Method Article

反相共流微流控毛细管装置制备高粘度水滴的方法

DOI:

10.3791/57313

⸱

April 17th, 2018

 ,  ,  , 
1School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, 2State Key Laboratory of Tribology, Tsinghua University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本文展示了一种反相共流装置, 以产生单分散高粘度在 1 Pas 以上的液滴, 在液滴微流体中难以实现。

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

高粘度的单分散液滴的产生一直是液滴微流体的挑战。在这里, 我们演示了一个相逆共流装置, 以产生均匀的高粘度液滴在低粘度流体。微流控毛细管装置有一个共同的共流结构, 其出口连接到一个更宽的管。低粘度流体的细长滴液首先由高粘度流体在共流结构中封装。当细长的低粘度水滴流过出口时, 被低粘度流体所润湿, 然后通过低粘度水滴与出口尖端的粘附来诱导相反转, 从而导致随后的反高粘度流体的封装。通过将低粘度流体的流速比转化为高粘度流体, 可以调节产生的高粘度水滴的大小。我们展示了几个典型的例子, 产生高粘度的水滴, 粘度高达 11.9 Pas, 如甘油, 蜂蜜, 淀粉和聚合物溶液。该方法提供了一种简单而直接的方法来生成单分散高粘度滴, 可用于各种液滴的应用, 如材料合成, 药物输送, 细胞化验, 生物工程和食品工程。

Introduction

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水滴的产生正在成为各种应用的关键技术, 如药物输送, 材料合成, 3D 生物打印, 细胞化验, 食品工程 1, 2, 3, 4,5,6. 带 T 形连接7、8、co 流1、9或流聚焦10、11结构的微流控设备广泛用于生成单分散单乳液滴。选择一个更粘性的连续相将有助于形成水滴12, 并且连续和分散的流体的粘度通常低于 0.1 Pas 在液滴微流体 13.然而, 在许多应用中, 分散相的粘度可能比水高几倍, 例如甘油14、含有纳米粒子

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Protocol

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1. 生产一种相反转的共流毛细管装置, 用于观察含直径为500微米的高粘度水滴的生成过程。

注: 此处使用的方形外管用于拍摄高粘度水滴的生成过程的图像。如果不需要拍摄图像, 则可以根据协议步骤2对设备进行简化版本。

  1. 为毛细管装置的组装准备三个不同尺寸的玻璃管。
    1. 取一个方形的玻璃管, 内部尺寸为1.05 毫米, 并切割一条管子的长度为4厘米。这将是设备的外管。
    2. 取一圆玻璃管, 内径为580微米, 外径 (外径) 为1毫米, 并切割一条管子的长度为3厘米。这将是设备的中间管。
    3. 取一圆玻璃管与身份证 = 200 微米和外径 = 330 微米, 并且切开管子的片断 ~ 2 cm 长度。这将是设备的内管。
  2. 修改中间管一端的表面润湿性为疏水性。
    1. 取一个1毫升的玻璃瓶, 并添加0.3 毫升的氯 () 硅烷 (升) 到玻璃瓶。
    2. 把中间管与身份证 = 580 微米准备在协议步骤 1.1.2, 并把它的一端浸入玻璃瓶中的十年代。
    3. 取出中间管, 用氮气从未处理的末端冲洗管子。
  3. 为毛细管装置的入口准备针头。
    1. 采取一个20G 钝尖配药针, ....

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Results

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采用相反转、共流结构的微流控毛细管装置, 设计成单分散水性高粘度水滴, 如图 1A所示。在图 1中, 高粘度水相是甘油, 其黏度为ηw = 1.4 Pas;低粘度油相为液体石蜡, 其粘度为ηo = 0.029 Pas;两个阶段之间的表面张力为γ = 27.7 锰/米。在中间管, 拉长的油滴可以由甘油封装在一个良好控制的滴水模式9,13, 因为甘油的黏度远远高于液体石蜡, 和毛细管数, Ca, 两个阶段的低至 10-4-10-2, 其中Ca = ηU/γ, u = Q/

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Discussion

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反相共流装置提供了一种简单、直接的方法, 能产生单分散高粘度水滴。该装置与普通共流装置具有相似的结构, 因为基本的共流结构由插入在中间管中的内管组成, 其出口与出口油管相连。然而, 相逆共流装置与普通共流装置之间存在两个主要区别, 即产生粘度为η > 1 Pa·s 的高粘度水滴。

首先, 在常用的共流装置中, 采用锥形尖端的内管, 而直内管可用于相倒置的共流装置。圆锥尖通常有 id = 20 微米和外径 = 30 微米1,8, 因此, 通常需要一个吸管拉拔器, 使锥形尖端。在相倒置的共流装置中, 具有 100-200 微米的圆形玻璃管可以直接使用而不被锥形。

二是在常用的共流装置中, 将高粘度流体注入管内, 由低粘度流体封装;在反相共流装置中, 将低粘度流体注入管内, 由高粘度流体封装, 易于实现。例如, 当我们使用一个共同的共流装置在液体石蜡中产生甘油滴时, 流速比Q

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者没有什么可透露的。

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

这项工作得到了中国国家自然科学基金 (51420105006 和51322501号) 的支持。我们感谢丹尼尔对高粘度思想的有益讨论。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
VitroTubes 玻璃管VitroCom8240方形 - 微型中空玻璃管，内径=0.4mm，外径=0.8mm
VitroTubes 玻璃管VitroComCV2033圆形 - 微型中空玻璃管，内径=0.2mm，外径=0.33mm
VitroTubes 玻璃管VitroComCV1017圆形 - 微型中空玻璃管，内径=0.1mm，外径=0.17mm
VitroTubes 玻璃管VitroComQ14606方形 - 微型中空玻璃管， 内径=1.05mm+0.1/-0， 外径=1.5mm
标准玻璃毛细管WPI1B100-6圆形 - 玻璃管， 内径=0.58mm， 外径=1.00mm
甘油国药化学试剂 北京10010618
蜡液国药化学试剂 北京30139828
聚（乙烯醇），PVA-124国药化学试剂 北京30153084
跨度 80Sigma-Aldrich85548
淀粉Sigma-AldrichS9765
三氯（十八烷基）硅烷Sigma-Aldrich104817
苯胺蓝 OSigma-AldrichT3260
蜂蜜贞洁树蜂蜜，常见从超市购买的食品
DEVCON 5 分钟环氧树脂ITW 环氧胶
钝尖不锈钢点胶针（鲁尔锁）苏州蓝波针，中国LTA82005020G x 1/2" 
钨/硬质合金划线器Ullman1830用于切割玻璃管
显微镜载玻片帆品牌710176.2 毫米 x 25.4 毫米，厚度 1 - 1.2 毫米
聚乙烯管科学商品BB31695-PE/5内径 = 0.86 毫米，外径 = 1.32 毫米
注射泵更长的泵，中国LSP01-1A实验需要 3 个泵
石甲

References

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  1. Shah, R. K., Shum, H. C., Rowat, A. C., Lee, D., Agresti, J. J., Utada, A. S., Chu, L. Y., Kim, J. W., Fernandez-Nieves, A., Martinez, C. J., Weitz, D. A. Designer emulsions using microfluidics. Mater. Today. 11, 18-27 (2008).
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  3. Heath, J. R., Ri....

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