CN110960997B - 用于快速产生稳定体积的油包水微乳液的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于快速产生稳定体积的油包水微乳液的装置，包括水相进样口、微乳液生成室和流通管道；所述流通管道包含管道入口和若干个管道出口，管道入口连接水相进样口，若干个管道出口分别连接微乳液生成室侧壁上的若干个水相出样口，所述微乳液生成室内设有油相和搅拌装置，水相出样口水相的流向与油相的流向垂直，若干个水相出样口的水相流速和流量相同。本发明产生的液滴不受管道限制，直接原位存储在大的腔体内，特别适合水相体积大的溶液的实验，以解决当前高通量微乳液产生装置所受时间长、设备成本高的问题。
Description
技术领域
本发明属于微乳液分析领域，具体涉及一种用于快速产生稳定体积的油包水微乳液的装置。
背景技术
油包水微乳液滴由于体积小具有显著减少反应试剂量和降低污染可能性的优势，因此多年来一直是数字化研究生物信息分析的重要手段，比如单细胞和单分子实验。它可以快速分析大量生物医学信息，提高分析通量并极大地降低分析成本。此外，由于油相分离的水相液滴互相之间不干扰，其在纳米材料制备的领域也被大量研究报道。
T型管式结构是应用最广泛的产生微乳液的设计，在垂直于水相流动的方向设置油相进样。利用油相的垂直压迫产生的剪切力将连续的水相分割为不连续相，从而实现将大体积的水相分成小体积的微乳液，实现对目标的高通量分析。
然而，由于受管道横截面和流量的影响，单位时间内单个T型管结构产生的微乳液量较小。对于水相体积较大的溶液，需要很长时间才能将其完全微乳液化。因此，各种基于此机理的微流控装置被人报道，同时进行多个平行通道的实验，可以提高微乳液的产量。
尽管各种结构在提高微乳液通量方面做出有益的探索，然而，这些设计都存在结构复杂，依赖附加设备用于收集微乳液、复杂控制系统等缺点。
发明内容
针对上述问题，本发明设计一个装置可以快速大量的产生微乳液，产生的液滴不受管道限制，直接原位存储在大的腔体内，特别适合水相体积大的溶液的实验，以解决当前高通量微乳液产生装置所受时间长、设备成本高的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
用于快速产生稳定体积的油包水微乳液的装置，包括水相进样口、微乳液生成室和流通管道；所述流通管道包含管道入口和若干个管道出口，管道入口连接水相进样口，若干个管道出口分别连接微乳液生成室侧壁上的若干个水相出样口，所述微乳液生成室内设有油相和搅拌装置，水相出样口水相的流向与油相的流向垂直。
优选的，若干个水相出样口的水相流速和流量相同。
优选的，所述流通管道包括依次连通的一级管道、二级管道和三级管道；所述一级管道的中心连接水相进样口，一级管道的两半镜像对称；所述二级管道为圆形，圆形的同一直径上的两个点分别连接一级管道的两端；所述三级管道有若干个，沿二级管道周向均匀分布，三级管道包括若干级细分管道，每一集细分管道以上一级细分管道为对称轴对称设置，最后一级细分管道的出口连接水相出样口。
有益效果：
(1)所有水相管道在微乳液生成室的出口和水相流通管道均为对称设计，保证各出口处流出的水相速率相同，流出的方向和油相流动方向垂直。水相流出速率相同，受剪切力和方向和大小相同可以保证各出口产生的液滴尺寸相同。
(2)操作简便，本实验只涉及一个额外的搅拌器和一个水相进样注射泵；
(3)可以根据实际需求，非常简单的增加进样管道，提高微乳液产生速率，适合化学合成等大样本实验；
(4)产生的微乳液滴的体积可以通过控制油相搅拌速度和水相进样速度进行调控：提高水相在出口处的速率，可以增大生成液滴的直径；降低水相在出口处的速率，可以减小生成液滴的直径。提高油相搅拌的速率，可以增大出口处水相所受来自垂直方向的剪切力，从而快速将水相分割，达到减小液滴尺寸的目的；反之，降低速率则会增大液滴尺寸。
(5)该装置经过清洗后可以多次重复使用，避免浪费。
附图说明
图1为装置俯视图，A进样口；B装置主体；C微乳液生成和存储室；D流通管道；E为一级管道；F为二级管道；G为三级管道；H为细分管道。
图2为装置侧面图。
图3为微乳液滴产生的模拟图，油相流速是水相流速10倍。
图4微乳液滴产生的模拟图，油相流速是水相流速40倍。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明包括：进样口、流通管道，微乳液生成室和存储室。
1)进样口主要进行水相液体样品流入。
2)流通管道连接进样口和水相出样口，将进样口流入的水相均匀分散并输送到出样口。本实施例中，流通管道包括依次连通的一级管道、二级管道和三级管道；所述一级管道的中心连接水相进样口，一级管道的两半镜像对称；所述二级管道为圆形，圆形的同一直径上的两个点分别连接一级管道的两端；所述三级管道有若干个，沿二级管道周向均匀分布，三级管道包括若干级细分管道，每一集细分管道以上一级细分管道为对称轴对称设置，最后一级细分管道的出口连接水相出样口。流通管道的结构不限于本实施例给出的结构，只要能保证水相出样口的水相流速和流量相同即可。
3)微乳液生成室和存储室是一体的。预留出搅拌装置空间，磁力搅拌或机械搅拌均可。在搅拌器作用下，油相快速转动，在垂直于水相进样方向产生剪切力，将水相隔离。产生的微乳液可以原位的存储，直至搅拌结束。
本发明的操作方法为：
1)首先对芯片内所有液体接触到的表面做疏水处理，对于塑料材质，由于表面原本具有疏水特性，无需额外处理；如果是聚二甲硅氧烷和玻璃材质并应用等离子清洗技术贴合的芯片则可以用100-120℃烘箱24小时保温处理即可。
2)打开搅拌装置，根据需求设置速率。
3)从进样口，注射泵匀速注水相进入微乳液生成室。从出样口流出的水相在高速旋转的油相产生的剪切力下生成微乳液，油水界面张力可以维持微乳液的稳定存在。
4)进样结束，关闭注射泵，停止搅拌，取出微乳液。
如图1所示，可以根据微乳液需求通量增加或减少进样管道数。连接出样口的两个反向的进样管道为镜面对称，后面的细分管道和连接反应室的出口为中心对称，以此保证液体在管道内平行位置的分压相同、保证液体在管道内出口处的流速相同、保证产生的液滴大小尺寸相同。
如图2所示，A进样口连接注射泵。C存储室为非密闭空间，避免注射泵进样压力增加，导致出样口流速不均匀。
图3和4为用流体模拟软件模拟液滴生成和流速的关系，进样口尺寸为20-100微米，局部放大后，圆形搅拌器的弧形面壁近似为平面。当油相和水相的流速比越大时产生的液滴尺寸越小，也即当油相搅拌速度越高，水相流出速度越低时，越容易产生小尺寸液滴；当油相和水相的流速比越小时产生的液滴尺寸越大，也即当油相搅拌速度越低，水相流出速度越高时，越容易产生大尺寸液滴。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.用于快速产生稳定体积的油包水微乳液的装置，其特征在于，包括水相进样口、微乳液生成室和流通管道；所述流通管道包含管道入口和若干个管道出口，管道入口连接水相进样口，若干个管道出口分别连接微乳液生成室侧壁上的若干个水相出样口，所述微乳液生成室内设有油相和搅拌装置，水相出样口水相的流向与油相的流向垂直；
若干个水相出样口的水相流速和流量相同；
所述流通管道包括依次连通的一级管道、二级管道和三级管道；所述一级管道的中心连接水相进样口，一级管道的两半镜像对称；所述二级管道为圆形，圆形的同一直径上的两个点分别连接一级管道的两端；所述三级管道有若干个，沿二级管道周向均匀分布，三级管道包括若干级细分管道，每一级 细分管道以上一级细分管道为对称轴对称设置，最后一级细分管道的出口连接水相出样口。
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