509期 微流控漫谈系列之四图解液滴微流控技术-汶颢股份
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509期 微流控漫谈系列之四图解液滴微流控技术

作者:Mr.Micro      来源公众号:微流控技术

图解液滴微流控技术

微液滴具有体积小、比表面积大、速度快、通量高、大小均匀、体系封闭、内部稳定等特性,在药物控释、病毒检测、颗粒材料合成、催化剂等领域中均有重要应用。微流控技术的发展为微液滴生成中实现尺寸规格、结构形貌和功能特性等的可控设计和精确操控提供了全新平台。

本文还是采用以图片展示为主,结合相关文字讲解,液滴微流控技术的特点,原理以及应用领域。从而帮助大家了解认识液滴微流控技术,并在各自研究领域应用液滴微流控技术。

01什么是液滴微流控技术

图解液滴微流控技术 

微液滴技术是在微尺度通道内,利用流动剪切力与表面张力之间的相互作用将连续流体分割分离成离散的纳升级及以下体积的液滴的一种微纳技术。

02液滴微流控技术特点

液滴微流控技术 

液滴微流技术特点具有,液滴体积微小,尺寸可达纳升甚至飞升范围,比表面积非常大;液滴依靠微流体技术,可以快速生成大量的液滴;每个液滴大小均匀;液滴之间彼此分离,状态稳定,避免交叉污染;液滴具有很好的单分散性,浓度相同,反应一致。

03微流控液滴生成方法

微流控液滴生成方法 

基于微流控体系的液滴生成方法中,最常用的有主动式和被动式两种。    在主动式中,主要采用诸如光控、电动、磁场和微阀等外场驱动力实现液滴生成。相比主动式而言,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。

被动式微流控液滴生成方法 

被动式微流控液滴生成方法

04微流控液滴的基本操作

微流控液滴的基本操作 

常见微液滴的基本操作主要包括:A 液滴融合;B 液滴分裂; C 液滴内部混合; D 液滴捕获和存储

05微流控液滴的应用-材料学方面

微球制作过程 

微球制作过程

Yang 等利用微流控技术在光聚合作用下合成了直径约为3.3-3.7mm的低密度海绵状微壳,并研究了在光敏聚合作用中单体浓度和照明时间对聚二乙烯基苯微壳结构和性能的影响。发现聚二乙烯基苯微壳的孔隙体积和平均孔隙直径随着单体浓度和照明时间的增加而减少。该研究对实现毫米尺度聚二乙烯基苯微壳的最优化以及激光融合实验或ICF靶目标芯轴的具体应用有重要指导意义。

06微流控液滴的应用-生物医学方面

液滴微流控技术应用于分子诊断免疫检测和病毒感染性检测 

液滴微流控技术应用于分子诊断免疫检测和病毒感染性检测

左图为,Jae-Won Choi运用气动微装置建立了用于生物标志物液滴微流控荧光偏振免疫分析平台,成功检测牛奶中牛血管生成素的含量右图为,Ye Tao研发了一种基于微液滴技术并结合空斑试验和实时定量PCR技术的微流控系统,用于实现对病毒感染性的快速、低成本和高精度定向检测。

经过多年的发展,基于微尺度流体优异的流动操作特性以及微流控系统装配结构的多样性,微流控液滴技术在生命科学及医药分析领域的研究中也发挥了巨大的作用。

07微流控液滴的应用-食品加工方面

微流控液滴的应用-食品加工方面 

左图为, Okushima等通过包含两个连续T型结构的微通道,利用“两步式”液滴生成法合成了单分散性W/O/W型双重微乳滴,并通过调节内/外部液滴的分裂速率实现对液滴内部包含微乳滴数目的精确调控。

右图为, Ren等采用微流控法合成液滴后,在下游添加交联剂水溶液使得生物高聚物和交联离子在水、油流柱的交界面发生反应实现凝胶化,制备包裹油核的单分散海藻酸盐胶囊

通过微流控液滴技术可获得微乳滴、固态脂质微颗粒、自组装体以及包含一个或多个内核的微胶囊等多种类型的食品结构。

 

08液滴微流控展望

液滴微流控技术近年来发展迅速,为材料学、化学、生命科学与医学等领域的基础与应用研究提供了一个有力平台。然而,液滴微流控技术目前还存在一些挑战,例如不同样品之间的切换、油相和水相中表面活性剂对液滴反应和检测的影响、液滴与液滴之间的相互污染等问题均没有得到较好的解决,理论指导极为缺乏。随着该领域研究的不断深入,这些问题将逐步得到解决,液滴微流控的应用前景也将变得更加广阔。

参考文献:

Liu Z M, Yang Y, Yu D U, et al. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2017, 45(2):282-296.

Zhou J, Khodakov D A, Ellis A V, et al. Electrophoresis, 2012, 33(1):89-104.

Tao Y, Rotem A, Zhang H, et al. Lab on A Chip, 2015, 15(19):3934-3940.

Okushima S, Nisisako T, Torii T, et al. Langmuir Acs Journal of Surfaces & Colloids, 2004, 20(23):9905-8.

Choi J W, Kim G J, Lee S, et al.Biosensors & Bioelectronics, 2015, 67(2):497-502.

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