[go: up one dir, main page]

CN111085281B - 一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法 - Google Patents

一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111085281B
CN111085281B CN202010018850.XA CN202010018850A CN111085281B CN 111085281 B CN111085281 B CN 111085281B CN 202010018850 A CN202010018850 A CN 202010018850A CN 111085281 B CN111085281 B CN 111085281B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow channel
phase
delivery port
continuous phase
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010018850.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111085281A (zh
Inventor
韦学勇
金少搏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202010018850.XA priority Critical patent/CN111085281B/zh
Publication of CN111085281A publication Critical patent/CN111085281A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111085281B publication Critical patent/CN111085281B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/12Specific details about materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

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。

Description

一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法
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。
所述的顶层PDMS流道700包括一个十字型流体输送流道和四个液滴输送口,其中十字型流体输送流道包括分散相入口701和第一分散相输送口703、第二分散相输送口705、第三分散相输送口707、第四分散相输送口709,分散相入口701通过十字型流体输送流道的四个分支流道分别与第一分散相输送口703、第二分散相输送口705、第三分散相输送口707、第四分散相输送口709连通;四个液滴输送口分别为第一液滴输送口702、第二液滴输送口704、第三液滴输送口706、第四液滴输送口708,四个液滴输送口关于十字型流体输送流道对称设置。
所述的中层PDMS流道800,包括四组T型微流道;第一组T型微流道包括第一连续相流道804和第一分散相流道803,第一连续相流道804的入口端和第一连续相转接口801连接,第一连续相流道804的出口端为第五液滴输送口805,第一连续相流道804的中部通过T型微流道与第一分散相流道803的出口端连接,第一分散相流道803的入口端为第五分散相输送口802;第二组T型微流道包括第二连续相流道808和第二分散相流道807,第二连续相流道808的入口端和第一连续相转接口801连接,第二连续相流道808的出口端为第六液滴输送口809,第二连续相流道808的中部通过T型微流道与第二分散相流道807的出口端连接,第二分散相流道807的入口端为第六分散相输送口806;第三组T型微流道包括第三连续相流道812和第三分散相流道811,第三连续相流道812的入口端和第一连续相转接口801连接,第三连续相流道812的出口端为第七液滴输送口813,第三连续相流道812的中部通过T型微流道与第三分散相流道811的出口端连接,第三分散相流道811的入口端为第七分散相输送口810;第四组T型微流道包括第四连续相流道817和第四分散相流道815,第四连续相流道817的入口端和第一连续相转接口801连接,第四连续相流道817的出口端为第八液滴输送口816,第四连续相流道817的中部通过T型微流道与第四分散相流道815的出口端连接,第四分散相流道815的入口端为第八分散相输送口814。
