Name: 位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 2 s
Description: 学ぶ 位相反転共同フロー構造を用いたマイクロ流体デバイスによる高粘度液滴の生成法。低粘度液滴から高粘度液滴を誘導し、グリセロールやポリマー溶液などの高粘度流体を均一サイズで作製できる技術です。

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この作品は、中国の国家自然科学基金 (51420105006, 51322501 番) によって支えられました。ダニエルは、高粘度のアイデアの彼の役に立つ議論を感謝いたします。

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位相反転共同フロー デバイスは、単分散高粘度液滴を生成するシンプルでストレート forward メソッドを提供します。このデバイスは、基本的な共同流れ構造成っているうち出口出口管に接続されている中央の管に挿入されるインナー チューブ共同流れの共通のデバイスに同じような構造です。ただし、粘性η > 1 Pa·s の高粘度液滴生成の位相反転共同フロー デバイスと共通の共同フロー デバイスの 2 つの主な違いがあります。
まず、一般的な共同フロー デバイス ストレート チューブを位相反転共同フロー デバイスで使用できますが、テーパ先端でインナー チューブが使用されます。テーパーの先端は通常は内径 = 20 μ m、外径 30 μ m1,8を = ピペット引き手はテーパーの先端に通常必要。位相反転共同フロー デバイスのラウンド ガラス チューブ内径 = 100-200 μ m はテーパーされているなしで直接使用できます。
<p class="jov...

液滴の生成はドラッグデリバリー、材料合成、3 D バイオプリンティング、細胞アッセイ、食品工学1,2,3、4などのアプリケーションのさまざまな重要な技術になって,5,6t 字路7、8、マイクロ流体デバイス共同フロー1,9、または10,11構造の流れ中心の径を生成に使用される広く。片面乳剤のしぶき。粘性の連続相の選択滴12の形成を促進し、両方連続で分散した流体の粘度は一般的液滴マイクロ130.1 Pa 以下。ただし、多くのアプリケーションで分散相があります粘度いくつかグリセロール14などの水の百倍以上ナノ粒子15、タンパク質16、またはポリマー17を含む溶液,18,19、高粘度流体の安定した政権11マイクロ流体デバイス、特に粘性η > 1 Pa·s14 の流体を滴下から直接単分散液滴を達成するために困難ですが、17,18,19。さらに、それは報告された13,18典型的なマイクロ液滴形成法が比較的低粘度で安定した滴り均一液滴を形成する適度な界面張力の流体を必要とすることをされています。政権。
粘度 0.1 Pa よりわずかに大きい分散相、典型的な t 字路、共同のフロー、またはマイクロ流体デバイスのフロー中心のしぶきの形成を容易にするいくつかのアプローチがあります: (1) 減少分散の粘度揮発性溶剤11,20; の希釈による相(2) 連続相1,11; の粘度を高めることによって分散-に連続粘度比を減少させる(3) 高分散した連続流量率比14,19を維持しながら、非常に低い値に分散相の流量を減少させます。ただし、これらのアプローチは彼らは揮発性の溶剤や連続相の消費を劇的に上げながら生産率を下げる大幅にはるかに高い粘度を持つ液体のための実用的ではありません。加えて、 η > 1 Pa·s による高粘度高分子溶液のいくつかまだを破壊しないこと液滴に17,19上記アプローチが報告されています。
容易に高粘度液滴生成システムに流体の第 3 段階を紹介するマイクロ流体デバイスのいくつかの改良設計もあります。技術革新を含める: 液滴21dipsersed 相と連続相18日の中間段階として導入、適度な粘度と不混和引率流体にジェッティング スレッドをカットする導入された気泡と2 低粘度前駆体21,22,23から高粘度液滴を生成する導入されたマイクロリアクター。ただし、1 つのより多くの液体は、プロセスに関与している、システムがより複雑になる、デバイスの通常単一エマルジョン液滴の生成の典型的なデバイスよりもはるかに狭い流領域で動作します。
Η > 1 Pa·s、表面制御位相反転方式と高粘度流体から直接水滴がされている単分散を生成するには、24を調べた。低粘度液滴の生成は高粘度液滴12のそれよりはるかに簡単、高粘度の連続相の細長い低粘度液滴がまず典型的な共同フロー構造を使用して生成されます、ため分割下流共同流れ構造の表面濡れ性の変化。位相反転が完了するようにリリースされた低粘度流体には液滴に下流の高粘度流体逆にカプセル化します。位相反転機構によると単分散高粘度液滴は共同流量装置の出口を低粘度液で湿らせたことを扱いより広いチューブ24 に接続しながら典型的な共同フロー デバイスに基づいて生成することができます。 ,25。

<table><tbody><tr><td>VitroTubes ガラス管</td><td>VitroCom</td><td>8240</td><td>Square - ミニチュア中空ガラス管、内径=0.4mm、外径=0.8mm</td></tr><tr><td>VitroTubes ガラス管</td><td>VitroCom</td><td>CV2033</td><td>丸型 - ミニチュア中空ガラス管、内径=0.2mm、外径=0.33mm</td></tr><tr><td>VitroTubes ガラス管</td><td>VitroCom</td><td>CV1017</td><td>丸型 - ミニチュア中空ガラス管、内径=0.1mm、外径=0.17mm</td></tr><tr><td>VitroTubes ガラス管</td><td>VitroCom</td><td>Q14606</td><td>正方形 - ミニチュア中空ガラス管、ID = 1.05mm + 0.1 / -0、OD = 1.5mm</td></tr><tr><td>標準ガラス毛細血管</td><td>WPI</td><td>1B100-6</td><td>ラウンド - ガラス管、ID = 0.58mm、OD = 1.00mm</td></tr><tr><td>グリセロール</td><td>Sinopharm化学試薬北京</td><td>10010618</td><td></td></tr><tr><td>パラフィン液体</td><td>Sinopharm化学試薬</td><td>30139828</td><td></td>北京</tr><tr><td>ポリ(ビニルアルコール)、PVA-124</td><td>Sinopharm 化学試薬北京</td><td>30153084</td><td></td></tr><tr><td>スパン 80</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>85548</td><td></td></tr><tr><td>デンプン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S9765</td><td></td></tr><tr><td>トリクロロ(オクタデシル)シラン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>104817</td><td></td></tr><tr><td>Toluidine Blue O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T3260</td><td></td></tr><tr><td>ハニー</td><td></td><td></td><td>貞淑な木の蜂蜜、共通スーパーマーケット</td></tr><tr><td>DEVCON 5 Minute Epoxy ITW</td><td>&nbsp;</td>から購入した食品<td></td><td>エポキシ接着剤</td></tr><tr><td>鈍い先端ステンレス鋼ディスペンシングニードル(ルアーロック)</td><td>蘇州蘭伯針、中国</td><td>LTA820050</td><td>20G x 1/2"&nbsp;</td></tr><tr><td>タングステン/カーバイドスクライバー</td><td>ウルマン</td><td>1830</td><td>ガラス管の切断用</td></tr><tr><td>顕微鏡スライド</td><td>セイル ブランド</td><td>7101</td><td>76.2 mm x 25.4 mm、厚さ 1 - 1.2 mm</td></tr><tr><td>ポリエチレンチューブ</td><td>科学商品</td><td>BB31695-PE/5</td><td>I.D. = 0.86 mm、O.D. = 1.32 mm</td></tr><tr><td>シリンジポンプ</td><td>ロングポンプ、中国</td><td>LSP01-1A</td><td>実験に必要なポンプ3</td></tr></tbody></table>台

位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴

Fabricating High-viscosity Droplets using Microfluidic Capillary Device with Phase-inversion Co-flow Structure

粘度の高い単分散液滴の生成液滴マイクロ流路中の挑戦をされている常に。ここでは、粘度の低い流体で均一の高粘度液滴を生成する位相反転共同フロー デバイスを示します。マイクロ流体キャピラリー デバイスより広いチューブに接続する出口と共通の共同フロー構造を持っています。低粘度流体の細長い水滴最初共同流れ構造の高粘度流体によってカプセル化されます。位相反転は後続の逆の結果、出口の先端に低粘度液滴付着によるを誘導し, 細長い低粘度液滴粘度の低い流体で接液するのに扱われます、出口を通過高粘度流体のカプセル化。結果高粘度液滴の大きさは、高粘度流体の低粘度流体の流れ率比を変更することによって調整できます。グリセリンや蜂蜜、澱粉、高分子溶液などの 11.9 Pas まで粘度高粘度液滴の生成のいくつかの典型的な例を示します。メソッドは、さまざまな材料の合成、ドラッグデリバリー、細胞アッセイ、バイオ エンジニア リング、食品などの液滴ベースのアプリケーションで使用されるかもしれない単分散高粘度液滴を生成するシンプルで簡単なアプローチを提供します。エンジニア リング。

図 1 aに示すように、位相反転、共同の流れ構造とマイクロ流体キャピラリー デバイスが単分散水溶液の高粘度液滴を生成する設計されました。図 1、高粘度の水性相はηwの粘度、グリセリン = 1.4 Pa低粘度油相はηoの粘度のある液体パラフィン 0.029 Pa を =2 つの段階間の表面張力は γ = 27.7 mN/m。中間チューブの細長い油滴カプセル化できる制御された滴るモード9,13, グリセロールによってグリセロールの粘度は流動パラフィンとキャピラリーの数字、 Ca よりもはるかに高いので、両方の段階の低として 10-4- 10-2、どこCa = η<e...

1 Pa は、液滴マイクロ流体システムで実現することは困難である上径高粘度液滴を生成する位相反転共同フロー デバイスを示します。

The generation of monodisperse droplets with high viscosity has always been a challenge in droplet microfluidics. Here, we demonstrate a phase-inversion ...

この手順の全体的な目標は、単純なコフローマイクロ流体デバイスでの位相反転により、粘度が1パスカル秒を超える単分散高粘度液滴と低粘度の連続相を生成することです。この方法は、高グリセロールポリマー溶液やナノ粒子懸濁液などの本質的に高粘度の流体の操作に関する液滴マイクロ流体分野の重要な問題を解決できます。この技術の主な利点は、最初に低粘度の液滴を生成することであり、これは高粘度の液滴よりも形成と制御が容易です。高粘度の液滴を生成するための後続の段階的なバージョンは、低粘度の液滴がコフロー構造の出口から流れるときに誘導されます。その手順を実演するのは、清華大学の大学院生であるZhongnan Li氏です。デバイスの準備を開始するには、タングステンカーバイバーを使用して、内径と外径がそれぞれ580マイクロメートルと1ミリメートルの丸いガラス管の長さ3センチメートルを切断します。これにより、デバイスの中央のチューブが形成されます。デバイスのインナーチューブを作成するには、内径が200マイクロメートルと330マイクロメートルの丸いガラスチューブを2センチメートルの長さにカットします。1.5ミリリットルの遠心分離管に1ミリリットルのODTSを入れます。中央のチューブの一方の端をODTSに10秒間浸します。次に、チューブが乾くまで、未処理の端から窒素ガスでチューブを洗い流します。次に、刃物を使って0.5mm×0.5mmの切り込みを入れます。20ゲージハーフインチの鈍い針のプラスチック製ルアーハブの端で、0.5ミリメートル×0.5ミリメートルのノッチと1ミリメートル×1ミリメートルのノッチを2本目の針のハブで互いに真向かいにカットします。次に、標準的なガラス顕微鏡スライドに中央のチューブを縦に置き、疎水性ODDSコーティングされた端がスライドの狭い方の端を約1cm通過させます。インナーチューブをミドルチューブの未処理の端に挿入し、インナーチューブの約1センチメートルをミドルチューブの外側に残します。エポキシを使用して、スライドの中心線に沿ってチューブを所定の位置に固定します。パフォーマンスを向上させるには、インナーチューブの位置を調整して、中央のチューブにほぼ集中するようにします。エポキシ樹脂が固まったら、チューブがノッチに収まるように、単品のノッチ付き針をインナーチューブの端に置きます。ニードルをエポキシ樹脂で固定し、低粘度のオイルインレットを形成します。次に、内側と中央のチューブの間の接合部に二重ノッチ付き針を固定して、高粘度の水溶液入口を形成します。エポキシを使用して、チューブの周囲とガラス基板の両方にニードルハブをシールします。高粘度のインレットニードルが基板にしっかりと収まるように、中央のチューブを大きなノッチに、インナーチューブを小さなノッチに取り付けます。エポキシ

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