基于微流控技术的纳米颗粒合成系统及其装置与方法与流程

1.本发明属于微流控及纳米合成技术领域，具体涉及一种基于微流控技术的纳米颗粒合成系统及装置及合成方法。


背景技术：

2.纳米颗粒合成技术，是高速发展的纳米技术领域的技术前沿，其独特的尺寸依赖特性，使这些材料在许多领域表现出了极大的优势，处于不可替代的位置。此项技术已广泛应用于诸多行业，如药物输送、能源和电子等。纳米颗粒合成技术是实现纳米颗粒应用的关键步骤之一。
3.由于在多数应用中，都需要应用到纳米颗粒的尺寸特性，因此纳米颗粒合成各批次间的尺寸分布、产量以及尺寸的可重复性，是纳米颗粒合成评估中非常重要的参数。传统的纳米颗粒合成的方法之一是基于批处理混合的原理来进行的。具体来讲，将制备纳米颗粒的原材料溶于有机或水相中，将其加入到与之相容性不好的另一相水相或有机相中，并通过搅拌的方式迅速混合在烧杯或其他设备中。但当采用传统的批处理合成方法（在本体溶液中混合）进行纳米颗粒大规模生产时，其颗粒合成质量较差，同时还存在一些不可控因素，如聚集和异构混合，导致纳米粒子的尺寸均一性和可重复性比较差。
4.而基于微流控技术的微型反应器，可实现试剂快速混合、温度控制以及反应中的精确时空操控。采用微流控技术进行纳米颗粒合成，混合受控且均匀，可产生尺寸大小均一的纳米颗粒，同时，纳米颗粒的物理化学性质的可重复性也能得到精确控制。此外，通过调控纳米颗粒合成微环境，可进一步提高纳米颗粒的尺寸均一性和可重复性，进而提高纳米颗粒的制备工艺产率。
5.目前市场上已有的基于微流控技术实现纳米颗粒合成的仪器主要来自于加拿大precision nanosystems。这款仪器主要通过注射泵来推动有机相和水相两相溶液进入微流控芯片进行混合，在微流控芯片的出口端收集合成好的纳米颗粒。该仪器实现了非常高的纳米颗粒的尺寸可控性、均一性及高度重复性。由于其用注射泵作为推动流体的动力，有着一些自身不可克服的缺点，注射泵调节流量时存在体积大，响应速度慢，调节精度低，流量有脉动性，样品使用效率低，易污染等问题。流量的脉动性、调节精度低都会影响纳米颗粒合成时混合的均匀程度，从而降低纳米颗粒的均一性。且注射泵需要将试剂加载到注射器中，操作复杂，容易造成污染。此外，注射器的容量有限，所以导致在扩大生产的过程中需要做很大的工程设计及改进，不便于直接用于高通量的生产中。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于微流控技术的纳米颗粒合成系统及装置及合成方法。
7.本发明的目的通过以下技术方案来实现：基于微流控技术的纳米颗粒合成系统，包括微流控芯片，通过控制阀与所述微流
控芯片连接的试剂瓶及清洗液瓶，所述控制阀与所述试剂瓶及清洗液瓶之间设置有流量控制组件。
8.优选地，所述试剂瓶包括有机相试剂瓶、水相试剂瓶，所述清洗液瓶包括有机相清洗液瓶及水相清洗液瓶。
9.优选地，所述流量控制组件设置有两个，所述流量控制组件包括流量传感器及与所述流量传感器电性连接的压力控制器。
10.优选地，系统还包括通过控制阀与所述微流控芯片连接的废液瓶和收集管。
11.优选地，所述控制阀均为三通阀。
12.优选地，所述水相试剂瓶与水相清洗液瓶分别对应与第一三通阀的常闭阀口和常开阀口连接，所述第一三通阀的共用阀口通过第一流量计与第三三通阀的共用阀口连接，所述第三三通阀的常闭阀口与微流控芯片的水相口联通；所述第三三通阀的常开阀口与废液瓶连接；所述有机相试剂瓶与所述有机相清洗瓶分别对应与第二三通阀的常闭阀口和常开阀口连接，所述第二三通阀的共用阀口与第二流量计连接，所述第二流量计与第四三通阀共用口连接；所述废液瓶还与第五三通阀的常开阀口连接，所述第五三通阀的常闭阀口与收集管连接，所述第五三通阀的共用口与微流控芯片的出口连接；所述压力控制器分别与水相试剂瓶、水相清洗液瓶、有机相试剂瓶和有机相清洗液瓶的气压控制端连接，所述压力控制器还分别与第一流量计及第二流量计的压力控制端连接。
13.优选地，应用如以上中任意一种所述的基于微流控技术的纳米颗粒合成系统的装置，包括机台，所述机台上方分别设置有微流控芯片组件及流量控制组件，所述有机相试剂瓶、水相试剂瓶、有机相清洗液瓶及水相清洗液瓶分别并排置于所述机台下方，所述废液瓶设置于所述试剂瓶的内侧。