所述的底层PDMS流道900,包括主连续相流道901,主连续相流道901的入口端为主连续相输送入口902,主连续相流道901的末端为第二连续相转接口903。
所述的叉指换能器1000,包括压电基底1001,压电基底1001上制作有弧形叉指电极1002,弧形叉指电极1002包括若干对叉指,弧形角度呈60°。
所述的弧形叉指电极1002包括15对叉指,指条宽度为25微米。
所述的压电基底1001材料为双面抛光128°Y铌酸锂。
所述的弧形叉指电极1002采用50纳米底层的铬、200纳米中间层的金、50纳米上层的二氧化硅的三层结构。
所述的PDMS微流道系统的流道高度均为60微米,分散相入口701、第一液滴输送口702、第二液滴输送口704、第三液滴输送口706、第四液滴输送口708、第五液滴输送口805、第五分散相输送口802、第六分散相输送口806、第七分散相输送口810、第八分散相输送口814、第六液滴输送口809、第七液滴输送口813、第八液滴输送口816、主连续相输送入口902、第二连续相转接口903均为通孔,其他各入口出口均为非通孔,其高度与流道等高。
所述的顶层PDMS流道700、中层PDMS流道800、底层PDMS流道900、叉指换能器1000之间的相对位置关系:顶层PDMS流道700有流道的下表面键合在中层PDMS流道800上无流道的上表面,中层PDMS流道800上有流道的下表面键合在底层PDMS流道900中无流道的上表面,底层PDMS流道900中有流道的下表面键合在叉指换能器1000有叉指电极的上表面;连续相入口接头100与主连续相输送入口902同轴配合并连接贯通,分散相入口接头200与分散相入口701同轴配合并连接贯通;第一分散相输送口703与第五分散相输送口802、第二分散相输送口705与第六分散相输送口806、第三分散相输送口707与第七分散相输送口810、第四分散相输送口709与第八分散相输送口814分别中轴线同轴,相互贯通;第一液滴输送口702与第五液滴输送口805、第二液滴输送口704与第六液滴输送口809、第三液滴输送口706与第七液滴输送口813、第四液滴输送口708与第八液滴输送口816分别中轴线同轴,相互贯通;弧形叉指电极1002的对称轴线垂直于主连续相流道901,且弧形叉指电极1002的汇聚中心点位于主连续相流道901靠近弧形叉指电极1002的一侧上。
基于一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置的微液滴生成方法,包括以下步骤:
1)将声表面波调控的高通量微液滴生成装置固定在显微镜的载物台上,通过物镜观察确保中层PDMS流道800的四组T型微流道位处于显微镜视场内并且无倾斜;
2)将连续相入口接头100、分散相入口接头200通过特氟龙导管分别与氮气压力注射泵上的连续相溶液储液瓶、分散相溶液储液瓶连接,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通过特氟龙导管与液滴收集容器相连接;
3)开启氮气压力注射泵,连续相入口接头100、分散相入口接头200分别设定相应的流速,在四组T型微流道处稳定生成微液滴;
4)将信号发生器的输出信号的正负两极分别与弧形叉指电极1002的两极相连接,调节信号发生器的输出信号为正弦连续输出;
5)按下信号发生器“输出”按钮,叉指换能器1000上产生汇聚声表面波,声表面波作用于主连续相流道901,从而在连续相中增加相应的流阻,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。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明可以克服目前二维流道生成微液滴速率慢的缺点,装置可累加扩增微液滴生成的T型微流道环形阵列,实现更高通量的微液滴的生成。
(2)本发明各层流道结构均为PDMS,相互键合后非常牢固,避免了流道之间因输入流体压力过大开裂的发生,且PDMS通体透明,更易观察,且装置各结构间键合牢固,不易开裂。
(3)本发明可以克服传统液滴生成方法对微流道结构以及流速的过分依赖的缺点,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。
(4)本发明装置体积较小,生成液滴快速且大小均匀,便于与其他装置进行集成,实现更为复杂的功能。
附图说明
图1是本发明声表面波调控的高通量微液滴生成微流控装置的等轴侧视图。
图2中图(a)是顶层PDMS流道700的等轴侧视图,图(b)是顶层PDMS流道700的后视图。
图3中图(a)是中层PDMS流道800的等轴侧视图,图(b)是中层PDMS流道800的后视图。
图4中图(a)是底层PDMS流道900的等轴侧视图,图(b)是底层PDMS流道900的后视图。
