首页 > 技术资讯 > 技术学院

微液滴的生成方式

  1基于微流体的液滴形成方法,

目前常用的有主被动法和被动法,要使用外场驱动,如热、气压、压电、微阀、磁场等,就能实现液滴的形成。无源产生方法不需要施加外场作用,直接利用微通道几何结构的限制促使流场交界面变形,增加界面不稳定性,从而产生离散相液滴。利用被动液滴产生连续液滴串,不仅可以获得尺寸均匀、单分散度好、空间分布均匀,而且能够有效地避免外界干扰,消除交叉污染。依据微流体的材质和通道结构,可将被动式中的微流体设备分为以下3类。

微液滴.jpg

2采用表面活性剂进行微液滴融合。

除了以上利用流场和流场特性促进液滴融合的方法外,还在微通道连续相中加入表面活性剂。

减小界面张力成为液滴融合的又一途径。对油包水乳状液进行了研究,并用一种离子表面活性剂使其稳定,并用另一种具有相反电荷的离子表面活性剂溶液进行融合。但是,表面活性剂的使用存在着双重性质。结果表明:随表面活性剂浓度的增加,液滴尺寸逐渐减小,不容易发生融合。另外,当表面活性剂重量增加到5%时,附加试剂会引起液滴分离,而不发生融合。

本文提出一种确定微通道内液滴融合的有效方法。液滴结合是通过降低外流油相表活性剂含量来减少液滴表面的活性剂对合。结果表明:无活性剂会缩短液滴融合时间;但是,不使用表面活性剂也有其缺点,例如意外融合的发生以及融合后进一步融合,操纵液滴是有限制的。

3采用外场作用的液滴主动融合方式。


在很小的通道中,液滴的运动规律很难精确控制,为了实现捕捉液滴以进行融合反应,可能需要施加外力作用。用电磁场进行融合是目前最常用的一种主动融合方式,它的原理是通过电诱导的反向电荷来实现液滴对融合。在静电力作用下,液滴可能会彼此接近和融合,或者电场引起的麦克斯韦应力使液滴界面变形和破裂,促进液滴融合。在电场作用下,电压在1~103V,频率在DC至几kHz之间,都能较好地控制液滴融合。另外,在用电场进行液滴融合时,电极可嵌入在距离通道数毫米处或数毫米处,电场方向可与其平行或垂直。


4液滴融合过程的流场特性研究。

应用流体力学实验方法和显微流场测速技术,对液滴融合过程中的流场特性进行研究,并对液滴融合机理进行深入研究,成为当前研究的重要内容。对液滴在收敛性通道中的融合过程进行了研究。观察结果表明,液滴融合是通过接触、排液、融合、渗透或包裹等步骤进行的,主要取决于通道的几何尺寸和各种力的作用。在直道中,后面的液滴瞬间渗入前面的液滴,即合。收敛通道内,后部液滴包围着前面的液滴,产生了强烈的旋涡。

在十字通道交界处,研究了有液滴挤压和旋转两种情况下的液滴内部速度场,分析了所受的剪切应力。由于剪切力的影响,液滴之间相互挤压,使得液滴之间的速度矢量沿垂直方向运动,从而有利于液膜排液直到融合。由于速度向量场完全不同,且剪切力不对称,液滴的移动对液膜排液没有任何帮助,因而液滴旋转后不发生融合。

微液滴.jpg



标签:    微液滴
手持式PDMS打孔器