14.优选地，所述有机相试剂瓶及所述水相试剂瓶上设置有高度可调节的进样针组件。
15.优选地，所述微流控芯片组件包括底座及嵌置于所述底座内的转接工装，所述转接工装内设置有芯片，所述底座一侧设置有翻盖，所述底座的另一侧设置用于锁紧所述翻盖的锁紧机构，所述翻盖内壁设置有与所述芯片上凸起的进样通道相互配合的导杆，所述导杆中心开设有通孔；所述翻盖通过弹性组件置于所述底座一侧，所述翻盖枢轴置于所述弹性组件上，所述转接工装与所述底座上设置有加样通道标识。
16.优选地，以上任意一种所述的基于微流控技术的纳米颗粒合成系统的合成方法，包括如下步骤：s1、流量控制组件按照设定将水相和有机相分别从水相试剂瓶和有机相试剂瓶中压出，通过相应的三通阀进入微流控芯片的水相口和有机相口进行纳米颗粒的合成；s2、当合成的纳米颗粒尺寸不符合要求时，通过第五三通阀将合成的不符合要求的纳米颗粒送入废液瓶进行收集；当合成的纳米颗粒尺寸符合要求时，通过第五三通阀将合成的符合要求的纳米颗粒送入收集管进行收集。
17.优选地，所述方法还包括合成步骤前的预处理处理步骤，所述流量控制组件按照设定将水相和有机相分别从水相试剂瓶和有机相试剂瓶中压出，通过相应的三通阀进入废液瓶对管路中的气泡进行排除。
18.本发明的有益效果体现在：本系统实现了高精度的流量控制，配合采用可以实现高效率快速混合的微流控芯片，最终实现了高通量、高度均一的纳米颗粒合成。同一仪器用户可以根据需求进行调整实现不同的通量，无需对仪器进行重新设计。
附图说明
19.图1：本发明的系统结构示意图。
20.图2：本发明实施例装置立体结构示意图。
21.图3：图2背面结构示意图。
22.图4：本发明芯片组件的结构示意图，此时，翻盖处于打开状态。
23.图5：本发明芯片组件的结构示意图，此时，翻盖处于闭合状态。
24.图6：图5的侧视图。
25.其中，1水相试剂瓶，2有机相试剂瓶，3水相清洗液瓶，4有机相清洗液瓶，5收集管，6第一流量计、7第二流量计，25废液瓶，11第一三通阀，12第二三通阀，13第三三通阀，14第四三通阀，15第五三通阀，18风扇，23水相进样针组件，24有机相进样针组件，26机台，31底座，32翻盖，33导杆，34压块，35弹簧，36卡扣， 332密封圈，8微流控芯片组件，81微流控芯片，82凹槽，83进样通道，84转接工装，9操作屏，10压力控制器。
具体实施方式
26.本发明揭示了一种基于微流控技术的纳米颗粒合成系统，结合图1
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图6所示，包括微流控芯片81，通过控制阀与所述微流控芯片81连接的试剂瓶及清洗液瓶，所述控制阀与所述试剂瓶及清洗液瓶之间设置有流量控制组件。本实施例中，所述控制阀均为三通阀，分别包括第一三通阀11、第二三通阀12、第三三通阀13、第四三通阀14及第五三通阀15。
27.所述试剂瓶包括水相试剂瓶1、有机相试剂瓶2，所述清洗液瓶包括水清洗液瓶3及有机相清洗液瓶4。所述系统还包括通过控制阀与所述微流控芯片81连接的废液瓶25和收集管5。所述流量控制组件设置有两个，所述流量控制组件包括流量计及与所述流量计电性连接的压力控制器10。
28.具体的，所述水相试剂瓶1与水相清洗液瓶3分别对应与第一三通阀11的常闭阀口和常开阀口连接，所述第一三通阀11的共用阀口通过第一流量计6与第三三通阀13的共用阀口连接，所述第三三通阀13的常闭阀口与微流控芯片81的水相口联通；所述第三三通阀13的常开阀口与废液瓶25连接。所述水相试剂瓶1与水相清洗液瓶3的气压控制端均与压力控制器10连接，所述压力控制器10通过数据线与第一流量计6的压力控制端连接。
29.所述有机相试剂瓶2与所述有机相清洗瓶4分别对应与第二三通阀12的常闭阀口和常开阀口连接，所述第二三通阀12的共用阀口与第二流量计7连接，所述第二流量计7与第四三通阀14共用口连接；所述第四三通阀14的常开阀口与废液瓶25联通。所述有机相试剂瓶2与有机相清洗液瓶4的气压控制端均与压力控制器10连接，所述压力控制器10还与第二流量计7的压力控制端通过数据线连接。
