Name: 滴やエマルジョンを生成するためのガラスベースのデバイス (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-04-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: 学ぶ ガラスベースのマイクロ流体デバイス製造法で、均一な液滴とエマルジョンを生成する技術を習得できます。初心者でも実践可能なプロトコルで、農業や食品産業への応用も広がります。

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<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>

著者らは開示するものは何もありません。

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、 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/63376/63376eq01.jpg">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&lt;とき、滴り落ちが起こります。We &gt; 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...

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、この原稿はガラスベースのキャピラリーデバイスに焦点を当てている。PDMSデバイスは、通常、複雑なチャネルパターンを設計する能力とスケーラビリティのために選択されます。それどころか、ガラスデバイスは剛性があり、PDMS対応物よりも優れた耐溶剤性を有する。さらに、ガラスは、その濡れ性を変更するように変更することができ、これにより、複雑なエマルジョンの生成を制御することができる。ノズルおよびチャネル壁を独立して処理することができるので、制御された再現性のある方法で滴の形成を可能にし、滴が壁9に触れた場合に得られたエマルジョンの安定性を保証する。さもなければ、滴は合体して壁に蓄積するかもしれません。これら2つのタイプのデバイスのもう1つの違いは、ガラスベースのデバイスでは流れが3次元であるのに対し、従来のPDMSデバイスでは平面的であることです。この事実は、接触線の影響を無視することができるようにチャネル壁とのドロップ接触を最小限に抑え、10、それによって複数のエマルジョンドロップの安定性を保護する。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63376/63376fig01.jpg"> 図1:異なるマイクロ流体デバイス構成。 (A)T接合、(B)コフロー装置、および(C)フロー集束装置のスケッチ。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63376/63376fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
使用される3つの主要な形状、すなわちT接合11、流れ集束12,13、およびコフロー14がある。T接合形状では、チャネルに含まれる分散位相は、連続相を収容するメインチャネルと垂直に交差する。連続相によって加えられる剪断応力は、入ってくる分散液体を壊し、その結果、落下する。生成された滴は、メインチャネル11の寸法によってより低いサイズに制限される。フローフォーカシングジオメトリでは、2つの流体は、注入チューブの前面にある小さなオリフィスを強制的に通過させます。その結果、噴射管12,13よりもはるかに小さいジェットの形成がもたらされる。最後に、コフロー幾何学は、2つの非混和性流体14の同軸流れによって特徴付けられる構成を有する。一般に、運転条件によっては滴下や噴出が観察できる。滴下レジームは低流速で発生し、結果として生じる液滴は非常に単分散であり、先端サイズに比例した直径を有する。欠点は、その低い生産頻度です。噴射レジームは、滴下レジームと比較してより高い流量で発生します。この場合、滴の直径はジェットの直径に正比例し、適切な条件下では先端の直径よりもはるかに小さくすることができます。
これらの流体力学的アプローチの代替案は、電気力の追加使用に依存している。エレクトロスプレーは、液滴を生成するためのよく知られ、広く使用されている技術です。これは、有限の電気伝導度を有する液体が強い電界の存在下で変形するという原理に基づいている。液体は、最終的に、電気応力と表面張力応力15との間のバランスから生じる円錐形状を採用するであろう。このプロセスは、電界が液体中に電流を誘導し、電荷を表面に蓄積させることから始まります。電界の存在は、これらの電荷に電気力をもたらし、液体を一緒に引きずり、メニスカスを電界の方向に伸ばす。異なる条件下では、メニスカスは、帯電した滴を流すか、または1つまたは複数のジェットを放出し、次いで滴15に壊れる可能性がある。これらの電気的に支援されたマイクロ流体法は、当然のことながら小さな滴の発生を可能にするが、それらはエマルジョンの単分散性を損なう定常状態動作の欠如に苦しむ。結果として生じる電荷降下は、閉じ込められた壁および/または電位が課せられた外部電圧よりも低いデバイス内の任意の場所で放電する傾向がある。したがって、帯電したメニスカスは不安定になり、最終的には混沌とした方法で滴を放出し、制御不能な生産と単分散性の喪失を引き起こします。
エレクトロコフローでは、電気的および流体力学的応力は、二重エマルジョン12を生成するために使用されるものと同様のコフローマイクロ流体装置16において結合される。2つの主な特徴により、エレクトロコフローは定常状態の放出レジームに到達するのに成功することができます:(i)分散相が別のコフローする粘性液体に放出され、(ii)液体対極またはグランドの使用。流れる外側の液体を有することは、ドロップエミッションプロセス17の幾何学的特性を変化させることが証明されている。液体対極は、得られた滴の放電および抽出を可能にし、滴の定常状態の発生を保証する。さらに、電気力学的力と流体力学的力のバランスを利用することによって、結果として生じる落下サイズは、前述の技術のいずれかによってカバーできるサイズよりも広い範囲内で潜在的に変化し得る。
この詳細なビデオプロトコルは、ガラスベースのマイクロ流体の使用と製造において新しい開業医を支援することを目的としています。

