Fabrication des gouttelettes de haute viscosité à l’aide de dispositif microfluidique à capillaire avec Structure de flux de co-inversion de Phase

L’objectif global de cette procédure est de générer des gouttelettes monodispersées à haute viscosité avec des viscosités supérieures à une seconde pascalaire et une phase continue à faible viscosité par inversion de phase dans un dispositif microfluidique simple à co-flux. Cette méthode peut résoudre le problème clé dans le domaine de la microfluidique des gouttelettes concernant la manipulation de fluides à haute viscosité inhérente, tels que les solutions de polymères à haute teneur en glycérol et les suspensions de nanoparticules. Le principal avantage de cette technique est qu’elle génère initialement des gouttelettes de faible viscosité qui sont plus faciles à former et à contrôler que les gouttelettes de haute viscosité.

La version de mise en phase ultérieure pour générer des gouttelettes à haute viscosité est induite lorsque les gouttelettes à faible viscosité s’écoulent à partir de la sortie d’une structure à co-flux. M. Zhongnan Li, un étudiant diplômé de l’Université Tsinghua, fera la démonstration de la procédure. Pour commencer à préparer l’appareil, utilisez un traceur en carbure de tungstène pour couper une longueur de trois centimètres d’un tube de verre rond d’un diamètre intérieur et extérieur de 580 micromètres et d’un millimètre respectivement.

Cela formera le tube central de l’appareil. Pour fabriquer le tube intérieur de l’appareil, coupez une longueur de deux centimètres d’un tube de verre rond d’un diamètre intérieur et extérieur de 200 et 330 micromètres respectivement. Placez un millilitre d’ODTS dans un tube à centrifuger de 1,5 millilitre.

Immergez une extrémité du tube central dans l’ODTS pendant 10 secondes. Ensuite, rincez le tube avec de l’azote gazeux à partir de l’extrémité non traitée jusqu’à ce que le tube soit sec. Ensuite, utilisez une lame pour couper une encoche de 0,5 millimètre sur 0,5 millimètre.

Sur le bord du moyeu Luer en plastique d’une aiguille émoussée d’un demi-pouce de calibre 20, découpez une encoche de 0,5 millimètre sur 0,5 millimètre et une encoche d’un millimètre sur un millimètre directement en face l’une de l’autre sur le moyeu d’une deuxième aiguille. Placez ensuite le tube central dans le sens de la longueur sur une lame de microscope en verre standard avec l’extrémité hydrophobe recouverte d’ODTS s’étendant d’environ un centimètre au-delà de l’extrémité étroite de la lame. Insérez la chambre à air dans l’extrémité non traitée du tube central en laissant environ un centimètre de la chambre à air à l’extérieur du tube central.

Utilisez de l’époxy pour fixer les tubes en place le long de la ligne centrale de la glissière. Pour de meilleures performances, ajustez la position de la chambre à air pour qu’elle soit à peu près concentrée sur le tube central. Une fois que l’époxy a pris, placez l’aiguille à encoche unique sur l’extrémité de la chambre à air afin que le tube s’insère dans l’encoche.

Fixez l’aiguille en place avec de l’époxy pour former l’entrée d’huile à faible viscosité. Fixez ensuite l’aiguille à double encoche sur la jonction entre les tubes intérieur et intermédiaire pour former l’entrée de la solution aqueuse à haute viscosité. Utilisez de l’époxy pour sceller les moyeux d’aiguille autour des tubes et sur le substrat en verre.

Pour vous assurer que l’aiguille d’entrée à haute viscosité repose fermement sur le substrat, insérez le tube central dans la grande encoche et le tube intérieur dans la petite encoche. Une fois l’époxy sec, installez un tube en polyéthylène de 20 millimètres de longueur avec un diamètre intérieur de 0,86 millimètre sur l’extrémité hydrophobe du tube central pour compléter l’appareil. Pour commencer le processus, prélevez 0,8 millilitre de glycérol teinté de colorant bleu dans une seringue d’un millilitre.

Prélevez 0,8 millilitre d’huile de paraffine légère dans une deuxième seringue d’un millilitre. Connectez la seringue de glycérol à l’entrée de la solution aqueuse à haute viscosité de l’appareil via un tube en polyéthylène d’un diamètre intérieur de 0,86 millimètre. Connectez la seringue de paraffine liquide à l’entrée d’huile à faible viscosité.

Montez les deux seringues sur des pousse-seringues. Ensuite, à l’aide d’une pince à deux doigts et d’un support de laboratoire, fixez l’appareil verticalement au-dessus d’une boîte de Pétri de 35 millimètres. Ajustez la position de l’appareil de sorte que l’extrémité du tube de sortie soit à environ deux millimètres au-dessus du fond de la parabole.

Versez suffisamment de paraffine liquide dans la boîte de Pétri pour immerger la sortie de l’appareil. Ajoutez la même quantité de paraffine liquide dans une deuxième boîte de Pétri de 35 millimètres. Réglez le débit de la pompe de la seringue de glycérol à deux microlitres par minute.

Réglez le débit de la pompe de seringue de paraffine liquide à six microlitres par minute. Faites fonctionner les deux pompes pour commencer à générer les gouttelettes de glycérol. Surveillez la génération de gouttelettes avec une caméra si vous le souhaitez.

Attendez environ une minute pour que les écoulements de glycérol et de paraffine liquide se stabilisent suffisamment pour former des gouttelettes de glycérol uniformes. Remplacez ensuite la boîte de Pétri sous la sortie de l’appareil par la deuxième boîte liquide remplie de paraffine pour recueillir les gouttelettes uniformes. Des gouttelettes de glycérol monodispersées ont été générées par des dispositifs à co-flux à inversion de phase avec des tubes centraux ayant des diamètres de 200 ou 500 micromètres.

Des gouttelettes monodispersées ont également été générées à partir d’autres fluides à haute viscosité, notamment du miel, une solution d’amidon et une solution d’alcool polyvinylique. Les gouttelettes de glycérol générées par l’appareil de 500 micromètres avec des débits d’huile et de glycérol de 30 et 10 microlitres par minute respectivement avaient un diamètre moyen de 521 micromètres. Les gouttelettes de glycérol générées par l’appareil de 200 micromètres aux mêmes débits avaient un diamètre moyen de 212 micromètres.

On a constaté que la taille des gouttelettes de glycérol changeait avec les variations du rapport entre le débit d’huile et le débit de glycérol. L’augmentation du débit d’huile tout en maintenant le débit de glycérol constant a entraîné une diminution de la taille des particules. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de fabriquer des gouttelettes monodispersées à haute viscosité avec un dispositif à co-flux à inversion de phase.

Contrairement aux dispositifs à coflux courants, vous n’avez pas besoin de réduire le capillaire intérieur en verre à une pointe pointue pour fabriquer le dispositif à coflux à inversion de phase. Le dispositif à co-flux à inversion de phase peut être utilisé pour générer des gouttelettes à haute viscosité avec des viscosités dynamiques allant jusqu’à 12 secondes pascales. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en 30 minutes si elle est bien exécutée.