图5是叉指换能器1000的等轴侧视图。
图6是声表面波调控的高通量微液滴生成装置的液滴生成原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细叙述。
参照图1,一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;PDMS微流道系统用于容纳分散相溶液和连续相溶液样品,为微液滴的生成提供环境并且将生成的液滴输送至收集出口。
参照图2的图(a)和图(b),所述的顶层PDMS流道700包括一个十字型流体输送流道和四个液滴输送口,其中十字型流体输送流道包括分散相入口701和第一分散相输送口703、第二分散相输送口705、第三分散相输送口707、第四分散相输送口709,分散相入口701通过十字型流体输送流道的四个分支流道分别与第一分散相输送口703、第二分散相输送口705、第三分散相输送口707、第四分散相输送口709连通;四个液滴输送口分别为第一液滴输送口702、第二液滴输送口704、第三液滴输送口706、第四液滴输送口708,四个液滴输送口关于十字型流体输送流道对称设置。
参照图3的图(a)和图(b),所述的中层PDMS流道800,包括四组T型微流道;第一组T型微流道包括第一连续相流道804和第一分散相流道803,第一连续相流道804的入口端和第一连续相转接口801连接,第一连续相流道804的出口端为第五液滴输送口805,第一连续相流道804的中部通过T型微流道与第一分散相流道803的出口端连接,第一分散相流道803的入口端为第五分散相输送口802;第二组T型微流道包括第二连续相流道808和第二分散相流道807,第二连续相流道808的入口端和第一连续相转接口801连接,第二连续相流道808的出口端为第六液滴输送口809,第二连续相流道808的中部通过T型微流道与第二分散相流道807的出口端连接,第二分散相流道807的入口端为第六分散相输送口806;第三组T型微流道包括第三连续相流道812和第三分散相流道811,第三连续相流道812的入口端和第一连续相转接口801连接,第三连续相流道812的出口端为第七液滴输送口813,第三连续相流道812的中部通过T型微流道与第三分散相流道811的出口端连接,第三分散相流道811的入口端为第七分散相输送口810;第四组T型微流道包括第四连续相流道817和第四分散相流道815,第四连续相流道817的入口端和第一连续相转接口801连接,第四连续相流道817的出口端为第八液滴输送口816,第四连续相流道817的中部通过T型微流道与第四分散相流道815的出口端连接,第四分散相流道815的入口端为第八分散相输送口814;四组T型微流道处,通过连续相对分散相的流体剪切从而连续生成液滴。
参照图4的图(a)和图(b),所述的底层PDMS流道900,包括主连续相流道901,主连续相流道901的入口端为主连续相输送入口902,主连续相流道901的末端为第二连续相转接口903。
参照图5,所述的叉指换能器1000,包括压电基底1001,压电基底1001上制作有弧形叉指电极1002,弧形叉指电极1002包括若干对叉指,弧形角度呈60°,用于在压电基底1001表面产生汇聚表面声波。
所述的弧形叉指电极1002包括15对叉指,指条宽度为25微米,在正弦交流电压驱动下可以在压电基底1001表面产生频率为39.96MHz的表面声波。
所述的压电基底1001材料为双面抛光128°Y铌酸锂。
所述的弧形叉指电极1002采用50纳米底层的铬、200纳米中间层的金、50纳米上层的二氧化硅的三层结构,其中铬作为增强金与压电基底1001粘附强度的粘附层,金作为导电层,二氧化硅作为增强PDMS微流道系统与压电基底1002键合强度的加强层。
所述的PDMS微流道系统的流道高度均为60微米,分散相入口701、第一液滴输送口702、第二液滴输送口704、第三液滴输送口706、第四液滴输送口708、第五液滴输送口805、第五分散相输送口802、第六分散相输送口806、第七分散相输送口810、第八分散相输送口814、第六液滴输送口809、第七液滴输送口813、第八液滴输送口816、主连续相输送入口902、第二连续相转接口903均为通孔,其他各入口出口均为非通孔,其高度与流道等高。
