CN100432224C - 一种微流芯片及利用微流芯片制备聚合物微球的方法 - Google Patents
一种微流芯片及利用微流芯片制备聚合物微球的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100432224C CN100432224C CNB2006100193546A CN200610019354A CN100432224C CN 100432224 C CN100432224 C CN 100432224C CN B2006100193546 A CNB2006100193546 A CN B2006100193546A CN 200610019354 A CN200610019354 A CN 200610019354A CN 100432224 C CN100432224 C CN 100432224C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- raceway groove
- phase
- microballoon
- prepolymer
- disperse phase
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Medicinal Preparation (AREA)
Abstract
本发明涉及一种微流芯片，包括合成沟道和两个流聚焦成球沟道，两个流聚焦成球沟道的出口在合成沟道的进口相交汇，每个流聚焦成球沟道由预聚物微球沟道、分散相沟道和两个连续相沟道构成，所述两个连续相沟道分布在分散相沟道两侧，预聚物微球沟道、连续相沟道和分散相沟道均具有输入口和出口，连续相沟道和分散相沟道的出口在预聚物微球沟道的输入口相交汇。本发明还提供了利用上述微流芯片制备聚合物微球的方法：将两种连续相从两个流聚焦沟道的连续相沟道的输入口注入，将分散相分别从两个流聚焦沟道的分散相沟道注入，即从合成沟道出口得到聚合物微球。本发明可精确制作大小一致可控的聚合物微球。
Description
技术领域
本发明涉及一种微流芯片及利用微流芯片制备聚合物微球的方法，特别涉及到微加工设计构成，要求设计符合流体动力学原理，属于微流芯片领域。它可以被运用到化学合成上得到聚合物微球，属于化学合成领域。也可以在生物兼容性聚合物微球中加入细胞固化成球，可以作为细胞培养、转移、存储和分析的有利环境，属于生物细胞学领域。也可以用于药物缓释领域用来包裹药物，属于生物制药领域。
背景技术
10-100微米直径的可控聚合物微球具有引人瞩目的生物、化学、医药应用潜力。传统的聚合物微球制备，大多是以喷射法、相分离法和乳化法为主。通过传统方式制备聚合物微球，要么其直径无法精确控制，要么微球具有较大的尺寸分布，或者需要大量的反应试剂。而且这些传统制备方式使得在对生物体的包覆时，很难保持生物体不受到损坏。目前制备的单分散聚合物微球直径一般分布在100微米以上或者10微米以下，在10-100微米间很难通过传统手段制备。
发明内容
本发明的目的是提供一种微流芯片及利用微流芯片制备聚合物微球的方法，该方法制得的聚合物微球能够形成大小均一可控，成形较好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微流芯片，包括连续相沟道和分散相沟道，设有一个合成沟道和两个流聚焦成球沟道，两个流聚焦成球沟道的出口在合成沟道的进口相交汇，每个流聚焦成球沟道由预聚物微球沟道、分散相沟道和两个连续相沟道构成，所述两个连续相沟道分布在分散相沟道两侧，预聚物微球沟道、连续相沟道和分散相沟道均具有输入口和出口，连续相沟道和分散相沟道的出口在预聚物微球沟道的输入口相交汇，分散相沟道的直径为30-500微米，连续相沟道的直径为30-500微米，预聚物微球沟道的输入口直径为30-200微米。
上述分布在分散相沟道两侧的两个连续相沟道共用一个输入口。
上述预聚物微球沟道的直径从进口到出口呈渐宽分布，出口直径为50-200微米。
上述合成沟道上设有若干个缓冲池。
本发明还提供了利用上述微流芯片制备聚合物微球的方法：将两种连续相分别按1-2000微升/小时的流速从两个流聚焦成球沟道的连续相沟道的输入口注入，将分散相分别按1-100微升/小时的流速从两个流聚焦成球沟道的分散相沟道注入，并保持连续相的流速高于分散相的流速，即从合成沟道出口得到聚合物微球。
本发明首先利用两个独立的流聚焦沟道将预聚物反应溶液通过油相拖拽力和剪切力制备大小精确可控的预聚物微球，可控直径范围约为10-100微米，尺寸波动率小于1％。又可利用独立的流聚焦沟道改变两种预聚物的微球在合成沟道中的比例来改变聚合物微球反应物的比例。同时改变油相流速可以有效的防止相同的预聚物微球反应前相互碰撞、融合。预聚物微球沟道使两种反应物预聚物微球依次排列且相碰。合成沟道使两种预聚物微球进一步融合并提供反应环境。由以上设计可达到聚合物微球大小均一可控、较窄尺寸分布(CV％小于5％)，成形较好，稳定性强，重复性好。本发明尤其适合于缓释药物微胶囊制备或细胞固定。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
具体实施方式
参见附图，本发明微流芯片，包括一个合成沟道2和两个流聚焦成球沟道1，两个流聚焦成球沟道1的出口在合成沟道2的进口相交汇，每个流聚焦成球沟道1由预聚物微球沟道8、分散相沟道4和两个连续相沟道3构成，所述两个连续相沟道3分布在分散相沟道4两侧，连续相沟道3、分散相沟道4和预聚物微球沟道8均具有输入口5、6、7和出口9、10、11，连续相沟道3和分散相沟道4的出口9、10在预聚物微球沟道8的输入口7处相交汇，分散相沟道4的直径为30-500微米，连续相沟道3的直径为30-200微米，预聚物微球沟道8的输入口直径为30-200微米。
上述两个连续相沟道3可以各由一个输入口，但最好共用一个输入口5。
上述预聚物微球沟道的直径从进口到出口呈渐宽分布以使该预聚物微球沟道形成一个长距离喷口，出口直径为50-200微米。
上述合成沟道上设有若干个缓冲池12。利用液体流速在不同沟道结构中的变化，实现各个微球相碰和融合。两种反应溶液相互混合，由于预聚物反应迅速，聚合物微球在合成沟道中形成。从而在合成沟道出口13得到聚合物微球。
上述微流芯片可按下法制作：按沟道图形制作光刻掩膜；在硅片或玻璃片上用旋转涂覆法涂覆10-100微米的光刻胶，烘干；利用标准光刻工艺进行光刻，显影，烘干；利用硅片上凸起的光刻胶为阳模；灌注高分子聚合物，固化；揭下印有沟道图案的聚合物胶体，打孔后进行氧化处理，聚合物沟道面和新的聚合物或玻璃片键合。得到聚合物微流芯片。或者，按沟道图形制作光刻掩膜；在硅片或玻璃片上用旋转涂覆法涂覆0.1-10微米的光刻胶，烘干；利用标准光刻工艺进行光刻，显影，烘干；利用硅片或玻璃片上光刻胶为保护层，用传统的湿法刻蚀硅片或玻璃片得到具有沟道结构的硅片或玻璃片；对硅片或玻璃片打孔，沟道面与没有沟道结构的硅片或玻璃片键合。得到硅基或玻璃微流芯片。
本发明采用上述结构，制备聚合物微球时，将两种连续相分别按1-1000微升/小时的流速从两个流聚焦沟道的连续相沟道的输入口注入，将分散相分别按1-200微升/小时的流速从两个流聚焦沟道的分散相沟道注入，并保持连续相的流速高于分散相的流速，连续相通过上述连续相沟道的对称挤压结构，使得分散相在预聚物微球沟道输入口7处由于挤压作用形成一股稳定的聚焦流，而聚焦流由于表面张力、拖拽力以及剪切力的作用，头部周期性断裂，产生大小均一的预聚物微球。此结构在聚合物微球制备中用于实现油包裹反应溶液，以实现把反应溶液形成大小均一，速率一定的预聚物微球。两种预聚物溶液的微球经流聚焦成球沟道的出口(即预聚物微球沟道的出口)进入合成沟道，在合成沟道处两种微球实现依次排列和碰撞，同时两种溶液在此沟道中实现反应配比，配比范围从1∶5到5∶1(体积比)，以得到不同性质的反应产物-聚合物微球。
现用海藻酸钠和氯化钙反应的具体例子，来对本发明的具体方案作具体说明。实施例
1-3％(质量比)海藻酸钠与0.5-5％(质量比)氯化钙被加入分散相沟道，油从连续相沟道注入，分散相在预聚物微球沟道输入口处，由于受连续相的挤压作用形成一股稳定的聚焦流，而聚焦流由于表面张力、拖拽力以及剪切力的作用，头部周期性断裂，产生大小均一的微球。为实现不同的预聚物溶液配比，可改变油速和预聚物溶液速度。预聚物溶液流速分别控制在1-2000微升/小时，油的流速始终控制在比预聚物溶液流速高即可。
先制备海藻酸钠和氯化钙微球：设定油相、海藻酸钠溶液流速，先利用一个流聚焦沟道包覆出海藻酸钠微球，调整油相流速，得到稳定均一具有预先设定尺寸大小的海藻酸钠微球。再设定氯化钙溶液流速，制备稳定均一的氯化钙微球。而后通过调整氯化钙流速以及油相流速，使得海藻酸钠微球能够依次与氯化钙微球在T型沟道处依次排列、碰撞。适当调整氯化钙溶液流速，使得海藻酸钠微球不会相互碰撞，聚集成大的海藻酸钠微球。同时通过改变氯化钙沟道的油相流速和氯化钙溶液流速来控制氯化钙微球的产生频率，调节氯化钙微球与海藻酸钠微球在流聚焦成球沟道的出口处的排列比例，由此调整反应物的比例。最后氯化钙微球和海藻酸钠微球在合成沟道中融合，反应生成生物兼容的海藻酸钙微球。
由此通过特殊结构设计的微流芯片制备的海藻酸钙微球具有大小均一，尺寸可在10-100微米精确控制，波动率在5％以内。
Claims (5)
1.一种微流芯片，包括连续相沟道和分散相沟道，其特征是：设有一个合成沟道和两个流聚焦成球沟道，两个流聚焦成球沟道的出口在合成沟道的进口相交汇，每个流聚焦成球沟道由预聚物微球沟道、分散相沟道和两个连续相沟道构成，所述两个连续相沟道分布在分散相沟道两侧，预聚物微球沟道、连续相沟道和分散相沟道均具有输入口和出口，连续相沟道和分散相沟道的出口在预聚物微球沟道的输入口相交汇，分散相沟道的直径为30-500微米，连续相沟道的直径为30-500微米，预聚物微球沟道的输入口直径为30-200微米。
2.根据权利要求1所述的微流芯片，其特征是：分布在分散相沟道两侧的两个连续相沟道共用一个输入口。
3.根据权利要求1或2所述的微流芯片，其特征是：预聚物微球沟道的直径从进口到出口呈渐宽分布，出口直径为50-200微米。
4.根据权利要求1或2所述的微流芯片，其特征是：合成沟道上设有若干个缓冲池。
5.一种利用权利要求1所述微流芯片制备聚合物微球的方法，其特征是：将两种连续相分别按1-2000微升/小时的流速从两个流聚焦成球沟道的连续相沟道的输入口注入，将分散相分别按1-100微升/小时的流速从两个流聚焦成球沟道的分散相沟道注入，并保持连续相的流速高于分散相的流速，即从合成沟道出口得到聚合物微球。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2006100193546A CN100432224C (zh) | 2006-06-14 | 2006-06-14 | 一种微流芯片及利用微流芯片制备聚合物微球的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2006100193546A CN100432224C (zh) | 2006-06-14 | 2006-06-14 | 一种微流芯片及利用微流芯片制备聚合物微球的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1884514A CN1884514A (zh) | 2006-12-27 |
| CN100432224C true CN100432224C (zh) | 2008-11-12 |
Family
ID=37582819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2006100193546A Expired - Fee Related CN100432224C (zh) | 2006-06-14 | 2006-06-14 | 一种微流芯片及利用微流芯片制备聚合物微球的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100432224C (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102242053B (zh) * | 2011-04-01 | 2014-06-04 | 沈越 | 一种具有高分子三维纳米结构的生物芯片 |
| CN104689775A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-10 | 武汉大学 | 一种液滴型微流控芯片及利用其制备PVDF-Fe3O4磁电复合微球的方法 |
| CN105567547B (zh) * | 2015-12-11 | 2017-09-22 | 武汉友芝友医疗科技股份有限公司 | 一种非均匀等高梯度细胞捕获芯片的制备方法 |
| CN105498871B (zh) * | 2015-12-16 | 2017-04-12 | 清华大学深圳研究生院 | 一种三维聚焦微流体芯片及其制作方法 |
| CN106824313A (zh) * | 2017-02-23 | 2017-06-13 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种数字pcr芯片及其制备方法 |
| CN112439467A (zh) * | 2019-08-29 | 2021-03-05 | 北京怡天佳瑞科技有限公司 | 用于制备乳化液滴的芯片及装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004071638A2 (en) * | 2003-02-11 | 2004-08-26 | Regents Of The University Of California, The | Microfluidic devices and method for controlled viscous shearing and formation of amphiphilic vesicles |
| US20050037471A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | California Institute Of Technology | Microfluidic rotary flow reactor matrix |
| US6994826B1 (en) * | 2000-09-26 | 2006-02-07 | Sandia National Laboratories | Method and apparatus for controlling cross contamination of microfluid channels |
-
2006
- 2006-06-14 CN CNB2006100193546A patent/CN100432224C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6994826B1 (en) * | 2000-09-26 | 2006-02-07 | Sandia National Laboratories | Method and apparatus for controlling cross contamination of microfluid channels |
| WO2004071638A2 (en) * | 2003-02-11 | 2004-08-26 | Regents Of The University Of California, The | Microfluidic devices and method for controlled viscous shearing and formation of amphiphilic vesicles |
| US20050037471A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | California Institute Of Technology | Microfluidic rotary flow reactor matrix |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1884514A (zh) | 2006-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Serra et al. | Microfluidic‐assisted synthesis of polymer particles | |
| US20220097067A1 (en) | Formation and control of fluidic species | |
| Vladisavljević et al. | Production of uniform droplets using membrane, microchannel and microfluidic emulsification devices | |
| CN100432224C (zh) | 一种微流芯片及利用微流芯片制备聚合物微球的方法 | |
| Nisisako et al. | A microfluidic cross-flowing emulsion generator for producing biphasic droplets and anisotropically shaped polymer particles | |
| Zhao-Miao et al. | Advances in droplet-based microfluidic technology and its applications | |
| Tumarkin et al. | Microfluidic generation of microgels from synthetic and natural polymers | |
| Chen et al. | Controllable microfluidic production of gas-in-oil-in-water emulsions for hollow microspheres with thin polymer shells | |
| Wang et al. | Microfluidic emulsification techniques for controllable emulsion production and functional microparticle synthesis | |
| CN109137096B (zh) | 一种用于微球和纤维制备的微流控装置 | |
| Dang et al. | Preparation of tadpole-shaped calcium alginate microparticles with sphericity control | |
| JP2007533798A (ja) | 特定の粒径、形状、形態および組成を有するポリマー粒子の製造方法 | |
| Pang et al. | Generation of single/double Janus emulsion droplets in co-flowing microtube | |
| Yeh et al. | Generation of droplets with different concentrations using gradient-microfluidic droplet generator | |
| Pan et al. | Formation mechanisms of solid in water in oil compound droplets in a horizontal T-junction device | |
| Wang et al. | One-step microfluidic approach for controllable production of gas-in-water-in-oil (G/W/O) double emulsions and hollow hydrogel microspheres | |
| Xu et al. | Controllable preparation of monodispersed calcium alginate microbeads in a novel microfluidic system | |
| Lao et al. | A microfluidic platform for formation of double-emulsion droplets | |
| Xia et al. | Recent progress in preparation of functional microparticles based on microfluidic technique | |
| Da Ling et al. | Generation of monodisperse micro-droplets within the stable narrowing jetting regime: Effects of viscosity and interfacial tension | |
| Wang et al. | Flow-pattern-altered syntheses of core–shell and hole–shell microparticles in an axisymmetric microfluidic device | |
| Raji et al. | Effects of the microchannel shape upon droplet formations during synthesis of nanoparticles | |
| Saqib et al. | Microfluidic methods in janus particle synthesis | |
| Liao et al. | Formation of biodegradable microcapsules utilizing 3D, selectively surface-modified PDMS microfluidic devices | |
| Arakawa et al. | Micro-bubble formation with organic membrane in a multiphase microfluidic system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081112 Termination date: 20170614 |