液滴微流控(一):液滴制备方法
基于液滴的微流控系统,因其提供了方便处理微流体(μL,pL)的混合、封装、分选等多种操控的可行性,并适合高通量实验,在近几十年期间,得到高速发展。
什么是液滴?液滴微流控有哪些应用?如何搭建液滴制备系统?有关液滴的诸多问题,将会是我们近期所要分享的内容。
什么是液滴?
微流控里的液滴,可以理解为两种互不相溶的液体,在特定条件下发生“融合”,变成了一个个微弹的,类似皮球状的微球(见下图A),通常可分为水包油和油包水两种液滴,当对已经生成的液滴进行再次包裹,便会得到双乳滴(见下图B)。
液滴制备所用的两种互不相溶的液体,又被称为连续相(Continuous phase)和分散相(Dispersed phase),液滴生成的大小将会受到连续相和分散相的流量比,两相之间的界面张力和用于生成液滴的结构等因素的影响。
如何制备液滴?
液滴制备可分为“主动”与“被动”两种方式,两者相比,前者需要一些外部能量才能进行液滴操控,如:电、磁或离心力,而后者,仅需要几种简单的微流控芯片结构,便可产生液滴,因此,“被动”制备液滴方法应用得更为广泛。
常见的“被动”制备液滴方法可分为3种[1]:
1. T型结构法(T-junction)
此方法由Thorsen[2]等人于2001年首先提出,是Z简单的一种液滴制备方法。在此结构中,连续相和分散相在T形口处汇聚,分散相逐渐进入主干道,在连续相的剪切下,Z终“断裂”,形成液滴。
2. 流动汇聚法(Flow focusing)[3]
此结构中,分散相直接进入主干道,连续相垂直于分散相从分散相两侧注入,分散相被“夹住”,由于粘性力与两相间表面张力的作用下,Z终形成液滴。与T形结构相比,Zda区别在于其对称性。
3. 共轴聚焦法(Co-flow)[4]
此方法设计了两个同心的毛细管结构,内部毛细管注入分散相,外部毛细管注入连续相,当分散相逐步进入主干道时,连续相所产生的的粘性力会促使分散相“断裂”,从而形成液滴。
参考文献:
[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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