Name: התקנים מבוססי זכוכית ליצירת טיפות ותחליבים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-04-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: למד כיצד לייצר התקנים מיקרופלואידיים מזכוכית ליצירת טיפות ותחליבים יציבים בגדלים מבוקרים. שיטה זו נגישה למתחילים ומאפשרת יישומים בתעשיות קוסמטיקה, מזון וחקלאות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

אנו מודים ל- ACS PRF (מענק 60302-UR9), אגרוביו ס.ל. (חוזה #311325), ו- MCIN / AEI / 10.13039 / 501100011033 / FEDER, UE (מענק מס '. PID2021-122369NB-I00).

<ol><li>Basaran, O. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small-scale+free+surface+flows+with+break-up%3A+drop+formation+and+emerging+applications%5BTitle%5D)+AND+%22American+Institute+of+Chemical+Engineers%22%5BJournal%5D)">Small-scale free surface flows with break-up: drop formation and emerging applications.</a> American Institute of Chemical Engineers. 48 (9), 1842-1848 (2004).</li>
<li>Squires, T. M., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidics%3A+Fluid+physics+at+the+nanoliter+scale%5BTitle%5D)+AND+%22Reviews+of+Modern+Physics%22%5BJournal%5D)">Microfluidics: Fluid physics at the nanoliter scale.</a> Reviews of Modern Physics. 77 (3), 977-1026 (2005).</li>
<li>Stone, H. A., Stroock, A. D., Adjari, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+Flows+in+Small+Devices%3A+Microfluidics+Toward+a+Lab-on-a-Chip%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Engineering Flows in Small Devices: Microfluidics Toward a Lab-on-a-Chip.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 36 (1), 381-411 (2004).</li>
<li>Gunther, A., Jensen, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiphase+microfluidics%3A+from+flow+characteristics+to+chemical+and+materials+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Multiphase microfluidics: from flow characteristics to chemical and materials synthesis.</a> Lab on a Chip. 6, 1487-1503 (2006).</li>
<li>Barrero, A., Loscertales, I. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-+and+Nanoparticles+via+Capillary+Flows%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Fluid+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Micro- and Nanoparticles via Capillary Flows.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 39, 89-106 (2007).</li>
<li>Clift, R., Grace, J. R., Weber, M. E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aClift%2C+R+%22Bubbles%2C+Drops%2C+and+Particles%22">Bubbles, Drops, and Particles</a>. , Dover Pubs. USA. (2005).</li>
<li>Othmer, K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOthmer%2C+K+%22Encyclopedia+of+Chemical+Technology.+4th+edition%22">Encyclopedia of Chemical Technology. 4th edition</a>. 9, John Wiley and sons. (1994).</li>
<li>Kentish, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+ultrasonics+for+nanoemulsion+preparation%5BTitle%5D)+AND+%22Innovative+Food+Science+%26+Emerging+Technologies%22%5BJournal%5D)">The use of ultrasonics for nanoemulsion preparation.</a> Innovative Food Science & Emerging Technologies. 9 (2), 170-175 (2008).</li>
<li>Kumar, A., Li, S., Cheng, C. M., Lee, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow-induced+phase+inversion+of+emulsions+in+tapered+microchannels%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Flow-induced phase inversion of emulsions in tapered microchannels.</a> Lab on a Chip. 16 (21), 4173-4180 (2016).</li>
<li>Atencia, J., Beebe, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+microfluidic+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Controlled microfluidic interfaces.</a> Nature. 437, 648-655 (2005).</li>
<li>Garstecki, P., Fuerstman, M. J., Stone, H. A., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+droplets+and+bubbles+in+a+microfluidic+T-junctions+scaling+and+mechanism+of+break-up%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Formation of droplets and bubbles in a microfluidic T-junctions scaling and mechanism of break-up.</a> Lab on a Chip. 6 (3), 437-446 (2006).</li>
<li>Utada, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monodisperse+Double+Emulsions+Generated+from+a+Microcapillary+Device%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Monodisperse Double Emulsions Generated from a Microcapillary Device.</a> Science. 308 (5721), 537-541 (2005).</li>
<li>Gañan-Calvo, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+Steady+Liquid+Microthreads+and+Micron-Sized+Monodisperse+Sprays+in+Gas+Streams%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Generation of Steady Liquid Microthreads and Micron-Sized Monodisperse Sprays in Gas Streams.</a> Physical Review Letters. 80 (2), 285-288 (1998).</li>
<li>Shah, R. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designer+emulsions+using+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Designer emulsions using microfluidics.</a> Materials Today. 11 (4), 18-27 (2008).</li>
<li>Taylor, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disintegration+of+water+drops+in+an+electric+field%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Royal+Society+A%2C+Mathematical%2C+Physical+and+Engineering+Sciences%22%5BJournal%5D)">Disintegration of water drops in an electric field.</a> Proceedings of the Royal Society A, Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 280 (1382), (1964).</li>
<li>Gundabala, V. R., Vilanova, N., Fernández-Nieves, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current-voltage+characteristic+of+electrospray+processes+in+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Current-voltage characteristic of electrospray processes in microfluidics.</a> Physical Review Letters. 105 (15), 154503(2010).</li>
<li>Guerrero, J., Rivero, J., Gundabala, V. R., Perez-Saborid, M., Fernández-Nieves, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whipping+of+electrified+liquid+jets%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Whipping of electrified liquid jets.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (38), 13763-13767 (2014).</li>
<li>Vilanova, N., Gundabala, V. R., Fernandez-Nieves, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drop+size+control+in+electro-coflow%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Drop size control in electro-coflow.</a> Applied Physics Letters. 99 (2), 021910(2011).</li>
<li>Cloupeau, M., Prunet-Foch, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrostatic+spraying+of+liquids%3A+Main+functioning+modes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electrostatics%22%5BJournal%5D)">Electrostatic spraying of liquids: Main functioning modes.</a> Journal of Electrostatics. 25 (2), 165-184 (1990).</li>
<li>Jaworek, A., Krupa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Main+modes+of+electrohydrodynamic+spraying+of+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22Third+International+Conference+on+Multiphase+Flow+ICMF%22%5BJournal%5D)">Main modes of electrohydrodynamic spraying of liquids.</a> Third International Conference on Multiphase Flow ICMF. , (1998).</li>
<li>Juraschek, R., Röllgen, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulsation+phenomena+during+electrospray+ionization%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Pulsation phenomena during electrospray ionization.</a> International Journal of Mass Spectrometry. 177 (1), 1-15 (1998).</li>
