微流控微液滴制备
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微流控微液滴制备

微流控液滴技术是近年来在微流控芯片上发展起来的一种研究几微米至几百微米尺度范围内微液滴的生成、操控及应用的新技术。微液滴常作为微反应器,实现生化反应、试剂快速混合以及微颗粒合成等,极大地强化了微流控芯片的低消耗、自动化和高通量等优点。随着微机电系统(MEMS)的不断发展,微流控液滴技术被广泛应用于药物传输、生物工程、疾病防护、化学分析、细胞研究和功能材料合成等诸多领域。

 

微流控法制备微液滴主要是利用互不相容的两种液体分别作为连续相和离散相,在固定体积流率的驱动泵的推动下各自进入不同的微通道,当两股流体在交叉点处相遇后,离散相流体继续延伸形成“塞状或“喷射状”的液柱后在连续相流体的剪切和挤压作用下而被夹断,以微小体积(10-5 ~ 10-9L)单元的形式分散于连续相中形成液滴。

 

目前,基于微流控微液滴的生成方法中,最常用的有主动式和被动式两种。在主动式中,主要采用如热量、气压、压电、微阀和磁场等外场驱动力实现液滴生成。在被动方式中,被动生成方法无需施加外场作用,直接利用微通道几何结构的限制促使流场交界面发生变形、界面不稳定性增加,从而生成离散相液滴。被动式液滴生成技术不仅可以生成大小均一、单分散度好、空间分布均匀(微液滴尺寸分布的标准偏差小至 1% ~ 3% )的连续液滴串,还能有效避免外界作用干扰,消除交叉污染。根据材料和微通道结构的不同,在被动式中微流控装置中生成微液滴的装置如下图所示。


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如下以“十”字型结构的PDMS微液滴芯片为例,介绍油包水液滴。PDMS芯片结构如下图一所示,利用驱动泵推动连续相(石蜡油含3%的span80 v/v)和分散相(过滤后的去离子水)进入PDMS的通道内,在“十”字型结构处生成液滴,如下图二所示。


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图一 “十”字型PDMS微液滴芯片


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图二 “十”字型结构处生成的油包水微液滴



通过改变PDMS芯片通道的尺寸和"十"字交叉处的结构以及驱动力的大小可以改变微液滴的粒径尺寸和生成频率。如果采用液体流速控制的方式,可以长时间的获得粒径均匀的微液滴。

如果发现实验所制备的微液滴不稳定或不均匀可从以下几个方面考虑:

(1)芯片通道的形状和尺寸

(2)流体驱动的稳定性

(3)每个流体的流速,相对流速和总流速

(4)通道润滑性——亲水还是疏水

(5)连续相和分散相液体的混容性

(6)表面活性剂的类型和浓度


液滴产生套装:专门用于满足研究人员最常见的液滴生成需求
主要特点:
(1)高达10000个/秒
(2)液体流量:0.1 μL/min到5 mL/min
(3)液滴尺寸分散:0.3%
(4)液滴含量的变化:100 ms


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凭借基于压电技术的性能优异的微流体压力控制器OB1和高精密热式流量传感器MFS或宽范围高精度科式流量传感器BFS(直接测量,无需校准),您可以在您微流体芯片通道内产生微液滴并控制微液滴的运动状态如液滴产生、液滴运动或液滴静止等。如下视频展示了OB1压力控制器操控微液滴产生和运动停止的行为状态。




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