作者：Mr.Micro      來(lái)源公眾號(hào)：微流控技術(shù)

圖解液滴微流控技術(shù)

微液滴具有體積小、比表面積大、速度快、通量高、大小均勻、體系封閉、內(nèi)部穩(wěn)定等特性，在藥物控釋、病毒檢測(cè)、顆粒材料合成、催化劑等領(lǐng)域中均有重要應(yīng)用。微流控技術(shù)的發(fā)展為微液滴生成中實(shí)現(xiàn)尺寸規(guī)格、結(jié)構(gòu)形貌和功能特性等的可控設(shè)計(jì)和精確操控提供了全新平臺(tái)。

本文還是采用以圖片展示為主，結(jié)合相關(guān)文字講解，液滴微流控技術(shù)的特點(diǎn)，原理以及應(yīng)用領(lǐng)域。從而幫助大家了解認(rèn)識(shí)液滴微流控技術(shù)，并在各自研究領(lǐng)域應(yīng)用液滴微流控技術(shù)。

01什么是液滴微流控技術(shù)

微液滴技術(shù)是在微尺度通道內(nèi)，利用流動(dòng)剪切力與表面張力之間的相互作用將連續(xù)流體分割分離成離散的納升級(jí)及以下體積的液滴的一種微納技術(shù)。

02液滴微流控技術(shù)特點(diǎn)

液滴微流技術(shù)特點(diǎn)具有，液滴體積微小，尺寸可達(dá)納升甚至飛升范圍，比表面積非常大；液滴依靠微流體技術(shù)，可以快速生成大量的液滴；每個(gè)液滴大小均勻；液滴之間彼此分離，狀態(tài)穩(wěn)定，避免交叉污染；液滴具有很好的單分散性，濃度相同，反應(yīng)一致。

03微流控液滴生成方法

基于微流控體系的液滴生成方法中，最常用的有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。    在主動(dòng)式中，主要采用諸如光控、電動(dòng)、磁場(chǎng)和微閥等外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)液滴生成。相比主動(dòng)式而言，被動(dòng)生成方法無(wú)需施加外場(chǎng)作用，直接利用微通道幾何結(jié)構(gòu)的限制促使流場(chǎng)交界面發(fā)生變形、界面不穩(wěn)定性增加，從而生成離散相液滴。

被動(dòng)式微流控液滴生成方法

04微流控液滴的基本操作

常見(jiàn)微液滴的基本操作主要包括：A 液滴融合；B 液滴分裂; C 液滴內(nèi)部混合; D 液滴捕獲和存儲(chǔ)。

05微流控液滴的應(yīng)用-材料學(xué)方面

微球制作過(guò)程

Yang 等利用微流控技術(shù)在光聚合作用下合成了直徑約為3.3-3.7mm的低密度海綿狀微殼，并研究了在光敏聚合作用中單體濃度和照明時(shí)間對(duì)聚二乙烯基苯微殼結(jié)構(gòu)和性能的影響。發(fā)現(xiàn)聚二乙烯基苯微殼的孔隙體積和平均孔隙直徑隨著單體濃度和照明時(shí)間的增加而減少。該研究對(duì)實(shí)現(xiàn)毫米尺度聚二乙烯基苯微殼的最優(yōu)化以及激光融合實(shí)驗(yàn)或ICF靶目標(biāo)芯軸的具體應(yīng)用有重要指導(dǎo)意義。

06微流控液滴的應(yīng)用-生物醫(yī)學(xué)方面

液滴微流控技術(shù)應(yīng)用于分子診斷免疫檢測(cè)和病毒感染性檢測(cè)

左圖為，Jae-Won Choi運(yùn)用氣動(dòng)微泵裝置建立了用于生物標(biāo)志物液滴微流控?zé)晒馄衩庖叻治銎脚_(tái)，成功檢測(cè)牛奶中牛血管生成素的含量。右圖為，Ye Tao研發(fā)了一種基于微液滴技術(shù)并結(jié)合空斑試驗(yàn)和實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)的微流控系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒感染性的快速、低成本和高精度定向檢測(cè)。

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，基于微尺度流體優(yōu)異的流動(dòng)操作特性以及微流控系統(tǒng)裝配結(jié)構(gòu)的多樣性，微流控液滴技術(shù)在生命科學(xué)及醫(yī)藥分析領(lǐng)域的研究中也發(fā)揮了巨大的作用。

07微流控液滴的應(yīng)用-食品加工方面

左圖為, Okushima等通過(guò)包含兩個(gè)連續(xù)T型結(jié)構(gòu)的微通道，利用“兩步式”液滴生成法合成了單分散性W/O/W型雙重微乳滴，并通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)/外部液滴的分裂速率實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴內(nèi)部包含微乳滴數(shù)目的精確調(diào)控。

右圖為, Ren等采用微流控法合成液滴后，在下游添加交聯(lián)劑水溶液使得生物高聚物和交聯(lián)離子在水、油流柱的交界面發(fā)生反應(yīng)實(shí)現(xiàn)凝膠化，制備包裹油核的單分散海藻酸鹽膠囊。

通過(guò)微流控液滴技術(shù)可獲得微乳滴、固態(tài)脂質(zhì)微顆粒、自組裝體以及包含一個(gè)或多個(gè)內(nèi)核的微膠囊等多種類型的食品結(jié)構(gòu)。

08液滴微流控展望

液滴微流控技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，為材料學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究提供了一個(gè)有力平臺(tái)。然而，液滴微流控技術(shù)目前還存在一些挑戰(zhàn)，例如不同樣品之間的切換、油相和水相中表面活性劑對(duì)液滴反應(yīng)和檢測(cè)的影響、液滴與液滴之間的相互污染等問(wèn)題均沒(méi)有得到較好的解決，理論指導(dǎo)極為缺乏。隨著該領(lǐng)域研究的不斷深入，這些問(wèn)題將逐步得到解決，液滴微流控的應(yīng)用前景也將變得更加廣闊。

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