ここでは、制御された滴サイズを有する高度に単分散エマルジョンを生成するために使用されるガラスベースのマイクロ流体デバイスを製造するためのプロトコルが提示される。
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この記事について
サマリー
要約
この原稿では、ガラスベースのマイクロ流体を使用して高度に単分散のエマルジョン滴を生成するための3つの異なる段階的なプロトコルが説明されています。最初の装置は、重力によって駆動される単純な滴を生成するために構築されています。第2の装置は、コフロースキームでエマルジョン滴を生成するように設計されている。第3の装置は、電気グランドとして作用する第3の液体を添加したコフロー装置の延長であり、続いて排出される帯電滴の形成を可能にする。このセットアップでは、3つの液体のうち2つは、かなりの電気伝導率を有する。第3の液体はこれら2つの間を媒介し、誘電体である。2つの導電性液体間に印加される電圧差は、コフローする液体の流体力学的応力と結合する電界を生成し、ジェットおよびドロップ形成プロセスに影響を与えます。電界の追加は、単純なコフロー装置よりも小さな滴を生成し、広範囲のサイズの粒子および繊維を生成するための経路を提供する。
概要
ミクロンおよびナノスケールで狭いサイズ分布で制御された滴の生成は困難な作業です。これらの滴は、科学技術1,2,3,4,5,6における多くの用途を有する軟質材料の工学にとって興味深いものである。
滴の高い生成速度のための最も一般的な装置は、ミキサー7 および超音波乳化器8である。これらの方法は簡単で低コストですが、通常、幅広いサイズの多分散ドロップをもたらします。したがって、単分散サンプルを製造するには追加のステップが必要です。マイクロ流体デバイスは、落下形成の効率的な方法を提供するために、異なる方法で設計することができます。さらに、通常低流量(すなわち、低いレイノルズ数)により、流体の流れを大幅に制御できます。
マイクロ流体デバイスは、一般的にポリ(ジメチル)シロキサン(PDMS)を用いたリソグラフィ技術を使用して製造されるが、この原稿....
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プロトコル
1.簡単な滴を作る
- 簡単な滴を作るには、顕微鏡スライド(76.2 mm x 25.4 mm)で作られたガラスベースを使用してデバイスを構築します。これにより、ガラスを通して液体を簡単に輸送および視覚化できます。
- 先端には丸いガラスの毛細血管を使用してください。このプロトコルでは、直径1mmの丸い毛細血管(幅広いサイズで容易に入手可能)を使用してください。
- 所望の直径の先端を作るには、非常に小さな先端(〜1μm)を有する2つの半分の毛細血管が得られるまで、マイクロピペット引抜機を用いて毛細血管を引っ張る。
- マイクロフォージを使用して、先端を所望の直径(2〜80μm)に切断する。より大きな直径(>80μm)の場合、マイクロフォージがこれらのサイズを切断しない場合は、セラミックタイルを使用してください。
注:目的の液体に応じて、液体が先端の外側に沿って登らないように、ガラスを処理する必要があります。
- 水性液体の場合は、先端の外側を疎水性にします。油性液体の場合、先端の外側が水と接触しているときは、先端の外側を親水性にします。ガラス処理については、ステップ 2.3 を参照してください。
- シリンジ針(20G)を使用して、液体をキャピラリーに導入しやすくします。カミソリの刃またはメスを使用して針の根元に、毛細血管の外径の大きさの穴を彫る。
- 針....
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結果
この原稿では、3つの異なる装置が滴を生成するように設計されています。ステップ1で説明したデバイスを使用して、(3.29 ± 0.08) mm(図4B)および(1.75 ± 0.04)mm(図4C)のサイズのドロップを生成しました。エマルジョン滴は、コフローおよびエレクトロコフロー装置を使用して生成することができる。後者の場合、図 9に滴下を示し、コーンジェットモードとホイップモードを 図10 と 図11にそれぞれ示します。 図9 にインナー液及びコレクタ液と同じ液体を用いた結果を示す。実験の目的がこれらの滴を集めることである場合、異なる導電性液体をコレクターとして使用する必要があり(詳細については18 を参照)、そうでなければ、滴は接触.......
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ディスカッション
3つの異なるガラスベースのデバイスを作製するためのプロトコルは、上記で説明されている。単純な液滴を生成する装置の場合、流量および液体特性は、制御された方法で滴を生成するために極めて重要である。滴は、滴下体制の先端、または噴射体制におけるジェットの終わりに形成される。滴下から噴出への移行は、無次元のウェーバー数We23によってパラメータ化されます。この数値は慣性力と表面張力の比を表し、 
ここでρは液体の密度、γ は界面張力、Qは流量、dは先端 の直径である。私たちが1<とき、滴り落ちが起こります。We > 1では、慣性力が先端の落下を保持する表面張力に打ち勝ち、ジェットが形成されます。最終的に、ジェット機はレイリー・プラトーの不安定性のために落下に壊れるでしょう。したがって、固定液体および実験セットアップの場合、流量は滴下から噴射への移行を制御するパラメータです。滴下レジームは、ほぼ単分散の滴を生じるという特徴.......
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開示事項
著者らは開示するものは何もありません。
謝辞
ACS PRF(助成金60302-UR9)、アグロビオS.L.(契約番号311325)、MCIN/AEI/10.13039/501100011033/FEDER、UE(助成金番号。PID2021-122369NB-I00)。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 2-[メトキシ(ポリエチレンオキシ)6-9プロピル]トリメトキシシラン。 | Gelest | SIM6492.7 | |
| セラミックタイル | サ | ッターCTS | |
| エチレングリコール | フィ | ッシャーBP230 | グマ-Aldrich |
| キサン | シグマ-Aldrich | 34859 | |
| ITWポリマー接着剤Devcon 5分エポキシ接着剤25mL Dev-Tube | エルスワース接着剤470740 | ||
| Microforge | Narishige | MF 830 | |
| マイクロピペット プーラー | サッター | P97 | |
| 顕微鏡スライド | フィッシャー | 12-544-1 | 他のベンダーで利用可能 |
| ニードル 20 ゲージ、.0255" ID、.0355" OD、1/2" ロング | マクマスター | 75165A677 | |
| SDS | シグマ-アルドリッチ | 428015 | 界面活性剤 |
| シリコーンオイル | Clearco | PSF-10cSt | カタログ番号は10cSt粘度オイルに対応しています。この会社では、さまざまな粘度のオイルを見つけることができます |
| スパン 80 | フィッシャー | S0060500G 非イオン性界面活性剤 | |
| 正方形ガラス キャピラリー 2mm ID (ホウケイ酸 300 または 600 mm 長) | VitroCom | S 102 | |
| 標準ガラス キャピラリー、6 インチ、2 / 1.12 OD/ID | ワールド精密機器 | 1B200-6 | これらは、Sutter や Vitrocom シ |
| リンジ ポンプ | などの他の会社で見つけることができますChemyx | FUSION 100-X | このモデルは、良質/価格比シ |
| リンジを持っています(それは液体との互換性に依存します) | フィッシャー | カタログ番号は、サイズに依存します | |
| トリメトキシ(オクチル)シラン | シグマ- アルドリッチ | 376221 | 他のベンダーで利用可能な |
| チューブ(それは液体との互換性に依存します) | 科学商品 | BB3165-PE/5 | このリファレンスは、ポリエチレンマイクロチューブ用です。サイズはここに記載されている針のサイズに合います |
参考文献
- 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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再版と許可
