Herstellung von hoher Viskosität Tröpfchen mit mikrofluidischen Kapillare Gerät mit Phase-Inversion Co-Flow Struktur

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, monodispergierte hochviskose Tröpfchen mit Viskositäten über einer Pascalsekunden und einer niedrigviskosen kontinuierlichen Phase durch Phaseninversion in einem einfachen mikrofluidischen Co-Flow-Gerät zu erzeugen. Diese Methode kann das Schlüsselproblem im Bereich der Tröpfchenmikrofluidik lösen, bei dem es um die Manipulation von inhärent hochviskosen Flüssigkeiten wie Polymerlösungen mit hohem Glyceringehalt und Nanopartikelsuspensionen geht. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie zunächst niedrigviskose Tröpfchen erzeugt, die leichter zu formen und zu kontrollieren sind als hochviskose Tröpfchen.

Die anschließende Phasenvariante zur Erzeugung von hochviskosen Tröpfchen wird induziert, wenn die niedrigviskosen Tröpfchen aus dem Ausgang einer Gleichstromstruktur strömen. Das Verfahren wird von Herrn Zhongnan Li, einem Doktoranden der Tsinghua-Universität, vorgeführt. Um mit der Vorbereitung des Geräts zu beginnen, schneiden Sie mit einem Hartmetall-Anreißer eine Länge von drei Zentimetern eines runden Glasrohrs mit einem Innen- und Außendurchmesser von 580 Mikrometern bzw. einem Millimeter ab.

Dadurch wird das mittlere Rohr des Geräts gebildet. Um das Innenrohr des Geräts herzustellen, schneiden Sie eine Länge von zwei Zentimetern eines runden Glasrohrs mit einem Innen- und Außendurchmesser von 200 bzw. 330 Mikrometern ab. Geben Sie einen Milliliter ODTS in ein 1,5-Milliliter-Zentrifugenröhrchen.

Tauchen Sie ein Ende des mittleren Rohrs für 10 Sekunden in das ODTS. Spülen Sie dann das Rohr mit Stickstoffgas aus dem unbehandelten Ende, bis das Rohr trocken ist. Schneiden Sie anschließend mit einer Klinge eine 0,5 Millimeter x 0,5 Millimeter große Kerbe.

Schneiden Sie an der Kante der plastischen Luer-Nabe einer 20 Gauge großen stumpfen Nadel eine 0,5 Millimeter x 0,5 Millimeter große Kerbe und eine ein Millimeter mal einen Millimeter große Kerbe direkt gegenüber voneinander auf der Nabe einer zweiten Nadel ein. Legen Sie dann den mittleren Tubus der Länge nach auf einen Standard-Objektträger aus Glas, wobei das hydrophobe ODTS-beschichtete Ende etwa einen Zentimeter über das schmale Ende des Objektträgers hinausragt. Führen Sie den Schlauch in das unbehandelte Ende des mittleren Schlauchs ein und lassen Sie etwa einen Zentimeter des Schlauchs außerhalb des mittleren Schlauchs.

Verwenden Sie Epoxidharz, um die Rohre entlang der Mittellinie der Rutsche zu befestigen. Für eine bessere Leistung stellen Sie die Position des Innenrohrs so ein, dass es ungefähr auf das mittlere Rohr konzentriert ist. Sobald das Epoxidharz ausgehärtet ist, platzieren Sie die einfach gekerbte Nadel über das Ende des Schlauchs, so dass der Schlauch in die Kerbe passt.

Fixieren Sie die Nadel mit Epoxidharz, um den niedrigviskosen Öleinlass zu bilden. Befestigen Sie dann die doppelt gekerbte Nadel über der Verbindungsstelle zwischen dem inneren und dem mittleren Rohr, um den Einlass der hochviskosen wässrigen Lösung zu bilden. Verwenden Sie Epoxidharz, um die Nadelnaben sowohl um die Rohre herum als auch auf dem Glassubstrat abzudichten.