<table><tbody><tr><td>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。</td><td>Gelest</td><td>SIM6492.7</td><td></td></tr><tr><td>セラミックタイル</td><td>サ</td><td>ッターCTS</td><td></td></tr><tr><td>エチレングリコール</td><td>フィ</td><td>ッシャーBP230</td>これらは、他のベンダーで利用可能シ<td>グマ-Aldrich</td></tr>ヘ<tr><td>キサン</td><td>シグマ-Aldrich</td><td>34859</td><td></td></tr>のような他の会社で見つけることができます <tr><td>ITWポリマー接着剤Devcon 5分エポキシ接着剤25mL Dev-Tube</td><td>エルスワース接着剤470740</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Microforge</td><td>Narishige</td><td>MF 830</td><td></td></tr><tr><td>マイクロピペット プーラー</td><td>サッター</td><td>P97</td><td></td></tr><tr><td>顕微鏡スライド</td><td>フィッシャー</td><td>12-544-1</td><td>他のベンダーで利用可能</td></tr><tr><td>ニードル 20 ゲージ、.0255" ID、.0355" OD、1/2" ロング</td><td>マクマスター</td><td>75165A677</td><td></td></tr><tr><td>SDS</td><td>シグマ-アルドリッチ</td><td>428015</td><td>界面活性剤</td></tr><tr><td>シリコーンオイル</td><td>Clearco</td><td>PSF-10cSt</td><td>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</td></tr><tr><td>スパン 80</td><td>フィッシャー</td><td></td><td>S0060500G 非イオン性界面活性剤</td></tr><tr><td>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)</td> <td>VitroCom</td><td>S 102</td><td></td></tr><tr><td>標準ガラス キャピラリー、6 インチ、2 / 1.12 OD/ID</td><td>ワールド精密機器</td><td>1B200-6</td><td>これらは、Sutter や Vitrocom シ</td></tr><tr><td>リンジ ポンプ</td><td>などの他の会社で見つけることができますChemyx</td><td>FUSION 100-X</td><td>このモデルは、良質/価格比シ</td></tr><tr><td>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)</td><td>フィッシャー</td><td></td><td>カタログ番号は、サイズに依存します</td></tr><tr><td>トリメトキシ(オクチル)シラン</td><td>シグマ- アルドリッチ</td><td>376221</td><td>他のベンダーで利用可能な</td></tr><tr><td>チューブ(それは液体との互換性に依存します)</td><td>科学商品</td><td>BB3165-PE/5</td><td>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</td></tr></tbody></table>

滴やエマルジョンを生成するためのガラスベースのデバイス

Glass-Based Devices to Generate Drops and Emulsions

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。

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...

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。

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

このプロトコルは、ガラスベースのマイクロ流体デバイスを製造する方法を詳細に説明しています。このプロトコルに従うことで、経験のない人でもこれらのデバイスを構築して使用できます。ガラスを使用すると、表面を疎水性または親水性に簡単にレンダリングできるため、ガラスベースのデバイスは安定したエマルジョン滴を生成するのに魅力的です。化粧品、食品産業、ドラッグデリバリーなど、さまざまな分野での滴剤やエマルジョンの用途は複数あります。この原稿では、集中農業での使用についてもう少し強調します。各ステップで忍耐強くあることをお勧めします。また、先端がきれいで壊れていないことを確認してください。デバイスが完了するまで待たずにこれらを確認してください。簡単な滴を作るには、顕微鏡スライド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。先端には、直径1ミリメートルの丸いガラス毛細血管を使用してください。次に、20ゲージのシリンジ針を使用して、キャピラリーへの液体の導入を容易にします。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に等しい穴を彫る。針を水ですすぎ、ほこりや繊維を切断から取り除き、針を風乾させます。装置を組み立てるには、キャピラリーの先端を顕微鏡スライドの端から1〜2センチメートル外側に配置し、視野やシリンジ針に干渉しないようにキャピラリーの中央にエポキシのダブを加えることによって、丸いキャピラリーを顕微鏡スライドに接着します。次に、毛細血管の端が針の中央に座るようにシリンジ針を置き、針の底の縁の周りに少量の硬化エポキシを入れます。数分後、新鮮なエポキシの第2層を塗布し、針の基部を覆い、穴を避ける。次に、硬化したエポキシで穴を覆い、エポキシが針の内部に流れ込まないようにします。落下を発生させるには、先端が台所の蛇口のように下を向くようにクランプを使用してデバイスを垂直位置に置きます。シリンジポンプまたは圧力駆動セットアップを使用して、液体を装置に送り込みます。エマルジョン滴を作るには、外側の液体に長さ5センチの正方形のキャピラリーと直径1ミリメートルの丸いキャピラリーを使用してください。丸い毛細血管の長さが四角い毛細血管より数センチメートル長くなっていることを確認してください。円形キャピラリーの外径を正方形キャピラリーの内側のサイズに合わせ、両方のキャピラリーが同軸に揃っていることを確認します。次に、装置を組み立てるために、キャピラリーの先端を顕微鏡スライドの端部の外側に1〜2センチメートル配置し、キャピラリーの中央にエポキシのダブを塗布することによって、四角いキャピラリーを顕微鏡スライドに接着する。エポキシが完全に硬化するまで待ちます。次いで、スライド上の丸い毛細血管の端部が四角い毛細血管の端部から数センチメートルになるように四角い毛細血管に丸い毛細血管を導入する。四角い毛細血管の内側にある丸い毛細血管の他端は、四角い毛細血管の端部から丸い毛細血管の直径にほぼ等しい距離にあるべきである。丸い毛細血管の端と四角い毛細血管の始まりの間の中間距離でエポキシのダブを使用して丸い毛細血管を接着し、エポキシが完全に硬化するまで待ちます。針基部にキャピラリーを収容するには、キャピラリーの外径の大きさである丸いキャップの基部に穴をあけます。次いで、他方の針を四角い毛細血管の端部に嵌め込むように、針の基部に円形かつ四角い穴を彫り、接合部を収容する。切断後、針を水ですすぎ、風乾させます。次に、前述のように接着します。マイクロ流体デバイスを構築するには、スライドの2つの小さな部分を切断し、エポキシを使用して、スライドを一緒に保持するために2つの顕微鏡スライドに接着します。エポキシが完全に硬化するまで待ちます。ダイヤモンドスクライブを使用して、四角いキャピラリーを約4センチメートルの長さにカットします。内側が丸い毛細血管の外径と一致する正方形の毛細血管を使用して、毛細血管を同軸に整列させます。このプロトコルでは、2 ミリメートルのサイドキャピラリーを使用します。次いで、ピペット引上げ機を用いて、丸い毛細血管を引っ張り、細い先端を有する2つの半毛細血管を得た。次に、マイクロ鍛冶機を用いて、1つの半毛細血管の先端を所望の直径に切断する。残りの半分をコレクタキャピラリーとして使用するには、元の平らな端が回復するように引っ張った先端を切断します。四角い毛細血管をスライドに接着します。スライドの関節が表示領域にあってはならないため、スライドの中央に毛細血管を置かないでください。次に、先端とコレクタキャピラリを2mm程度離れた正方形キャピラリの内部に配置します。関節を避けるには、先端毛細血管とコレクター毛細血管の両方の端を同じ側に置きます。毛細血管の開いた端への接続を製作するには、これらの端を覆う4本の針を配置し、前述のように針を接着します。デバイスの漏れをテストするには、バインダークリップで保持された曲がったチューブを使用して2本の針を閉じます。次いで、シリンジを用いて、最後の針を出口として用いて針の1つを通して脱イオン水を手動で装置にポンプで送り込む。漏れが観察されない場合は、次の針を通して水をポンプで送り、4本の針すべてについてこのプロセスを繰り返します。漏れが見つかった場合は、デバイスを完全に乾燥させ、エポキシを塗布し、1時間待ってから再度テストしてください。漏れがないことを確認した後、装置に実験液を充填し、気泡を除去します。次に、内側の液体または分散相のシリンジを針1つに、外側の液体または連続相を針2に接続し、コレクター液体または対極を針4に接続します。針3本は出口用です。最後に、内部液体とコレクタ液体を供給する針に電源を接続して、チップとコレクタ液体の間の電位差を設定します。この研究では、580マイクロメートルの先端を使用して約3.3ミリメートルのシリコーンオイルドロップが生成されました。そして、86マイクロメートルの先端を使用して1.75ミリメートルの滴が生成されました。さらに、滴下、コーンジェット、およびホイップモードのエレクトロコフロー装置を使用してエマルジョン滴が生成されました。これらの結果では、同じ液体がインナー液体およびコレクタ液体として使用されている。しかし、実験の目標がこれらの滴を集めることである場合、別の導電性液体をコレクターとして使用する必要があります。辛抱強く、エポキシが治るまで待ってください。濡れても乾くことはなく、手順全体をもう一度開始する必要があります。複数のエマルジョンは、スケジューリングシリーズのフローフォーカスの組み合わせを使用して生成することができます。各追加のスキームは、モーションドロップにシェルを追加します。フローフォーカシングセクションも使用できます。

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工学

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学ぶ ガラスベースのマイクロ流体デバイス製造法で、均一な液滴とエマルジョンを生成する技術を習得できます。初心者でも実践可能なプロトコルで、農業や食品産業への応用も広がります。

滴やエマルジョンを生成するためのガラスベースのデバイス

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