Glasbasierte Geräte zur Erzeugung von Tropfen und Emulsionen

Dieses Protokoll beschreibt, wie glasbasierte mikrofluidische Geräte im Detail hergestellt werden. Das Befolgen dieses Protokolls ermöglicht es jedem, der keine Erfahrung hat, diese Geräte zu erstellen und zu verwenden. Mit Glas können wir Oberflächen leicht hydrophob oder hydrophil machen, wodurch glasbasierte Geräte für die Erzeugung stabiler Emulsionstropfen attraktiv werden.

Es gibt mehrere Anwendungen für Tropfen und Emulsionen in so unterschiedlichen Bereichen wie Kosmetik, Lebensmittelindustrie und Arzneimittelabgabe. In diesem Manuskript betonen wir etwas mehr auf ihre Verwendung in der intensiven Landwirtschaft. Wir empfehlen, bei jedem Schritt geduldig zu sein.

Überprüfen Sie auch, ob die Spitze sauber und nicht gebrochen ist. Warten Sie nicht, bis das Gerät fertig ist, um diese zu überprüfen. Verwenden Sie für die Herstellung einfacher Tropfen eine Glasbasis mit einem Objektträger, um das Gerät zu bauen.

Verwenden Sie für die Spitze runde Glaskapillaren mit einem Millimeterdurchmesser. Als nächstes verwenden Sie eine 20-Gauge-Spritzennadel, um das Einbringen der Flüssigkeit in die Kapillare zu erleichtern. Schnitzen Sie mit einer Rasierklinge oder einem Skalpell ein Loch, das der Größe des Außendurchmessers der Kapillare an der Nadelbasis entspricht.

Spülen Sie die Nadel mit Wasser ab, um Staub und Fasern vom Schneiden zu entfernen und die Nadel an der Luft trocknen zu lassen. Um das Gerät zusammenzubauen, kleben Sie die runde Kapillare auf den Objektträger, indem Sie die Spitze der Kapillare ein bis zwei Zentimeter außerhalb des Endes des Objektträgers platzieren und einen Klecks Epoxidharz in der Mitte der Kapillare hinzufügen, so dass sie das Sichtfeld oder die Spritzennadel nicht stört. Als nächstes platzieren Sie die Spritzennadel so, dass das Ende der Kapillare in der Mitte der Nadel sitzt, und legen Sie eine kleine Menge gehärtetes Epoxidharz um den Rand an der Unterseite der Nadel.

Tragen Sie nach einigen Minuten die zweite Schicht frisches Epoxidharz auf, bedecken Sie die Nadelbasis und vermeiden Sie das Loch. Decken Sie dann das Loch mit gehärtetem Epoxidharz ab, um zu verhindern, dass das Epoxidharz in die Nadeln fließt. Um Tropfen zu erzeugen, platzieren Sie das Gerät mit einer Klemme in einer vertikalen Position, so dass die Spitze wie ein Küchenhahn nach unten zeigt.

Verwenden Sie eine Spritzenpumpe oder ein druckgetriebenes Setup, um die Flüssigkeit in das Gerät zu pumpen. Verwenden Sie für die Herstellung von Emulsionstropfen eine fünf Zentimeter lange quadratische Kapillare für die äußere Flüssigkeit und eine runde Kapillare mit einem Millimeterdurchmesser. Stellen Sie sicher, dass die Länge der runden Kapillare mehrere Zentimeter länger ist als die der quadratischen Kapillare.

Passen Sie den Außendurchmesser der runden Kapillare an die Innengröße der quadratischen Kapillare an, um sicherzustellen, dass beide Kapillaren koaxial ausgerichtet sind. Als nächstes, um das Gerät zu montieren, kleben Sie die quadratische Kapillare auf den Objektträger, indem Sie die Spitze der Kapillare ein bis zwei Zentimeter außerhalb des Endes des Objektträgers platzieren und einen Klecks Epoxidharz in der Mitte der Kapillare auftragen. Warten Sie, bis das Epoxidharz vollständig ausgehärtet ist.

Führen Sie dann die runde Kapillare in die quadratische Kapillare ein, so dass das Ende der runden Kapillare auf dem Objektträger einige Zentimeter vom Ende der quadratischen Kapillare entfernt ist. Das andere Ende der runden Kapillare, das sich innerhalb der quadratischen Kapillare befindet, sollte sich in einem Abstand befinden, der ungefähr dem Durchmesser der runden Kapillare vom Ende der quadratischen Kapillare entspricht. Kleben Sie die runde Kapillare mit einem Klecks Epoxidharz in einem mittleren Abstand zwischen dem Ende der runden Kapillare und dem Anfang der quadratischen Kapillare und warten Sie, bis das Epoxidharz vollständig ausgehärtet ist.

Um die Kapillare in der Nadelbasis unterzubringen, schnitzen Sie ein Loch an der Basis der runden Kappe, das die Größe des Außendurchmessers der Kapillare hat. Um dann die andere Nadel am Ende der quadratischen Kapillare zu montieren, schnitzen Sie ein rundes und ein quadratisches Loch an der Basis der Nadel, um das Gelenk aufzunehmen. Nach dem Schneiden die Nadeln mit Wasser abspülen und an der Luft trocknen lassen.

Kleben Sie sie dann wie zuvor gezeigt. Um das mikrofluidische Gerät zu bauen, schneiden Sie zwei kleine Stücke eines Objektträgers und kleben Sie sie mit Epoxidharz auf zwei Objektträger, um die Objektträger zusammenzuhalten. Warten Sie, bis das Epoxidharz vollständig ausgehärtet ist.

Schneiden Sie die quadratische Kapillare mit einem Diamantschreiber auf eine Länge von etwa vier Zentimetern. Verwenden Sie die quadratische Kapillare mit einer Innenseite, die dem Außendurchmesser der runden Kapillare entspricht, um die Kapillaren koaxial auszurichten. Verwenden Sie für dieses Protokoll eine zwei Millimeter seitliche Kapillare.

Ziehen Sie dann mit einer Pipettenziehmaschine eine runde Kapillare, um zwei halbe Kapillaren mit einer dünnen Spitze zu erhalten. Als nächstes schneiden Sie mit einer Mikroschmiede die Spitze einer der Halbkapillaren auf den gewünschten Durchmesser. Um die andere Hälfte als Kollektorkapillare zu verwenden, schneiden Sie die gezogene Spitze so ab, dass die ursprünglichen flachen Enden wiederhergestellt werden.

Kleben Sie die quadratische Kapillare auf die Objektträger. Stellen Sie die Kapillare nicht in die Mitte der Dias ein, da sich die Gelenke der Dias nicht im Betrachtungsbereich befinden sollten. Legen Sie dann die Spitze und die Kollektorkapillare in die quadratische Kapillare, die etwa zwei Millimeter voneinander entfernt ist.

Um das Gelenk zu vermeiden, platzieren Sie die Enden der Spitzen- und Kollektorkapillaren auf derselben Seite. Um Verbindungen zu den offenen Enden der Kapillaren herzustellen, platzieren Sie vier Nadeln, die diese Enden bedecken, und kleben Sie die Nadeln wie zuvor gezeigt. Um das Gerät auf Leckagen zu testen, schließen Sie zwei der Nadeln mit einem gebogenen Stück Schlauch, das von einem Bindemittelclip gehalten wird.

Pumpen Sie dann mit einer Spritze manuell deionisiertes Wasser durch eine der Nadeln in das Gerät, wobei die letzte Nadel als Ausgang verwendet wird. Wenn keine Leckagen beobachtet werden, pumpen Sie das Wasser durch die nächste Nadel und wiederholen Sie den Vorgang für alle vier Nadeln. Wenn ein Leck gefunden wird, trocknen Sie das Gerät gründlich, tragen Sie Epoxidharz auf und warten Sie eine Stunde, bevor Sie erneut testen.

Nachdem Sie keine Leckage bestätigt haben, füllen Sie das Gerät mit experimenteller Flüssigkeit und entfernen Sie Luftblasen. Verbinden Sie dann die innere Flüssigkeits- oder Dispergierphasenspritze mit der ersten Nadel, die äußere Flüssigkeit oder die kontinuierliche Phase mit der zweiten Nadel und die Kollektorflüssigkeit oder Gegenelektrode mit der vierten Nadel. Nadel drei ist für den Ausgang.

Schließen Sie schließlich das Netzteil an die Nadeln an, die die Innen- und Kollektorflüssigkeiten speisen, um eine Potentialdifferenz zwischen der Spitze und der Kollektorflüssigkeit festzulegen. In dieser Studie wurden mit einer 580 Mikrometer großen Spitze etwa 3,3 Millimeter Silikonöltropfen erzeugt. Und 1,75 Millimeter Tropfen wurden mit einer 86 Mikrometer großen Spitze erzeugt.

Zusätzlich wurden Emulsionstropfen unter Verwendung von Elektro-Co-Flow-Geräten in den Modi Tropfen, Kegelstrahl und Peitschen erzeugt. In diesen Ergebnissen wird die gleiche Flüssigkeit wie Innen- und Kollektorflüssigkeiten verwendet. Wenn das Ziel des Experiments jedoch darin besteht, diese Tropfen zu sammeln, sollte eine andere leitende Flüssigkeit als Kollektor verwendet werden.

Seien Sie geduldig und warten Sie, bis das Epoxidharz heilt. Wenn es nass wird, wird es nie trocknen und Sie müssen den gesamten Vorgang erneut starten. Mehrere Emulsionen können mit Hilfe von Kombinationen von Strömungsfokus in einer Intrigenreihe erzeugt werden.

Jedes zusätzliche Schema fügt dem Bewegungsabwurf eine Shell hinzu. Es können auch Strömungsfokussierungsabschnitte verwendet werden.