<li>Guerrero, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emission+modes+in+electro+co-flow%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+of+Fluids%22%5BJournal%5D)">Emission modes in electro co-flow.</a> Physics of Fluids. 31 (8), 082009(2019).</li>
<li>Utada, A. S., Fernández-Nieves, A., Stone, H. A., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dripping+to+jetting+transitions+in+coflowing+liquid+streams%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Dripping to jetting transitions in coflowing liquid streams.</a> Physical Review Letters. 99 (9), 094502(2007).</li>
<li>Castro-Hernández, E., Gundabala, V., Fernández-Nieves, A., Gordillo, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+the+drop+size+in+coflow+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Scaling the drop size in coflow experiments.</a> New Journal of Physics. 11, 075021(2009).</li>
<li>Godfray, H. C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Food+Security%3A+the+challenge+of+feeding+9+billion+people%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Food Security: the challenge of feeding 9 billion people.</a> Science. 327 (5967), New York, N.Y. 812-818 (2010).</li>
<li>Labbé, R., Gagnier, D., Kostic, A., Shipp, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+function+of+supplemental+foods+for+improved+crop+establishment+of+generalist+predators+Orius+insidiosus+and+Dicyphus+hesperus%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">The function of supplemental foods for improved crop establishment of generalist predators Orius insidiosus and Dicyphus hesperus.</a> Scientific Reports. 8 (1), 17790(2018).</li>
<li>Pilkington, L. J., Messelink, G., van Lenteren, J. C., Le Mottee, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((34%3BProtected+Biological+Control%26%2334%3B+-+Biological+pest+management+in+the+greenhouse+industry%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+Control%22%5BJournal%5D)">34;Protected Biological Control&#34; - Biological pest management in the greenhouse industry.</a> Biological Control. 52 (3), 216-220 (2010).</li>
<li>Benson, C. M., Labbe, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+the+Role+of+Supplemental+Foods+for+Improved+Greenhouse+Biological+Control%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+the+Entomological+Society+of+America%22%5BJournal%5D)">Exploring the Role of Supplemental Foods for Improved Greenhouse Biological Control.</a> Annals of the Entomological Society of America. 114 (3), 302-321 (2021).</li>
<li>Temiz, U., Öztürk, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Encapsulation+methods+and+use+in+animal+nutrition%5BTitle%5D)+AND+%22Selcuk+Journal+of+Agricultural+and+Food+Sciences%22%5BJournal%5D)">Encapsulation methods and use in animal nutrition.</a> Selcuk Journal of Agricultural and Food Sciences. 32 (3), 624-631 (2018).</li>
<li>Messelink, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Approaches+to+conserving+natural+enemy+populations+in+greenhouse+crops%3A+current+methods+and+future+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22BioControl%22%5BJournal%5D)">Approaches to conserving natural enemy populations in greenhouse crops: current methods and future prospects.</a> BioControl. 59, 377-393 (2014).</li>
<li>Muñoz-Cárdenas, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generalist+red+velvet+mite+predator+%28Balaustium+sp.%29+performs+better+on+a+mixed+diet%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+%26+Applied+Acarology%22%5BJournal%5D)">Generalist red velvet mite predator (Balaustium sp.) performs better on a mixed diet.</a> Experimental & Applied Acarology. 62 (1), 19-32 (2014).</li>
<li>van Lenteren, J. C., Bolckmans, K., Köhl, J., Ravensberg, W. J., Urbaneja, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+control+using+invertebrates+and+microorganisms%3A+plenty+of+new+opportunities%5BTitle%5D)+AND+%22BioControl%22%5BJournal%5D)">Biological control using invertebrates and microorganisms: plenty of new opportunities.</a> BioControl. 63, 39-59 (2018).</li>
<li>Urbaneja-Bernat, P., Alonso, M., Tena, A., Bolckmans, K., Urbaneja, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sugar+as+nutritional+supplement+for+the+zoophytophagous+predator+Nesidiocoris+tenuis%5BTitle%5D)+AND+%22BioControl%22%5BJournal%5D)">Sugar as nutritional supplement for the zoophytophagous predator Nesidiocoris tenuis.</a> BioControl. 58 (1), 57-64 (2013).</li>
<li>Vila, E., Cabello, T. Biosystems Engineering Applied to Greenhouse Pest Control. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aVila%2C+E+%22Biosystems+Engineering%3A+Biofactories+for+Food+Production+in+the+Century+XXI%22">Biosystems Engineering: Biofactories for Food Production in the Century XXI</a>. Guevara-Gonzalez, R., Torres-Pacheco, I. , Springer International Publishing. Switzerland, Cham. (2014).</li>
<li>Riudavets, J., Moerman, E., Vila, E. Implementation of Integrated Pest and Disease Management in Greenhouses: From Research to the Consumer. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRiudavets%2C+J+%22Integrated+Pest+and+Disease+Management+in+Greenhouse+Crops.+Plant+Pathology+in+the+21st+Century%22">Integrated Pest and Disease Management in Greenhouse Crops. Plant Pathology in the 21st Century</a>. LodovicaGullino, M., Albajes, R. C., Nicot, P. , Springer International Publishing. Switzerland, Cham. (2020).</li>
<li>Cohen, A. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCohen%2C+AC+%22Insect+diets%3A+Science+and+technology.+Second+edition%22">Insect diets: Science and technology. Second edition</a>. , Taylor & Francis Group, CRC Press. (2015).</li>
<li>Sullivan, M. T., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+feedback+in+microfluidic+flow-focusing+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society+A%3A+Mathematical%2C+Physical%2C+and+Engineering+Sciences%22%5BJournal%5D)">The role of feedback in microfluidic flow-focusing devices.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. 366 (1873), 2131-2143 (2008).</li>
<li>Shang, L., Cheng, Y., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+droplet+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Emerging droplet microfluidics.</a> Chemical Reviews. 117 (12), 7964-8040 (2017).</li>
<li>Christopher, G. F., Anna, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+methods+for+generating+continuous+droplet+streams%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Microfluidic methods for generating continuous droplet streams.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 40 (19), 319(2007).</li>
<li>Nunes, J. K., Tsai, S. S., Wan, J., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dripping+and+jetting+in+microfluidic+multiphase+flows+applied+to+particle+and+fiber+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Dripping and jetting in microfluidic multiphase flows applied to particle and fiber synthesis.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 46 (11), 114002(2013).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

הפרוטוקול לייצור שלושה התקנים שונים מבוססי זכוכית תואר לעיל. במקרה של המכשיר כדי ליצור נפילות פשוטות, קצב הזרימה ותכונות הנוזלים חיוניים ליצירת טיפות באופן מבוקר. טיפות ייווצרו בקצה משטר הטפטוף, או בסוף המטוס במשטר הסילון. המעבר מטפטוף לסילון הוא פרמטריזציה על ידי מספר וובר חסר הממדים, We23. מספר זה מייצג את היחס בין כוחות אינרציאליים לכוחות מתח פני השטח, <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/63376/63376eq01.jpg">), כאשר ρ הוא צפיפות הנוזל, γ הוא המתח הבין-פרצופי, Q הוא קצב הזרימה<...

ייצור מבוקר של טיפות בקנה מידה זעיר וננומטרי עם התפלגות גודל צרה היא משימה מאתגרת. טיפות אלה מעניינות את ההנדסה של חומרים רכים עם יישומים רבים במדע וטכנולוגיה 1,2,3,4,4,5,6.
המכשירים הנפוצים ביותר לשיעור הייצור הגבוה של טיפות הם מיקסרים7 ותחליבי אולטרסאונד8. שיטות אלה הן פשוטות ובעלות נמוכה, אך הן בדרך כלל גורמות לטיפות פולידיספרזה עם מגוון רחב של גדלים. לפיכך, נדרשים צעדים נוספים כדי לייצר דגימות מונודיספרזה. ניתן לתכנן התקנים מיקרופלואידיים באופן שונה כדי לספק דרך יעילה להפיל היווצרות. בנוסף, קצבי הזרימה הנמוכים בדרך כלל המעורבים (כלומר, מספר ריינולדס נמוך) מאפשרים שליטה רבה על זרימת הנוזל.
בעוד שהתקנים מיקרופלואידיים מיוצרים בדרך כלל באמצעות טכניקות ליתוגרפיות עם פולי(דימתיל) סילוקסן (PDMS), כתב יד זה מתמקד בהתקנים נימיים מבוססי זכוכית. התקני PDMS נבחרים בדרך כלל בשל יכולתם לתכנן תבניות ערוצים מורכבות ובגלל מדרגיותם. מכשירי זכוכית, לעומת זאת, הם קשיחים ובעלי עמידות ממסים גדולה יותר ממקביליהם ב- PDMS. בנוסף, ניתן לשנות זכוכית כדי לשנות את יציבות הרטיבות שלה, המאפשרת שליטה בדור של תחליבים מורכבים. היכולת לטפל באופן עצמאי בקירות הזרבובית והתעלה מאפשרת היווצרות של טיפות באופן מבוקר וניתן לשחזור, תוך הבטחת היציבות של האמולסיות המתקבלות אם הטיפות היו נוגעות בקירות9; אחרת הטיפות עלולות להתלכד ולהצטבר בקיר. הבדל נוסף בין שני סוגי ההתקנים הללו הוא שבהתקנים מבוססי זכוכית, הזרימה היא תלת-ממדית, בעוד שהיא מישורית בהתקני PDMS קונבנציונליים. עובדה זו ממזערת את המגע טיפתי עם דפנות הערוץ, כך שניתן להזניח את השפעת קווי המגע10, ובכך להגן על היציבות של טיפות תחליב מרובות.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63376/63376fig01.jpg"> איור 1: תצורות שונות של התקנים מיקרופלואידיים. שרטוטים של (A) צומת T, (B) התקן coflowing ו-(C) התקן ממוקד זרימה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63376/63376fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.</a>
ישנן שלוש גיאומטריות עיקריות בשימוש, כלומר T-צומת11, מיקוד זרימה12,13, ו coflow14. בגאומטריה של צומת T, הפאזה המפוזרת הכלולה בתעלה ניצבת מצטלבת בניצב עם הערוץ הראשי המאכלס את הפאזה הרציפה. לחץ הגזירה המופעל על ידי השלב הרציף שובר את הנוזל המפוזר הנכנס וכתוצאה מכך יורד. הטיפות הנוצרות מוגבלות בגודלן הנמוך יותר על ידי מידות הערוץ הראשי11. בגאומטריה של מיקוד הזרימה, שני הנוזלים נדחפים דרך פתח קטן הממוקם מול צינור ההזרקה. התוצאה היא היווצרות של סילון, שהוא הרבה יותר קטן מצינור ההזרקה12,13. לבסוף, לגיאומטריית הקו-זרימה יש תצורה המאופיינת בזרימה קואקסיאלית של שני נוזלים בלתי ניתנים להפרדה14. באופן כללי, ניתן לצפות בטפטוף ובטיסה בהתאם לתנאי ההפעלה. משטר הטפטוף מתרחש בקצבי זרימה נמוכים והטיפות המתקבלות הן חד-ממדיות מאוד וקוטרן פרופורציונלי לגודל הקצה. החיסרון הוא תדירות הייצור הנמוכה שלה. משטר הסילון מתרחש בקצבי זרימה גבוהים יותר בהשוואה למשטר הטפטוף. במקרה זה, קוטר הצניחה הוא ביחס ישר לקוטר הסילון אשר יכול להיות קטן בהרבה מקוטר הקצה בתנאים הנכונים.
חלופה לגישות הידרודינמיות אלה מסתמכת על שימוש נוסף בכוחות חשמליים. Electrospray היא טכניקה ידועה ונפוצה ליצירת טיפות. הוא מבוסס על העיקרון שנוזל בעל מוליכות חשמלית סופית יתעוות בנוכחות שדה חשמלי חזק. הנוזל יאמץ בסופו של דבר צורה חרוטית הנובעת מהאיזון בין מתח חשמלי למתח פני השטח15. התהליך מתחיל בכך שהשדה החשמלי גורם לזרם חשמלי בנוזל שגורם למטענים להצטבר על פני השטח. נוכחות השדה החשמלי גורמת לכוח חשמלי במטענים אלה, אשר גורר את הנוזל לאורך, ומאריך את המניסקוס לכיוון השדה. בתנאים שונים, המניסקוס יכול להשיל את הטיפות הטעונות או לפלוט סילון אחד או יותר אשר לאחר מכן לפרוץ לטיפות15. למרות ששיטות מיקרופלואידיות אלה בסיוע חשמלי מאפשרות באופן טבעי יצירת טיפות קטנות, הן סובלות מהיעדר פעולה במצב יציב הפוגעת במונודיספריות האמולסיה. הטיפות הטעונות המתקבלות נוטות לפרוק על הקירות המגבילים ו/או בכל מקום במכשיר שבו הפוטנציאל החשמלי נמוך מהמתח החיצוני המוטל. לפיכך, המניסקוס המחושמל הופך לבלתי יציב, ובסופו של דבר פולט טיפות בצורה כאוטית וגורם לייצורן הבלתי מבוקר ולאובדן המונודיספרסיות הבלתי מבוקרת שלהן.
ב- electro-coflow, הלחצים החשמליים וההידרודינמיים מצומדים בהתקן מיקרופלואידי של coflow16 הדומה לזה המשמש ליצירת תחליבים כפולים12. שתי תכונות עיקריות מאפשרות לאלקטרו-קו-זרימה להצליח להגיע למשטר פליטה במצב יציב: (i) הפאזה המפוזרת נפלטת לנוזל צמיג אחר, ו-(2) שימוש באלקטרודה נגדית נוזלית או בקרקע. נוזל חיצוני זורם הוכיח את עצמו כמשנים את התכונות הגיאומטריות של תהליך פליטת הטיפה17. אלקטרודת הנגד הנוזלית מאפשרת פריקה ומיצוי של הטיפות המתקבלות, ומבטיחה יצירת מצב יציב של טיפות. בנוסף, על ידי ניצול האיזון בין הכוחות החשמליים וההידרודינמיים, גדלי הירידה המתקבלים יכולים להשתנות בטווח רחב יותר מהגדלים שניתן לכסות על ידי כל אחת מהטכניקות שהוזכרו קודם לכן.
פרוטוקול וידאו מפורט זה נועד לסייע למתרגלים חדשים בשימוש וייצור של מיקרופלואידיקה מבוססת זכוכית.

<table><tbody><tr><td>2-[מתוקסי (פוליאתילן)6-9פרופיל] טרימתוקסילן.</td><td>ג'לסט</td><td>SIM6492.7</td><td></td></tr><tr><td>אריחי קרמיקה</td><td>סאטר</td><td>CTS</td><td></td></tr><tr><td>אתילן גליקול</td><td>פישר</td><td>BP230</td><td>ניתן למצוא אותם בחברות אחרות כמו Sigma-Aldrich</td></tr><tr><td>Hexane</td><td>Sigma- Aldrich</td><td>34859</td><td>זמין אצל ספקים אחרים</td></tr><tr><td>דבקי ITW Polymers Devcon דבק אפוקסי 5 דקות 25 מ"ל דבקי Dev-Tube</td><td>Ellsworth</td><td>470740</td><td></td></tr><tr><td>Microforge</td><td>Narishige</td><td>MF 830</td><td></td></tr><tr><td>חולץ מיקרופיפטה</td><td>Sutter</td><td>P97</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוסקופ שקופיות</td><td>פישר</td><td>12-544-1</td><td>זמין אצל ספקים אחרים</td></tr><tr><td>מחט 20 מד, .0255 אינץ' ID, .0355 אינץ' OD, 1/2 אינץ' ארוך</td><td>McMaster</td><td>75165A677</td><td></td></tr><tr><td>SDS</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>428015</td><td>סיליקון פעילי שטח</td></tr><tr><td> שמן</td><td>Clearco</td><td>PSF-10cSt</td><td>המספר הקטלוגי תואם לשמן צמיגות 10cSt. ניתן למצוא שמני צמיגות שונים בחברה זו</td></tr><tr><td>Span 80</td><td>Fisher</td><td>S0060500G</td><td>פעילי שטח לא יוניים</td></tr><tr><td>נימי זכוכית מרובעים 2 מ"מ ID (בורוסיליט באורך 300 או 600 מ"מ)</td> <td>VitroCom</td><td>S 102</td><td></td></tr><tr><td>נימי זכוכית סטנדרטיים, 6 אינץ', 2 / 1.12 OD / ID</td><td>מכשירי דיוק עולמיים</td><td>1B200-6</td><td>ניתן למצוא אותם בחברות אחרות כמו משאבת</td></tr> <tr><td></td><td>מזרק Sutter או VitrocomChemyx</td><td>FUSION 100-X</td><td>לדגם זה יש יחס איכות/מחיר טוב</td></tr><tr><td>מזרקים (זה יהיה תלוי בתאימות לנוזלים)</td><td>מספר הקטלוג</td>של <td>פישר</td><td></td> יהיה תלוי בגודל</tr><tr><td>Trimethoxy(octyl)silane</td><td>Sigma- Aldrich</td><td>376221</td><td>זמין אצל ספקים אחרים</td></tr><tr><td>צינורות (זה יהיה תלוי בתאימות לנוזלים)סחורות מדעיות</td><td></td> <td>BB3165-PE/5</td><td>התייחסות זו מיועדת לצינורות מיקרו מפוליאתילן. הגודל מתאים לגודל המחט המפורט כאן</td></tr></tbody></table>

התקנים מבוססי זכוכית ליצירת טיפות ותחליבים

Glass-Based Devices to Generate Drops and Emulsions

בכתב יד זה מתוארים שלושה פרוטוקולים שונים שלב אחר שלב ליצירת טיפות תחליב חד-ממדיות מאוד באמצעות מיקרופלואידיקה מבוססת זכוכית. המכשיר הראשון בנוי ליצירת טיפות פשוטות המונעות על ידי כוח הכבידה. המכשיר השני נועד ליצור טיפות תחליב בסכמת זרימה משותפת. המכשיר השלישי הוא הרחבה של התקן coflowing עם תוספת של נוזל שלישי הפועל כקרקע חשמלית, המאפשר היווצרות של טיפות חשמליות כי לאחר מכן לפרוק. במערך זה, לשניים משלושת הנוזלים יש מוליכות חשמלית ניכרת. הנוזל השלישי מתווך בין שני אלה והוא דיאלקטרי. הפרש מתח המופעל בין שני הנוזלים המוליכים יוצר שדה חשמלי המשתלב עם לחצים הידרודינמיים של הנוזלים הזורמים, ומשפיע על תהליך היווצרות הסילון והישורה. התוספת של השדה החשמלי מספקת נתיב ליצירת טיפות קטנות יותר מאשר בהתקני coflow פשוטים וליצירת חלקיקים וסיבים עם מגוון רחב של גדלים.

בכתב יד זה תוכננו שלושה מכשירים שונים ליצירת טיפות. יצרנו טיפות בגודל של (3.29 ± 0.08) מ"מ (איור 4B) ו-(1.75 ± 0.04) מ"מ (איור 4C) באמצעות המכשיר המתואר בשלב 1. ניתן ליצור את טיפות האמולסיה באמצעות הקו-זרימה והתקני האלקטרו-קו-זרימה. עבור האחרונים, אנו מראים טפטוף באיור 9, בעוד שמצבי סילון-סילון-חרוט והצלפה מוצגים באיור 10 ובאיור 11, בהתאמה. באיור 9</str...

כאן, מוצג פרוטוקול לייצור התקנים מיקרופלואידיים מבוססי זכוכית המשמשים ליצירת תחליבי מונודיספראז גבוהים עם גודל טיפה מבוקר.

In this manuscript, three different step-by-step protocols to generate highly monodisperse emulsion drops using glass-based microfluidics are described. ...

פרוטוקול זה מתאר כיצד לייצר התקנים מיקרופלואידיים מבוססי זכוכית בפירוט. מעקב אחר פרוטוקול זה יאפשר לכל מי שאין לו ניסיון לבנות ולהשתמש במכשירים אלה. בעזרת זכוכית, אנו יכולים בקלות להפוך משטחים הידרופוביים או הידרופיליים ובכך להפוך התקנים מבוססי זכוכית לאטרקטיביים ליצירת טיפות תחליב יציבות.ישנם יישומים מרובים עבור טיפות ותחליבים בתחומים מגוונים כמו קוסמטיקה, תעשיית המזון ואספקת תרופות. בכתב יד זה נדגיש מעט יותר את השימוש בהם בחקלאות אינטנסיבית. אנו ממליצים להיות סבלניים בכל שלב.כמו כן בדקו שהקצה נקי ולא שבור. אל תמתין עד להשלמת ההתקן כדי לבדוק אותם. להכנת טיפות פשוטות, השתמש בבסיס זכוכית המיוצר עם שקופית מיקרוסקופ כדי לבנות את המכשיר.עבור הקצה, השתמש נימי זכוכית עגולים בקוטר מילימטר אחד. לאחר מכן, השתמש במחט מזרק 20 מדים כדי להקל על החדרת הנוזל לתוך הנימים. באמצעות סכין גילוח או אזמל, לגלף חור השווה לגודל הקוטר החיצוני של הנימים בבסיס המחט.יש לשטוף את המחט במים כדי להסיר את כל האבק והסיבים מהחיתוך ולאפשר למחט להתייבש באוויר. כדי להרכיב את המכשיר, הדביקו את הנימים העגולים לשקופית המיקרוסקופ על ידי הצבת קצה הנימים סנטימטר עד שני סנטימטרים מחוץ לקצה שקופית המיקרוסקופ והוספת גוש של אפוקסי במרכז הנימים כך שלא יפריע לשדה הראייה או למחט המזרק. לאחר מכן, מניחים את מחט המזרק כך שקצה הנימים יושב במרכז המחט ומניחים כמות קטנה של אפוקסי מוקשה סביב השפה בתחתית המחט.לאחר מספר דקות, להחיל את השכבה השנייה של אפוקסי טרי, מכסה את בסיס המחט ולהימנע מהחור. לאחר מכן, כסו את החור באפוקסי מוקשה כדי למנוע מהאפוקסי לזרום בתוך המחטים. ליצירת טיפות, מקם את המכשיר במצב אנכי באמצעות מהדק כך שהקצה פונה כלפי מטה כמו ברז מטבח.השתמש במשאבת מזרק או בהתקנה מונעת לחץ כדי לשאוב את הנוזל לתוך המכשיר. להכנת טיפות תחליב, השתמש בנימי נימים מרובעים באורך חמישה סנטימטרים עבור הנוזל החיצוני ונימי עגול בקוטר מילימטר אחד. ודא שאורך הנימי העגול ארוך בכמה סנטימטרים מהנימי המרובע.התאימו את הקוטר החיצוני של הנימים העגולים לגודל הפנימי של הנימים המרובעים כדי להבטיח ששני הנימים מיושרים באופן קואקסיאלי. לאחר מכן, כדי להרכיב את המכשיר, הדביקו את הנימים המרובעים לשקופית המיקרוסקופ על ידי הצבת קצה הנימים סנטימטר עד שני סנטימטרים מחוץ לקצה שקופית המיקרוסקופ והחלת גוש אפוקסי במרכז הנימים. המתן עד שהאפוקסי ירפא לחלוטין.לאחר מכן, הכנס את הנימי העגול לתוך הנימי הריבוע כך שהקצה של הנימי העגול על המגלשה הוא כמה סנטימטרים מקצה הנימים המרובעים. הקצה השני של הנימי העגול שנמצא בתוך הנימים המרובעים צריך להיות במרחק השווה בערך לקוטר הנימים העגולים מקצה הנימים המרובעים. הדביקו את הנימים העגולים באמצעות גוש של אפוקסיה באמצע המרחק שבין סוף הנימים העגולים לתחילת הנימים המרובעים והמתינו עד שהאפוקסי ירפא לחלוטין.כדי לשכן את הנימים בבסיס המחט, גלפו חור בבסיס הכובע העגול שהוא בגודל הקוטר החיצוני של הנימים. לאחר מכן, כדי להתאים את המחט השנייה בקצה הנימים המרובעים, גילפו חור עגול ומרובע בבסיס המחט כדי להכיל את המפרק. לאחר החיתוך, לשטוף את המחטים עם מים ולתת להם אוויר יבש.לאחר מכן הדביקו אותם כפי שהוכח קודם לכן. כדי לבנות את המכשיר המיקרופלואידי, חתכו שתי חתיכות קטנות של מגלשה והשתמשו באפוקסי, הדביקו אותן לשתי שקופיות מיקרוסקופיות כדי לשמור על השקופיות יחד. המתן עד שהאפוקסי ירפא לחלוטין.באמצעות סופר יהלום, חותכים את הנימים המרובעים לאורך של כארבעה סנטימטרים. השתמש בנימי הריבוע עם צד פנימי התואם את הקוטר החיצוני של הנימים העגולים כדי ליישר את הנימים באופן קואקסיאלי. עבור פרוטוקול זה, השתמש בנימי צד של שני מילימטרים.לאחר מכן, באמצעות מכונת משיכת פיפטה, משכו נימים עגולים כדי להשיג שני נימים למחצה עם קצה דק. לאחר מכן, באמצעות מיקרו לזייף, לחתוך את קצהו של אחד מחצי הנימים לקוטר הרצוי. כדי להשתמש במחצית השנייה כנימי אספן, חתכו את הקצה המשוך כך שהקצוות השטוחים המקוריים יתאוששו.הדביקו את הנימים המרובעים לשקופיות. אין לשים את הנימים באמצע השקופיות מכיוון שהמפרקים של השקופיות לא צריכים להיות באזור הצפייה. לאחר מכן, הניחו את נימי הקצה והאספן בתוך הנימים המרובעים במרחק של כשני מילימטרים זה מזה.כדי להימנע מהמפרק, מניחים את הקצוות של נימי הקצה והאספן באותו צד. כדי לייצר חיבורים לקצוות הפתוחים של הנימים, הניחו ארבע מחטים המכסות את הקצוות הללו והדביקו את המחטים כפי שהוכח קודם לכן. כדי לבדוק אם יש במכשיר דליפות, סגרו שתיים מהמחטים באמצעות פיסת צינורות מכופפת המוחזקת על ידי קליפס קלסר.לאחר מכן, באמצעות מזרק, לשאוב באופן ידני מים שעברו דה-יוניזציה לתוך המכשיר דרך אחת המחטים באמצעות המחט האחרונה כיציאה. אם לא נצפו דליפות, שאבו את המים דרך המחט הבאה וחזרו על התהליך עבור כל ארבע המחטים. אם נמצאה דליפה, יש לייבש היטב את המכשיר, למרוח אפוקסי ולהמתין שעה לפני הבדיקה שוב.לאחר שאישרו שאין דליפה, מלאו את המכשיר בנוזל ניסיוני והסירו בועות אוויר. לאחר מכן חברו את הנוזל הפנימי או מזרק הפאזה המפוזר למחט אחת, את הנוזל החיצוני או את הפאזה הרציפה למחט שתיים, ואת נוזל הקולט או את אלקטרודת הנגד למחט ארבע. מחט שלוש היא ליציאה.לבסוף, חברו את אספקת החשמל למחטים המזינות את הנוזלים הפנימיים והאסופים כדי ליצור הבדל פוטנציאלי בין הקצה לנוזל הקולט. במחקר זה, כ-3.3 מילימטר טיפות שמן סיליקון נוצרו באמצעות קצה של 580 מיקרומטר. וטיפות של 1.75 מילימטר נוצרו באמצעות קצה של 86 מיקרומטר.בנוסף, טיפות תחליב נוצרו באמצעות התקני זרימה אלקטרו-קו-קולית במצבי טפטוף, סילון חרוט והצלפה. בתוצאות אלה, אותו נוזל משמש כנוזלים פנימיים ואסופים. עם זאת, אם מטרת הניסויים היא איסוף טיפות אלה, נוזל מוליך אחר צריך לשמש כאספן.היו סבלניים והמתינו עד שהאפוקסי יתרפא. אם הוא נרטב, הוא לעולם לא יתייבש ותצטרך להתחיל את כל ההליך שוב. ניתן ליצור תחליבים מרובים באמצעות שילובים של מיקוד זרימה בסדרת שיימינג.כל סכימה נוספת תוסיף מעטפת לירידת התנועה. ניתן גם להשתמש במקטעי מיקוד זרימה.

glass-based-devices-to-generate-drops-and-emulsions

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

Droplet מבוססי פלטפורמות microfluidic הם המועמדים המבטיחים לניסויים תפוקה גבוהה שכן הם מסוגלים להפיק, picoliter עצמית מידור כלי ובזול בשיעורים קילוהרץ. באמצעות שילוב עם מהירות, רגישות גבוהה שיטות ספקטרוסקופיות ברזולוציה פלואורסצנטי, כמויות גדולות של מידע שנוצר בתוך מערכות אלה ניתן לחלץ ביעילות, לרתום ולנצל אותו.

שיטות גילוי הקרינה לפלטפורמות אגל microfluidic

השפעת הירידה של נוזלים שאינם הניוטונית היא תהליך מורכב שכן פרמטרים פיזיים שונים להשפיע על הדינמיקה לאורך זמן קצר מאוד (פחות מעשירית מאלפית שני). טכניקת הדמיה מהר הוא הציג במטרה לאפיין את התנהגויות ההשפעה של נוזלים שאינם הניוטונית שונים.

טכניקת הדמיה מהירה ללמוד טיפת השפעת דינמיקה של נוזלים ללא הניוטונית

יצירת תחליבים כפולים מיקרופלואידיים כוללת בדרך כלל מכשירים עם יכולת הרטבה מעוצבת או רכיבי זכוכית בהתאמה אישית. כאן אנו מתארים את הייצור והבדיקה של מחולל תחליב כפול שכולו פולידימתילסילוקסן (PDMS) שאינו דורש טיפול פני שטח או תהליכי ייצור מסובכים, ומסוגל לייצר תחליבים כפולים עד 14 מיקרומטר.

זוגי אמולסיה דור שימוש בהתקן זרימת פוקוס Co-הצירית polydimethylsiloxane (PDMS)

כאן, אנו מדגימים שיטת ייצור פשוטה עבור מיקרו-טיפות מים בשמן (W/O) הניתנות לשליטה בגודל, חד-פיזוריות, באמצעות מכשיר מיקרופלואידיקה צנטריפוגלי מבוסס נימים. שיטה זו דורשת נפח דגימה קטן בלבד ומאפשרת ייצור בתפוקה גבוהה. אנו מצפים ששיטה זו תהיה שימושית לניתוחים ביוכימיים ותאים מהירים.

נימים מבוססות מכשיר microfluidic צנטריפוגלי עבור גיבוש גודל לשליטה של ​​Monodisperse microdroplets

ההרכבה והמיקום של הציר המיטוטי תלויים בכוחות המשולבים הנוצרים על ידי דינמיקת מיקרו-צינורות, חלבונים מוטוריים ומקשרים צולבים. כאן אנו מציגים את השיטות שפותחו לאחרונה בהן הכליאה הגיאומטרית של טיפות אמולסיה כדוריות משמשת לבנייה מחדש מלמטה למעלה של צירים מיטוטיים בסיסיים.

כינון צירי mitotic הבסיסי בטיפות אמולסיה שסתומים

מערכות התגובה מעבדה-ב--שחרור מאפשרים יישום רב תכליתי של תגובות מורכבות בקנה מידה microfluidic. פלטפורמה הופעה אוטומטית של מטריצה 3 x 3 של סלילים אלקטרומגנטיים פותחה נהגה בהצלחה מיזוג שני 10 µL microreactors, ובכך ליזום לתגובה אנזימטי של הקופה נוזלי המתקבל.

טיפות מימית משמש Microreactors אנזימטיות, הופעה אלקטרומגנטית שלהם

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להמחיש את תהליכי ייצור וניסויים אימות של semi-three-dimensional (למחצה 3D) מיקוד זרימת microfluidic שבב על היווצרות droplet.

דור של פולי שבשליטת גודל (אתילן גליקול) Diacrylate טיפות דרך דו-תלת-ממדי לזרום התמקדות Microfluidic מכשירים

שלב-היפוך זרימה ושיתוף התקן הוא הפגין ליצירת monodisperse טיפות צמיגות גבוהה מעל Pas 1, מה שקשה להבין ב מיקרופלואידיקה droplet.

בדיית טיפות צמיגות גבוהה באמצעות המכשיר נימי Microfluidic עם שלב-היפוך זרימה ושיתוף מבנה

המטרה הכוללת של הפרוטוקול היא להכין מעל 1,000,000 הורה, אחיד, יציב, ותואם ביולוגי טיפות של ליטר על 1 ס מ2 מצע מישורי שניתן להשתמש בו עבור סינתזה של חלבון תא ללא.

מערך מערכת Droplet ליטר ליצירת חלבון מקבילי בנפט ממולקולות דנ א יחיד

בדיקות טיפות מים בשמן שימושיות לכימיה אנליטית, התפתחות אנזימים וניתוח תאים בודדים, אך בדרך כלל דורשות מיקרופלואידיקה כדי ליצור את הטיפות. כאן, אנו מתארים תחליב בתבנית חלקיקים, גישה נטולת מיקרופלואידים לביצוע בדיקות טיפות.

תחליב בתבנית חלקיקים מאפשר בדיקות טיפות נטולות מיקרופלואידים

מאמר זה מתאר פרוטוקולים לייצור מיקרו-ג'ל ג'לטין מתקרילויל בתפוקה גבוהה באמצעות התקנים מיקרופלואידים, המרת מיקרו-ג'לים לאבקה מתרחפת (מיקרו-אירוג'לים), הרכבה כימית של מיקרו-ג'לים ליצירת פיגומי הידרוג'ל גרגיריים, ופיתוח ביו-דיו הידרוג'ל גרגירי עם מיקרו-נקבוביות משומרת להדפסה ביולוגית תלת-ממדית.

פיגומי הידרוג'ל גרגיריים מג'לטין מתקרילויל: ייצור מיקרוג'ל בתפוקה גבוהה, ליופיליזציה, הרכבה כימית והדפסה ביולוגית תלת-ממדית

למד כיצד לייצר התקנים מיקרופלואידיים מזכוכית ליצירת טיפות ותחליבים יציבים בגדלים מבוקרים. שיטה זו נגישה למתחילים ומאפשרת יישומים בתעשיות קוסמטיקה, מזון וחקלאות.

התקנים מבוססי זכוכית ליצירת טיפות ותחליבים

גלה סרטונים נוספים