30.所述废液瓶25还与第五三通阀15的常开阀口连接，所述第五三通阀15的常闭阀口与收集管5连接，所述第五三通阀15的共用口与微流控芯片81的出口连接。所述第一电源模组、第二电源模组及流量控制组件均与主控单元电性连接。
31.本发明还揭示了应用以上任意一种基于微流控技术的纳米颗粒合成系统的装置，包括左、右相互匹配的形成的壳体，所述壳体上设置有操作屏9，所述壳体内一侧设置有管路控制区，另一侧为用于控制管路的工控区。其中，所述管路控制区包括有一机台26，所述机台26上方分别并排设置有微流控芯片组件8及流量控制组件。所述流量控制组件包括第一流量计6及第二流量计7。所述微流控芯片组件8外露于壳体上。
32.所述水相试剂瓶1、有机试剂瓶2、水相清洗液瓶3及有机清洗液瓶4、收集管5分别并排置于所述机台26下方，所述废液瓶25设置于试剂瓶的内侧。各个试剂瓶可以根据需要采用不同的容量，试剂瓶一般采用螺纹连接，与装置形成气密连接。其中，所述水相试剂瓶1及所述有机相试剂瓶2上分别设置有高度可调节的水相进样针组件23和有机相进样针组件24。为更好的配合进样针组件控制进样针的高度，所述外壳上相应的开设有高度调节槽，所述进样针组件的高度控制部穿设出所述槽中置于壳体外。
33.所述微流控芯片组件8包括底座31及嵌置于所述底座31内的转接工装84，所述转接工装84内设置有微流控芯片81。所述微流控芯片81上凸起设置有进样通道83，所述进样通道83内设置有密封圈332。为了更好的确定进样通道，所述转接工装84与所述底座31上设置有相应的加样标识，本实施例中，所述转接工装84的加样标识为凹槽82，由于芯片一般为三通道，所以本实施例中设置有三个凹槽82。相应的，所述底座31的加样标识为与所述凹槽82相匹配的凸起。
34.所述底座31一侧设置有翻盖32，所述底座31的另一侧设置用于锁紧所述翻盖32的锁紧机构，所述锁紧机构上设置有卡扣36。
35.所述翻盖32内壁设置有与所述微流控芯片81上凸起的进样通道83相互配合的导杆33，所述导杆33中心开设有通孔331；具体的，所述翻盖32通过弹性组件置于所述底座31一侧，所述翻盖32枢轴置于所述弹性组件上。所述弹性组件包括一压块34，所述压块与所述底座31之间设置有弹簧35，翻动所述翻盖32驱动所述压块34对所述弹簧35进行按压，并通过所述卡扣36对所述翻盖32对所述微流控芯片81进行锁紧，锁紧时，所述导杆33压紧密封圈332与进样通道83密封，所述导杆33内的通孔331与所述进样通道83联通。所述锁紧机构上设置有按钮，所述按钮与所述卡扣36联动，按压所述按钮，可打开所述卡扣36与所述翻盖32之间的锁紧。
36.所述工控区包括第一、第二电源模组，及用于散热的散热模组，本实施例中，所述散热模组为风扇。
37.同时，本发明还揭示了利用以上基于微流控技术的纳米颗粒合成系统的纳米颗粒合成方法，包括如下步骤：s1、流量控制组件按照设定将水相和有机相分别从水相试剂瓶1和有机相试剂瓶2中压出，通过相应的三通阀进入微流控芯片的水相口和有机相口进行纳米颗粒的合成；s2、当合成开始时，由于流速不能立刻达到预设，造成合成的纳米颗粒尺寸不符合要求时，可以通过打开第五三通阀15中与废液瓶25连接的阀口将合成的不符合要求的纳米颗粒送入废液瓶进行收集。当流速达到预设值后，合成的纳米颗粒尺寸符合要求时，可以通
过打开第五三通阀15中与收集管5连接的阀口将合成的符合要求的纳米颗粒送入收集管进行收集。
38.为了使得系统中试剂流量更稳定，所述方法还包括合成步骤前的预处理处理步骤，所述流量控制组件按照设定将水相和有机相分别从水相试剂瓶1和有机相试剂瓶2中压出，通过相应的三通阀进入废液瓶对管路中的气泡进行排除。
39.当系统管路需要清洁时，可以通过控制打开相应的清洗液阀口，进行管路的清洗。
40.最后应说明的是：术语
ꢀ“
上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.且以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。