Um sicherzustellen, dass die hochviskose Einlaufnadel fest auf dem Substrat sitzt, wird das mittlere Rohr in die große Kerbe und das innere Rohr in die kleine Kerbe eingepasst. Nachdem das Epoxidharz getrocknet ist, montieren Sie einen 20 Millimeter langen Polyethylenschlauch mit einem Innendurchmesser von 0,86 Millimetern über das hydrophobe Ende des mittleren Rohrs, um das Gerät zu vervollständigen. Um den Prozess zu beginnen, ziehen Sie 0,8 Milliliter Glycerin, das mit blauem Farbstoff gefärbt ist, in eine Ein-Milliliter-Spritze.

Ziehen Sie 0,8 Milliliter leichtes Paraffinöl in eine zweite Ein-Milliliter-Spritze. Verbinden Sie die Glycerinspritze über einen Polyethylenschlauch mit einem Innendurchmesser von 0,86 Millimetern mit dem hochviskosen wässrigen Lösungseinlauf des Geräts. Verbinden Sie die Flüssigparaffinspritze mit dem Einlass des niedrigviskosen Öls.

Montieren Sie beide Spritzen auf Spritzenpumpen. Befestigen Sie das Gerät dann mit einer Zwei-Finger-Klemme und einem Laborstativ vertikal über einer 35 Millimeter Petrischale. Stellen Sie die Geräteposition so ein, dass sich das Ende des Auslassschlauchs etwa zwei Millimeter über dem Boden der Schüssel befindet.

Gießen Sie so viel flüssiges Paraffin in die Petrischale, dass Sie den Geräteauslass gerade noch eintauchen können. Geben Sie die gleiche Menge flüssiges Paraffin in eine zweite 35-Millimeter-Petrischale. Stellen Sie die Durchflussrate der Glycerinspritzenpumpe auf zwei Mikroliter pro Minute ein.

Stellen Sie die Durchflussrate der Pumpe der Flüssigparaffinspritze auf sechs Mikroliter pro Minute ein. Lassen Sie beide Pumpen laufen, um mit der Erzeugung der Glycerintröpfchen zu beginnen. Überwachen Sie die Tröpfchenerzeugung auf Wunsch mit einer Kamera.

Warten Sie etwa eine Minute, bis sich die Flüsse von Glycerin und flüssigem Paraffin ausreichend stabilisiert haben, um gleichmäßige Glycerintröpfchen zu bilden. Tauschen Sie dann die Petrischale unter dem Geräteauslass gegen die zweite mit flüssigem Paraffin gefüllte Schale aus, um die gleichmäßigen Tröpfchen aufzufangen. Monodispergierte Glycerintröpfchen wurden durch Phaseninversions-Gleichstromgeräte mit mittleren Röhren mit Durchmessern von entweder 200 oder 500 Mikrometern erzeugt.

Monodispergierte Tröpfchen wurden auch aus anderen hochviskosen Flüssigkeiten wie Honig, einer Stärkelösung und einer Polyvinylalkohollösung erzeugt. Glycerintröpfchen, die von der 500-Mikrometer-Vorrichtung mit Öl- und Glycerinflussraten von 30 bzw. 10 Mikrolitern pro Minute erzeugt wurden, hatten einen durchschnittlichen Durchmesser von 521 Mikrometern. Glycerintröpfchen, die von der 200-Mikrometer-Vorrichtung bei gleichen Durchflussraten erzeugt wurden, hatten einen durchschnittlichen Durchmesser von 212 Mikrometern.

Es wurde festgestellt, dass sich die Größe der Glycerintröpfchen mit Schwankungen im Verhältnis der Öldurchflussrate zur Glycerindurchflussrate ändert. Die Erhöhung des Öldurchflusses bei konstantem Glycerindurchfluss führte zu einer Verringerung der Partikelgröße. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man monodispergierte hochviskose Tröpfchen mit einem Phase-Inversions-Gleichstromgerät herstellt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Co-Flow-Geräten müssen Sie die innere Glaskapillare nicht zu einer scharfen Spitze verjüngen, um das Phase-Inversions-Co-Flow-Gerät herzustellen. Mit der Phaseninversions-Gleichstromvorrichtung können hochviskose Tröpfchen mit dynamischen Viskositäten von bis zu 12 Pascalsekunden erzeugt werden. Einmal gemeistert, kann diese Technik in 30 Minuten durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird.