一种用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块技术方案

本发明专利技术公开了一种用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块，包括液滴分散相入口层、分散相通道固定层、位于分散相通道固定层的下方的多层液滴生成层和位于液滴生成层下方的液滴收集层；分散相通道固定层包括固定基底和设置于固定基底上的多个分散相通道；液滴生成层包括底盘和设置在底盘的上表面的多个连续相通道，底盘的中心设置有用于将生成的液滴导入液滴收集层的导流口，连续相通道由导流口的中心向四周呈辐射状分布，底盘的侧壁设置有用于向各个连续相通道引入连续相流体的通孔；分散相通道用于将液滴分散相入口层导入的分散相流体导流至连续相通道内。该液滴生成模块有效地改善了用于乳化双水相系统结构复杂且吞吐量低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块
本专利技术涉及微流控
，尤其涉及一种用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块。
技术介绍
液滴微流体是在微通道内通过不混溶的多相流产生和操纵具有精确控制体积和组成的离散液滴，由于体积小、区室化、低扩散、无交叉污染、反应快速等诸多优点，该技术允许完成宏观上无法实现的实验。例如，通过液滴中的快速传热精确地控制颗粒的合成过程中的温度，完成芯片上的温度循环等。再加上近年来，液滴微流体在理论研究和技术创新方面的巨大进步，液滴微流控系统已经成为一个在微观尺度上进行化学和生物学研究的重要平台，并成功应用到蛋白结晶、酶分析、药物筛选、化学合成、单分子/单细胞研究等分子与细胞生物学及分析化学研究领域，为其研究开辟了诸多亮点。当前大多数液滴微流体主要基于油包水系统，其中有机试剂作为连续相。然而，在一些生物化学和材料科学实验中，所使用的油相和表面活性剂不仅要考虑其毒性(例如，蛋白质生物活性会由于油水乳液界面的变性而受到损害)，还需要大量的后续步骤处理(例如，液滴破乳化)，同时产生的有机废液也不易被环境消耗，极大地限制了液滴更广泛的生化应用。因此，目前引入了双水相系统，作为一种以无油和无表面活性剂的方式产生生物相容性液滴的新策略。其原理是指某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会形成互不相溶的双水相系统。该双水相系统不仅避免了细胞和油相之间的直接接触，也为细胞提供了温和的生物微环境。尽管已经证明了双水相系统有许多优点，但也存在一些问题。一方面，不同液相之间的界面张力趋于非常低，通常小于10-4N/m。若通过被动模式下生成液滴(例如弱重力驱动)，不能精确地控制的尺寸和形态；若通过主动模式——引入外部驱动，通常会涉及复杂的定制设置。另一方面，由于低流速，单个微流体液滴发生器的典型生产率约为1-10ml/h的液滴，而基于低表面张力的双水相系统产量低于油包水系统，产量受到限制会极大地影响了相应的研究。例如，小型化合物库是通过筛选以发现新药物的强大资源，但药物发现可能需要筛选多达一百万种变体。如此大的数量不仅昂贵耗时，且不易完成。因此，需要具有更高的通量、低成本以及高灵敏度的平台来实现。综上所述，如何有效解决用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块结构复杂且吞吐量低的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于乳化的双水相系统及其液滴生成模块，以解决结构复杂且吞吐量低的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种液滴生成模块，包括液滴分散相入口层、位于所述液滴分散相入口层的下开口端面的分散相通道固定层、位于所述分散相通道固定层的下方的液滴生成层和位于所述液滴生成层下方的液滴收集层；所述分散相通道固定层包括固定基底和设置于所述固定基底上的多个分散相通道；所述液滴生成层包括底盘和设置在所述底盘的上表面的多个连续相通道，所述底盘的中心设置有用于将生成的液滴导入所述液滴收集层的导流口，所述连续相通道由所述导流口的中心向四周呈辐射状分布，所述底盘的侧壁设置有用于向各个所述连续相通道引入连续相流体的通孔；所述分散相通道用于将所述液滴分散相入口层导入的分散相流体导流至所述连续相通道内；所述液滴生成层的数量为多层，且为逐层自上而下依次垛叠而成；所述分散相通道包括多组子分散相通道，且所述子分散相通道与所述液滴生成层一一对应连通。优选地，所述液滴分散相入口层为圆锥形壳体，所述固定基底与所述圆锥形壳体的底部密封连接，所述圆锥形壳体的顶部设置有分散相流体的导入管。优选地，所述固定基底与所述圆锥形壳体为一体式结构。优选地，所述底盘的上表面设置有自中心向四周辐射的隔板，任意相邻的两个隔板围成一个所述连续相通道，且所述隔板的最外侧边缘与所述底盘的侧部内边设置有预设间隙。优选地，所述连续相流体通过多通管供应，所述多通管包括与连续相流体供应装置连通的主管道和与所述主管道连通的多个子管道，所述子管道与所述液滴生成层的通孔一一对应连通。优选地，每组所述子分散相通道均包括多个毛细管道，且所述毛细管道呈同轴环形排布。优选地，每组所述子分散相通道的孔径通道的直径不同，所述液滴收集层包括底板和设置在所述底板上的收集腔室，所述收集腔室包括多个子收集腔室，且所述子收集腔室与所述液滴生成层的导流口一一对应。优选地，所述导流口为漏斗形的结构，且相邻的两个所述液滴生成层中处于下方的所述液滴生成层的导流口位于处于上方的所述液滴生成层的导流口的外侧。优选地，所述底板上设置有水平布置的抽屉式的槽体，所述槽体内设置有能够在所述槽体内抽拉滑动的抽拉板，所述收集腔室设置在所述抽拉板上。相比于
技术介绍
介绍内容，上述液滴生成模块，包括液滴分散相入口层、位于液滴分散相入口层的下开口端面的分散相通道固定层、位于分散相通道固定层的下方的液滴生成层和位于液滴生成层下方的液滴收集层；分散相通道固定层包括固定基底和设置于固定基底上的多个分散相通道；液滴生成层包括底盘和设置在底盘的上表面的多个连续相通道，底盘的中心设置有用于将生成的液滴导入液滴收集层的导流口，连续相通道由导流口的中心向四周呈辐射状分布，底盘的侧壁设置有用于向各个连续相通道引入连续相流体的通孔；分散相通道用于将液滴分散相入口层导入的分散相流体导流至连续相通道内；液滴生成层的数量为多层，且为逐层自上而下依次垛叠而成；分散相通道包括多组子分散相通道，且子分散相通道与所述液滴生成层一一对应连通。该液滴生成模块通过液滴分散相入口层导入分散相流体，经过分散相通道固定层上的分散相通道引导至连续相通道，而连续相流体通过通孔引入连续相通道。在连续相通道内通过连续相流体对分散相流体的剪切力作用形成液滴，最后通过液滴生成层上的导流口导入液滴收集层，由此完成液滴的生成与收集。并且由于上述液滴生成层采用多层的布置方式，与子分散相通道一一对应连通，从而可以大规模增加并行化液滴生成通道，按比例放大提高液滴生成产量，大大提升了液滴生成效率。此外，上述液滴生成模块的结构简单，生产制作便捷。另外，本专利技术还提供了一种用于乳化的双水相系统，包括液滴生成模块，该液滴生成模块为上述任一方案所描述的液滴生成模块。由于上述液滴生成模块具有上述技术效果，因此具有上述液滴生成模块的用于乳化的双水相系统也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。优选地，还包括外部驱动模块，所述外部驱动模块包括第一注射泵和第二注射泵；所述第一注射泵用于向所述液滴分散相入口层供应分散相流体；所述第二注射泵用于向所述通孔内供应连续相流体。优选地，所述第一注射泵与所述液滴分散相入口层之间的连接管路上还设置有电磁阀。优选地，还包括实时监测控制模块，所述实时监测控制模块包括倒置显微镜、设置在所述倒置显微镜上且用于采集所述倒置显微镜的成像信息的摄像机和用于对所述成像信息进行分析处理的PC单元；所述液滴生成模块放置在所述倒置显微镜的载物台上，且所述液滴生成模块为透明材质制作而成，且所述PC单元能够控制所述电磁阀的开闭及频率变化。附图说明图1为本专利技术实施例提供的液滴生成模块的分体结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的液滴生成模块的剖视结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的液滴分散相入口层与分散相通道固定层的组装结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液滴生成模块，其特征在于，包括液滴分散相入口层(11)、位于所述液滴分散相入口层(11)的下开口端面的分散相通道固定层(12)、位于所述分散相通道固定层(12)的下方的液滴生成层(13)和位于所述液滴生成层(13)下方的液滴收集层(14)；所述分散相通道固定层(12)包括固定基底(121)和设置于所述固定基底(121)上的多个分散相通道(122)；所述液滴生成层(13)包括底盘(131)和设置在所述底盘(131)的上表面的多个连续相通道(132)，所述底盘(131)的中心设置有用于将生成的液滴导入所述液滴收集层(14)的导流口(1310)，所述连续相通道(132)由所述导流口(1310)的中心向四周呈辐射状分布，所述底盘(131)的侧壁设置有用于向各个所述连续相通道(132)引入连续相流体的通孔(1311)；所述分散相通道(122)用于将所述液滴分散相入口层(11)导入的分散相流体导流至所述连续相通道(132)内；所述液滴生成层(13)的数量为多层，且为逐层自上而下依次垛叠而成；所述分散相通道(122)包括多组子分散相通道(1220)，且所述子分散相通道(1220)与所述液滴生成层(13)一一对应连通。...

【技术特征摘要】
1.一种液滴生成模块，其特征在于，包括液滴分散相入口层(11)、位于所述液滴分散相入口层(11)的下开口端面的分散相通道固定层(12)、位于所述分散相通道固定层(12)的下方的液滴生成层(13)和位于所述液滴生成层(13)下方的液滴收集层(14)；所述分散相通道固定层(12)包括固定基底(121)和设置于所述固定基底(121)上的多个分散相通道(122)；所述液滴生成层(13)包括底盘(131)和设置在所述底盘(131)的上表面的多个连续相通道(132)，所述底盘(131)的中心设置有用于将生成的液滴导入所述液滴收集层(14)的导流口(1310)，所述连续相通道(132)由所述导流口(1310)的中心向四周呈辐射状分布，所述底盘(131)的侧壁设置有用于向各个所述连续相通道(132)引入连续相流体的通孔(1311)；所述分散相通道(122)用于将所述液滴分散相入口层(11)导入的分散相流体导流至所述连续相通道(132)内；所述液滴生成层(13)的数量为多层，且为逐层自上而下依次垛叠而成；所述分散相通道(122)包括多组子分散相通道(1220)，且所述子分散相通道(1220)与所述液滴生成层(13)一一对应连通。2.如权利要求1所述的液滴生成模块，其特征在于，所述液滴分散相入口层(11)为圆锥形壳体，所述固定基底(121)与所述圆锥形壳体的底部密封连接，所述圆锥形壳体的顶部设置有分散相流体的导入管(111)。3.如权利要求2所述的液滴生成模块，其特征在于，所述固定基底(121)与所述圆锥形壳体为一体式结构。4.如权利要求1所述的液滴生成模块，其特征在于，所述底盘(131)的上表面设置有自中心向四周辐射的隔板(133)，任意相邻的两个隔板(133)围成一个所述连续相通道(132)，且所述隔板(133)的最外侧边缘与所述底盘(131)的侧部内边设置有预设间隙。5.如权利要求1-4中任一项所述的液滴生成模块，其特征在于，所述连续相流体通过多通管(15)供应，所述多通管(15)包括与连续相流体供应装置连通的主管道(151)和与所述主管道(151)连通的多个子管道(152)，所述子管道(152)与所述液滴生成层(13)的通孔(1311)一一对应连通。6.如权利要求1-4中任一项所述的液滴...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡倩倩，赵刚，穆文杰，严震，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34