所述的顶层PDMS流道700、中层PDMS流道800、底层PDMS流道900、叉指换能器1000之间的相对位置关系:顶层PDMS流道700有流道的下表面键合在中层PDMS流道800上无流道的上表面,中层PDMS流道800上有流道的下表面键合在底层PDMS流道900中无流道的上表面,底层PDMS流道900中有流道的下表面键合在叉指换能器1000有叉指电极的上表面;连续相入口接头100与主连续相输送入口902同轴配合并连接贯通,分散相入口接头200与分散相入口701同轴配合并连接贯通;第一分散相输送口703与第五分散相输送口802、第二分散相输送口705与第六分散相输送口806、第三分散相输送口707与第七分散相输送口810、第四分散相输送口709与第八分散相输送口814分别中轴线同轴,相互贯通;第一液滴输送口702与第五液滴输送口805、第二液滴输送口704与第六液滴输送口809、第三液滴输送口706与第七液滴输送口813、第四液滴输送口708与第八液滴输送口816分别中轴线同轴,相互贯通;弧形叉指电极1002的对称轴线垂直于主连续相流道901,且弧形叉指电极1002的汇聚中心点位于主连续相流道901靠近弧形叉指电极1002的一侧上,叉指换能器1000上产生汇聚声表面波,声表面波作用于主连续相流道901,从而在连续相中增加相应的流阻,作为声学阀调控连续相的流速,通过叉指换能器1000输入电压和频率的调节,调节声流阻力作用的大小,从而实现对调控连续相的流速的调控,进而调节液滴生成的大小。
所述的PDMS微流道系统采用具有良好透光性与生物兼容性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作,便于对微液滴生成过程进行光学监测和记录。
基于一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置的液滴生成方法,包括以下步骤:
1)将基于声表面波的高通量微液滴生成的三维微流控装置固定在显微镜的载物台上,通过物镜观察确保中层PDMS流道800的四组T型微流道位处于显微镜视场内并且无倾斜;
2)将连续相入口接头100、分散相入口接头200通过特氟龙导管分别与氮气压力注射泵上的连续相溶液储液瓶、分散相溶液储液瓶连接,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通过特氟龙导管与液滴收集容器相连接;
3)开启氮气压力注射泵,连续相入口接头100、分散相入口接头200分别设定相应的流速,在四组T型微流道处稳定生成微液滴;
4)将信号发生器的输出信号的正负两极分别与弧形叉指电极1002的两极相连接,调节信号发生器的输出信号为正弦连续输出;
5)按下信号发生器“输出”按钮,叉指换能器1000上产生汇聚声表面波,声表面波作用于主连续相流道901,从而在连续相中增加相应的流阻,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。
参照图1、图2、图3、图4、图5和图6,微液滴在基于声表面波的高通量微液滴生成装置中的生成过程为:分散相溶液通过分散相入口接头200、分散相入口701、第一分散相输送口703、第二分散相输送口705、第三分散相输送口707、第四分散相输送口709、第五分散相输送口802、第六分散相输送口806、第七分散相输送口810、第八分散相输送口814,分散相溶液同时充满第一分散相流道803、第二分散相流道807、第三分散相流道811、第四分散相流道815,连续相溶液通过连续相入口接头100、主连续相输送入口902、主连续相流道901、第二连续相转接口903、第一连续相转接口801、连续相溶液分别充满第一连续相流道804、第二连续相流道808、第三连续相流道812、第四连续相流道816,通过氮气压力注射泵调节分散相溶液和连续相溶液的输入压力,使分散相、连续相充满各流道,将分散相与连续相调整到相应的流速,从而在各T型微流道结构处,通过连续相对分散相的的流体剪切,将分散相连续剪切成微液滴,实现微液滴的高通量生成,然后按下信号发生器“输出”按钮,叉指换能器1000上产生汇聚声表面波,声表面波作用于主连续相流道901,从而在连续相中增加相应的流阻,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;然后通过各连接口、输送口、流道、收集出口接头将液滴输送至液滴收集容器进行收集。

Claims (4)

1.一种声表面波调控的高通量微液滴生成方法,其特征在: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);
所述的顶层PDMS流道(700)包括一个十字型流体输送流道和四个液滴输送口,其中十字型流体输送流道包括分散相入口(701)和第一分散相输送口(703)、第二分散相输送口(705)、第三分散相输送口(707)、第四分散相输送口(709),分散相入口(701)通过十字型流体输送流道的四个分支流道分别与第一分散相输送口(703)、第二分散相输送口(705)、第三分散相输送口(707)、第四分散相输送口(709)连通;四个液滴输送口分别为第一液滴输送口(702)、第二液滴输送口(704)、第三液滴输送口(706)、第四液滴输送口(708),四个液滴输送口关于十字型流体输送流道对称设置;
所述的中层PDMS流道(800),包括四组T型微流道;第一组T型微流道包括第一连续相流道(804)和第一分散相流道(803),第一连续相流道(804)的入口端和第一连续相转接口(801)连接,第一连续相流道(804)的出口端为第五液滴输送口(805),第一连续相流道(804)的中部通过T型微流道与第一分散相流道(803)的出口端连接,第一分散相流道(803)的入口端为第五分散相输送口(802);第二组T型微流道包括第二连续相流道(808)和第二分散相流道(807),第二连续相流道(808)的入口端和第一连续相转接口(801)连接,第二连续相流道(808)的出口端为第六液滴输送口(809),第二连续相流道(808)的中部通过T型微流道与第二分散相流道(807)的出口端连接,第二分散相流道(807)的入口端为第六分散相输送口(806);第三组T型微流道包括第三连续相流道(812)和第三分散相流道(811),第三连续相流道(812)的入口端和第一连续相转接口(801)连接,第三连续相流道(812)的出口端为第七液滴输送口(813),第三连续相流道(812)的中部通过T型微流道与第三分散相流道(811)的出口端连接,第三分散相流道(811)的入口端为第七分散相输送口(810);第四组T型微流道包括第四连续相流道(817)和第四分散相流道(815),第四连续相流道(817)的入口端和第一连续相转接口(801)连接,第四连续相流道(817)的出口端为第八液滴输送口(816),第四连续相流道(817)的中部通过T型微流道与第四分散相流道(815)的出口端连接,第四分散相流道(815)的入口端为第八分散相输送口(814);
所述的底层PDMS流道(900),包括主连续相流道(901),主连续相流道(901)的入口端为主连续相输送入口(902),主连续相流道(901)的末端为第二连续相转接口(903);
所述的叉指换能器(1000),包括压电基底(1001),压电基底(1001)上制作有弧形叉指电极(1002),弧形叉指电极(1002)包括若干对叉指,弧形角度呈60°;
所述的顶层PDMS流道(700)、中层PDMS流道(800)、底层PDMS流道(900)、叉指换能器(1000)之间的相对位置关系:顶层PDMS流道(700)有流道的下表面键合在中层PDMS流道(800)上无流道的上表面,中层PDMS流道(800)上有流道的下表面键合在底层PDMS流道(900)中无流道的上表面,底层PDMS流道(900)中有流道的下表面键合在叉指换能器(1000)有叉指电极的上表面;连续相入口接头(100)与主连续相输送入口(902)同轴配合并连接贯通,分散相入口接头(200)与分散相入口(701)同轴配合并连接贯通;第一分散相输送口(703)与第五分散相输送口(802)、第二分散相输送口(705)与第六分散相输送口(806)、第三分散相输送口(707)与第七分散相输送口(810)、第四分散相输送口(709)与第八分散相输送口(814)分别中轴线同轴,相互贯通;第一液滴输送口(702)与第五液滴输送口(805) 、第二液滴输送口(704)与第六液滴输送口(809)、第三液滴输送口(706)与第七液滴输送口(813)、第四液滴输送口(708)与第八液滴输送口(816)分别中轴线同轴,相互贯通;弧形叉指电极(1002)的对称轴线垂直于主连续相流道(901),且弧形叉指电极(1002)的汇聚中心点位于主连续相流道(901)靠近弧形叉指电极(1002)的一侧上;
所述的一种声表面波调控的高通量微液滴生成方法,包括以下步骤:
1)将基于声表面波的高通量微液滴生成的三维微流控装置固定在显微镜的载物台上,通过物镜观察确保中层PDMS流道(800)的四组T型微流道位处于显微镜视场内并且无倾斜;
2)将连续相入口接头(100)、分散相入口接头(200)通过特氟龙导管分别与氮气压力注射泵上的连续相溶液储液瓶、分散相溶液储液瓶连接,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)通过特氟龙导管与液滴收集容器相连接;
3) 开启氮气压力注射泵,连续相入口接头(100)、分散相入口接头(200)分别设定相应的流速,在四组T型微流道处稳定生成微液滴;
4)将信号发生器的输出信号的正负两极分别与弧形叉指电极(1002)的两极相连接,调节信号发生器的输出信号为正弦连续输出;
5)按下信号发生器“输出”按钮,叉指换能器 (1000)上产生汇聚声表面波,声表面波作用于主连续相流道(901),从而在连续相中增加相应的流阻,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。
2.根据权利要求1所述的一种声表面波调控的高通量微液滴生成方法,其特征在于:所述的弧形叉指电极(1002)包括15对叉指,指条宽度为25微米。
3.根据权利要求1所述的一种声表面波调控的高通量微液滴生成方法,其特征在于:所述的弧形叉指电极(1002)采用50纳米底层的铬、200纳米中间层的金、50纳米上层的二氧化硅的三层结构。
4.根据权利要求1所述的一种声表面波调控的高通量微液滴生成方法,其特征在于:所述的PDMS微流道系统的流道高度均为60微米,分散相入口(701)、第一液滴输送口(702)、第二液滴输送口(704)、第三液滴输送口(706)、第四液滴输送口(708)、第五液滴输送口(805)、第五分散相输送口(802)、第六分散相输送口(806)、第七分散相输送口(810)、第八分散相输送口(814)、第六液滴输送口(809)、第七液滴输送口(813)、第八液滴输送口(816)、主连续相输送入口(902)、第二连续相转接口(903)均为通孔,其他各入口出口均为非通孔,其高度与流道等高。
CN202010018850.XA 2020-01-08 2020-01-08 一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法 Active CN111085281B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010018850.XA CN111085281B (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010018850.XA CN111085281B (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111085281A CN111085281A (zh) 2020-05-01
CN111085281B true CN111085281B (zh) 2021-05-14

Family

ID=70398894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010018850.XA Active CN111085281B (zh) 2020-01-08 2020-01-08 一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111085281B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111701627B (zh) * 2020-06-20 2021-08-13 西安交通大学 一种基于声表面波微流控的核壳液滴快速生成装置及方法
CN112403543A (zh) * 2020-11-10 2021-02-26 中国计量大学 一种用于微气泡分离的声微流控芯片
CN112827518A (zh) * 2021-01-08 2021-05-25 北京工业大学 基于声表面波的可重复使用高粘液滴生成装置
CN113278494A (zh) * 2021-05-07 2021-08-20 深圳市第二人民医院(深圳市转化医学研究院) 数字pcr微滴生成芯片
CN116273218A (zh) * 2021-12-03 2023-06-23 郑州轻工业大学 基于聚焦声表面波调控的液滴融合微流控装置进行的液滴融合微流控方法
CN114832872B (zh) * 2021-12-23 2023-09-26 郑州轻工业大学 基于声表面波排列的单细胞包裹微液滴生成装置及方法
CN119143078A (zh) * 2024-11-20 2024-12-17 深圳大学 微流控芯片的制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000076662A3 (en) * 1999-06-11 2001-06-28 Orchid Biosciences Inc Microenabled chemical reaction in microfluidic chips
CN104726331A (zh) * 2015-03-27 2015-06-24 西安交通大学 基于声表面波的微流控血浆分离芯片及方法
CN109433285A (zh) * 2018-12-27 2019-03-08 苏州纳葛诺斯生物科技有限公司 基于声表面波的微纳米粒子微流控芯片
CN109569392A (zh) * 2018-12-21 2019-04-05 北京工业大学 一种基于声表面波的y型主动式微混合器
CN110624427A (zh) * 2019-10-28 2019-12-31 西安交通大学 一种基于表面声波微流控的气泡生成装置及方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2001281076A1 (en) * 2000-08-07 2002-02-18 Nanostream, Inc. Fluidic mixer in microfluidic system
