Aquí, se presenta un protocolo para fabricar dispositivos microfluídicos a base de vidrio utilizados para generar emulsiones altamente monodispersas con tamaño de gota controlado.
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Artículo de método
Dispositivos a base de vidrio para generar gotas y emulsiones
En este artículo
Resumen
Resumen
En este manuscrito, se describen tres protocolos paso a paso diferentes para generar gotas de emulsión altamente monodispersas utilizando microfluídica a base de vidrio. El primer dispositivo está diseñado para la generación de gotas simples impulsadas por la gravedad. El segundo dispositivo está diseñado para generar gotas de emulsión en un esquema de coflujo. El tercer dispositivo es una extensión del dispositivo de coflujo con la adición de un tercer líquido que actúa como un suelo eléctrico, permitiendo la formación de gotas electrificadas que posteriormente se descargan. En esta configuración, dos de los tres líquidos tienen una conductividad eléctrica apreciable. El tercer líquido media entre estos dos y es un dieléctrico. Una diferencia de voltaje aplicada entre los dos líquidos conductores crea un campo eléctrico que se acopla con las tensiones hidrodinámicas de los líquidos que fluyen, afectando el proceso de formación de chorros y caídas. La adición del campo eléctrico proporciona un camino para generar gotas más pequeñas que en los dispositivos de coflujo simples y para generar partículas y fibras con una amplia gama de tamaños.
Introducción
La generación controlada de gotas en la micra y nanoescala con una distribución de tamaño estrecha es una tarea desafiante. Estas gotas son de interés para la ingeniería de materiales blandos con muchas aplicaciones en ciencia y tecnología 1,2,3,4,5,6.
Los dispositivos más comunes para la alta tasa de producción de gotas son los mezcladores7 y los emulsionadores de ultrasonido8. Estos métodos son s....
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Protocolo
1. Hacer gotas simples
- Para hacer gotas simples, use una base de vidrio hecha con un portaobjetos de microscopio (76.2 mm x 25.4 mm) para construir el dispositivo. Esto permite un fácil transporte y visualización de los líquidos a través del vidrio.
- Use un capilar de vidrio redondo para la punta. Para este protocolo, utilice capilares redondos de 1 mm de diámetro (fácilmente disponibles en una amplia gama de tamaños).
- Para hacer una punta con el diámetro deseado, tire del capilar con una máquina de extracción de micropipetas hasta obtener dos medios capilares con una punta muy pequeña (~ 1 μm).
- Use una microtorra....
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Resultados
En este manuscrito, se han diseñado tres dispositivos diferentes para generar gotas. Hemos generado gotas con un tamaño de (3.29 ± 0.08) mm (Figura 4B) y (1.75 ± 0.04) mm (Figura 4C) utilizando el dispositivo descrito en el paso 1. Las gotas de emulsión se pueden generar utilizando el coflujo y los dispositivos de electroflujo. Para este último, mostramos el goteo en la Figura 9, mientras que los modos de chorro de cono y azote se m.......
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Discusión
El protocolo para fabricar tres dispositivos diferentes basados en vidrio se ha descrito anteriormente. En el caso del dispositivo para generar gotas simples, el caudal y las propiedades del líquido son cruciales para generar gotas de manera controlada. Las gotas se formarán en la punta en el régimen de goteo, o al final del chorro en el régimen de chorro. La transición del goteo al chorro está parametrizada por el número de Weber adimensional, We23. Este número representa la relación entre las fu.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Agradecemos a la ACS PRF (subvención 60302-UR9), Agrobio S.L. (contrato #311325), y MCIN/AEI/10.13039/501100011033/FEDER, UE (subvención No. PID2021-122369NB-I00).
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 2-[metoxi(polietilenoxi)6-9propil] trimetoxisilano. | Gelest | SIM6492.7 | |
| Baldosa cerámica | Sutter | CTS | |
| Etilenglicol | Fisher | BP230 | Estos se pueden encontrar en otras empresas como Sigma-Aldrich |
| Hexane | Sigma- Aldrich | 34859 | Disponible en otros proveedores |
| ITW Polymers Adhesives Devcon 5 Minute Epoxy Adhesive 25 mL Dev-Tube | Adhesivos Ellsworth | 470740 | |
| Microforge | Narishige | MF 830 | |
| Extractor de micropipetas | Sutter | P97 | |
| Portaobjetos de microscopio | Fisher | 12-544-1 | Disponible en otros proveedores |
| Aguja 20 Calibre, .0255" ID, .0355" OD, 1/2" de largo | McMaster | 75165A677 | |
| SDS | Sigma-aldrich | 428015 | Surfactante |
| Silicona aceite | Clearco | PSF-10cSt | El número de catálogo corresponde al aceite de viscosidad 10cSt. En esta empresa se pueden encontrar aceites de diferentes viscosidades |
| Span 80 | Fisher | S0060500G | tensioactivo no iónico |
| Capilar de vidrio cuadrado de 2 mm de diámetro interno (borosilicato de 300 o 600 mm de largo) | VitroCom | S 102 | |
| Capilares de vidrio estándar, 6 pulg., 2 / 1,12 OD/ID | Instrumentos de precisión mundial | 1B200-6 | Estos se pueden encontrar en otras empresas como Sutter o Vitrocom |
| Bomba de | jeringaChemyx | FUSION 100-X | Este modelo tiene una buena relación calidad/precio |
| Jeringas (dependerá de la compatibilidad con los líquidos) | El | dependerá del tamaño | |
| Trimetoxi(octil)silano | Sigma- Aldrich | 376221 | Disponible en otros proveedores |
| Tubos (dependerá de la compatibilidad con los líquidos) | Productos científicos | BB3165-PE/5 | Esta referencia es para micro tubos de polietileno. El tamaño se ajusta al tamaño de la aguja que se indica aquí |
Referencias
- Basaran, O. A. Small-scale free surface flows with break-up: drop formation and emerging applications. American Institute of Chemical Engineers. 48 (9), 1842-1848 (2004).
- Squires, T. M., Quake, S. R. Microfluidics: Fluid physics at the....
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Reimpresiones y permisos
