备总产量为Q，Q＝η×M，其中η为液滴制备功能区中单个液滴制备单元的液滴产量，M为液滴制备单元数，M＝N×2^i-1。蛇形通道数N可依据芯片基板尺寸进行调控，同时受加工精度的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于多结构复合微液滴规模化可控制备的微流控装置，其特征在于，所述的微流控装置为一块由隔板间隔的三个纵向串联的功能区域组成的芯片，所述的功能区域自上而下分别是阀门控制功能区、液滴制备功能区和流体分配功能区；

所述的流体分配功能区位于最下方，自下而上为依次叠置的底板、连续相I流体分配层、微通道分隔层I、分散相流体分配层、以及s级间隔排列的微通道分隔层和连续相流体分配层，s＝1,2,3...，由液滴制备功能区中液滴制备微通道层微通道串联级数j决定，s＝j-1；每个流体分配层包括与之对应的独立流体进口，分别与外部独立的流体输送泵阀系统相连；所述的各个流体分配层呈中心圆孔结构，沿圆周等间距设置N个流体分配通道，通道数N由芯片基板尺寸和加工精度决定，其中N＝1,2,3…；每个流体分配通道采用扇形渐扩或矩形等宽排布的多级蛇形微通道i级串联构成，其中i＝2,3,4…，第i级采用扇形渐扩或矩形等宽排布的一种或两种蛇形微通道并联构成，末级蛇形通道流体出口与液滴制备功能区各液滴制备单元对应流体入口相连；