CN101485086B (zh) * 2006-07-05 2012-06-13 株式会社村田制作所 声表面波装置
CN106215990B (zh) * 2016-08-08 2018-03-13 华东理工大学 一种规模化制备液滴的微流控模块
CN109012769B (zh) * 2018-07-11 2020-01-21 西安交通大学 一种基于表面声波的微流控液滴生成装置及方法
CN108872081B (zh) * 2018-09-04 2023-06-23 重庆科技学院 一种检测重金属离子的多层微流控芯片
CN110624616B (zh) * 2019-10-28 2020-08-04 西安交通大学 用于高通量微液滴生成的三维微流控装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000076662A3 (en) * 1999-06-11 2001-06-28 Orchid Biosciences Inc Microenabled chemical reaction in microfluidic chips
CN104726331A (zh) * 2015-03-27 2015-06-24 西安交通大学 基于声表面波的微流控血浆分离芯片及方法
CN109569392A (zh) * 2018-12-21 2019-04-05 北京工业大学 一种基于声表面波的y型主动式微混合器
CN109433285A (zh) * 2018-12-27 2019-03-08 苏州纳葛诺斯生物科技有限公司 基于声表面波的微纳米粒子微流控芯片
CN110624427A (zh) * 2019-10-28 2019-12-31 西安交通大学 一种基于表面声波微流控的气泡生成装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111085281A (zh) 2020-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111085281B (zh) 一种声表面波调控的高通量微液滴生成装置及方法
CN109012769B (zh) 一种基于表面声波的微流控液滴生成装置及方法
CN111701627B (zh) 一种基于声表面波微流控的核壳液滴快速生成装置及方法
CN110624427B (zh) 一种基于表面声波微流控的气泡生成装置及方法
CN104726331B (zh) 基于声表面波的微流控血浆分离芯片及方法
CN110624616B (zh) 用于高通量微液滴生成的三维微流控装置及方法
CN114160218B (zh) 一种制备单分散非牛顿微液滴的微流控装置及方法
CN108823065B (zh) 基于间歇式倾斜声表面波的微颗粒分选装置
CN116656489B (zh) 一种分选体液中外泌体的驻波声流控器件及其使用方法
CN112371065B (zh) 一种基于声表面波微流控装置的磁性核壳微胶囊生成方法
CN110628614A (zh) 一种基于声表面波的微流控全血细胞多级分选芯片及方法
Liu et al. Multi-level separation of particles using acoustic radiation force and hydraulic force in a microfluidic chip
CN113058669A (zh) 一种可按需定制的共轴聚焦微通道一体化装置和方法
CN102284262A (zh) 一种微流控微球制备装置
CN113797985A (zh) 一种基于声泳和振荡流效应的微纳生物颗粒富集与分离装置
Zhou et al. Pinch-off droplet generator using microscale gigahertz acoustics
CN209307340U (zh) 基于间歇式倾斜声表面波的微颗粒分选装置
CN108212236B (zh) 一种实现液滴对/气泡对同步运动并融合的微流控芯片
CN110653014B (zh) 一种基于表面声波的粒子多层膜结构生成装置
CN110170341B (zh) 利用声表面波技术实现粒子高通量分选的数字微流控器件
CN117046531A (zh) 一种基于体声波的多功能微流控芯片
CN116393183A (zh) 一种基于声子晶体结构进行粒子分选的微流控装置
CN113996362B (zh) 一种基于聚焦声表面波调控的液滴融合微流控装置及方法
CN117305102B (zh) 一种分选血浆样本中外囊泡的声流控器件及其使用方法
CN113996363A (zh) 一种基于聚焦声表面波的微液滴试剂注射装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant