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液滴微流控(一):液滴制備方法

瀏覽次數(shù):4603 發(fā)布日期:2020-5-11  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責任自負
基于液滴的微流控系統(tǒng),因其提供了方便處理微流體(μL,pL)的混合、封裝、分選等多種操控的可行性,并適合高通量實驗,在近幾十年期間,得到高速發(fā)展。
什么是液滴?液滴微流控有哪些應用?如何搭建液滴制備系統(tǒng)?有關(guān)液滴的諸多問題,將會是我們近期所要分享的內(nèi)容。
 
什么是液滴?
微流控里的液滴,可以理解為兩種互不相溶的液體,在特定條件下發(fā)生“融合”,變成了一個個微彈的,類似皮球狀的微球(見下圖A),通常可分為水包油和油包水兩種液滴,當對已經(jīng)生成的液滴進行再次包裹,便會得到雙乳滴(見下圖B)。

液滴制備所用的兩種互不相溶的液體,又被稱為連續(xù)相(Continuous phase)和分散相(Dispersed phase),液滴生成的大小將會受到連續(xù)相和分散相的流量比,兩相之間的界面張力和用于生成液滴的結(jié)構(gòu)等因素的影響。
 
如何制備液滴?
液滴制備可分為“主動”與“被動”兩種方式,兩者相比,前者需要一些外部能量才能進行液滴操控,如:電、磁或離心力,而后者,僅需要幾種簡單的微流控芯片結(jié)構(gòu),便可產(chǎn)生液滴,因此,“被動”制備液滴方法應用得更為廣泛。
常見的“被動”制備液滴方法可分為3種[1]
1. T型結(jié)構(gòu)法(T-junction)
此方法由Thorsen[2]等人于2001年首先提出,是最簡單的一種液滴制備方法。在此結(jié)構(gòu)中,連續(xù)相和分散相在T形口處匯聚,分散相逐漸進入主干道,在連續(xù)相的剪切下,最終“斷裂”,形成液滴。
2. 流動匯聚法(Flow focusing)[3]


此結(jié)構(gòu)中,分散相直接進入主干道,連續(xù)相垂直于分散相從分散相兩側(cè)注入,分散相被“夾住”,由于粘性力與兩相間表面張力的作用下,最終形成液滴。與T形結(jié)構(gòu)相比,最大區(qū)別在于其對稱性。
3. 共軸聚焦法(Co-flow)[4]
此方法設計了兩個同心的毛細管結(jié)構(gòu),內(nèi)部毛細管注入分散相,外部毛細管注入連續(xù)相,當分散相逐步進入主干道時,連續(xù)相所產(chǎn)生的的粘性力會促使分散相“斷裂”,從而形成液滴。
 
參考文獻:
[1] Zhu P , Wang L . Passive and active droplet generation with microfluidics: a review[J]. Lab on a Chip, 2016, 17.
[2] Thorsen T , Roberts R W , Arnold F H , et al. Dynamic Pattern Formation in a Vesicle-Generating Microfluidic Device[J]. Physical Review Letters, 2001, 86(18):4163-4166.
[3] Anna S L , Bontoux N , Stone H A . Formation of dispersions using “flow focusing” in microchannels[J]. Applied Physics Letters, 2003, 82(3):364-366.
[4] Glawdel T , Elbuken C , Ren C L . Droplet Generation in Microfluidics[M]. Springer US, 2013.
 
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