Name: Op glas gebaseerde apparaten om druppels en emulsies te genereren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-04-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: Leer hoe je glazen microfluidische apparaten fabriceert voor het genereren van stabiele emulsies met gecontroleerde druppelgroottes. Deze methode is toegankelijk voor beginners en toepasbaar in landbouw en industrie.

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

We zijn dankbaar voor de ACS PRF (subsidie 60302-UR9), Agrobio S.L. (contract #311325) en MCIN/AEI/10.13039/501100011033/FEDER, UE (subsidienr. 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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Het protocol om drie verschillende op glas gebaseerde apparaten te fabriceren is hierboven beschreven. In het geval van het apparaat om eenvoudige druppels te genereren, zijn het debiet en de vloeistofeigenschappen cruciaal om druppels op een gecontroleerde manier te genereren. Druppels vormen zich aan de punt in het druipregime of aan het einde van de straal in het straalregime. De overgang van druipen naar jetting wordt geparametriseerd door het dimensieloze Weber-getal, We23. Dit getal vertegen...

Gecontroleerde generatie van druppels in de micron- en nanoschaal met een smalle grootteverdeling is een uitdagende taak. Deze druppels zijn van belang voor de engineering van zachte materialen met vele toepassingen in wetenschap en technologie 1,2,3,4,5,6.
De meest voorkomende apparaten voor de hoge productiesnelheid van druppels zijn mixers7 en ultrasone emulgatoren8. Deze methoden zijn eenvoudig en goedkoop, maar ze resulteren meestal in polydisperse druppels met een breed scala aan maten. Daarom zijn extra stappen nodig om monodisperse monsters te produceren. Microfluïdische apparaten kunnen anders worden ontworpen om een efficiënte manier te bieden om formatie te laten vallen. Bovendien zorgen de meestal lage debieten (d.w.z. een laag Reynolds-getal) voor een grote controle over de vloeistofstroom.
Terwijl microfluïdische apparaten vaak worden gemaakt met behulp van lithografische technieken met poly (dimethyl) siloxaan (PDMS), richt dit manuscript zich op op glas gebaseerde capillaire apparaten. PDMS-apparaten worden meestal gekozen vanwege hun vermogen om complexe kanaalpatronen te ontwerpen en vanwege hun schaalbaarheid. Glazen apparaten daarentegen zijn stijf en hebben een grotere oplosmiddelbestendigheid dan hun PDMS-tegenhangers. Bovendien kan glas worden aangepast om de bevochtigbaarheid te veranderen, waardoor het genereren van complexe emulsies kan worden gecontroleerd. In staat zijn om de nozzle- en kanaalwanden onafhankelijk te behandelen, maakt de vorming van druppels op een gecontroleerde en reproduceerbare manier mogelijk, terwijl de stabiliteit van de resulterende emulsies wordt gewaarborgd als de druppels de wanden zouden raken9; anders kunnen de druppels samensmelten en zich ophopen aan de muur. Een ander verschil tussen deze twee soorten apparaten is dat in op glas gebaseerde apparaten de stroom driedimensionaal is, terwijl deze vlak is in conventionele PDMS-apparaten. Dit feit minimaliseert het druppelcontact met de kanaalwanden, zodat de invloed van contactlijnen kan worden verwaarloosd10, waardoor de stabiliteit van meerdere emulsiedruppels wordt beschermd.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63376/63376fig01.jpg"> Figuur 1: Verschillende microfluïdische apparaatconfiguraties. Schetsen van (A) een T-junctie, (B) een coflowing-apparaat en (C) een flow-focusing device. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63376/63376fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
Er worden drie hoofdgeometrieën gebruikt, namelijk T-junctie11, flowfocus 12,13 en coflow14. In de T-junctiegeometrie snijdt de gedispergeerde fase in het kanaal loodrecht het hoofdkanaal dat de continue fase herbergt. De schuifspanning die wordt uitgeoefend door de continue fase breekt de binnenkomende gedispergeerde vloeistof, wat resulteert in druppels. De gegenereerde druppels worden in lagere grootte beperkt door de afmetingen van het hoofdkanaal11. In de flow-focusing geometrie worden de twee vloeistoffen door een kleine opening geperst die zich voor de injectiebuis bevindt. Het resultaat is de vorming van een jet, die veel kleiner is dan de injectiebuis12,13. Ten slotte heeft de coflowgeometrie een configuratie die wordt gekenmerkt door de coaxiale stroom van twee onmengbare vloeistoffen14. Over het algemeen kunnen druppelen en jetting worden waargenomen, afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden. Het druppelregime treedt op bij lage stroomsnelheden en de resulterende druppels zijn zeer monodisperse en hebben een diameter die evenredig is met de tipgrootte. Het nadeel is de lage productiefrequentie. Het straalregime treedt op bij hogere stroomsnelheden in vergelijking met het druppelregime. In dit geval is de valdiameter recht evenredig met de diameter van de straal die onder de juiste omstandigheden veel kleiner kan zijn dan de diameter van de punt.
Een alternatief voor deze hydrodynamische benaderingen is gebaseerd op het extra gebruik van elektrische krachten. Electrospray is een bekende en veel gebruikte techniek voor het genereren van druppels. Het is gebaseerd op het principe dat een vloeistof met een eindige elektrische geleidbaarheid zal vervormen in de aanwezigheid van een sterk elektrisch veld. De vloeistof zal uiteindelijk een conische vorm aannemen als gevolg van de balans tussen elektrische en oppervlaktespanningsspanningen15. Het proces begint met het elektrische veld dat een elektrische stroom in de vloeistof induceert die ervoor zorgt dat ladingen zich aan het oppervlak ophopen. De aanwezigheid van het elektrische veld resulteert in een elektrische kracht op deze ladingen, die de vloeistof voortsleept en de meniscus in de richting van het veld verlengt. Onder verschillende omstandigheden kan de meniscus de geladen druppels afwerpen of een of meerdere jets uitzenden die vervolgens indruppels 15 breken. Hoewel deze elektrisch ondersteunde microfluïdische methoden van nature het genereren van kleine druppels mogelijk maken, lijden ze aan een gebrek aan een steady-state operatie die de emulsie monodispersiteit in gevaar brengt. De resulterende geladen druppels hebben de neiging om te ontladen op de scheidingswanden en / of ergens in het apparaat waar de elektrische potentiaal lager is dan de opgelegde externe spanning. Zo wordt de geëlektrificeerde meniscus onstabiel, waardoor uiteindelijk druppels op een chaotische manier worden uitgestoten en hun ongecontroleerde productie en verlies van monodispersiteit wordt veroorzaakt.
In elektro-coflow worden de elektrische en hydrodynamische spanningen gekoppeld in een coflow microfluïdisch apparaat16 vergelijkbaar met het apparaat dat wordt gebruikt voor het genereren van dubbele emulsies12. Twee belangrijke kenmerken zorgen ervoor dat elektro-coflow succesvol kan zijn in het bereiken van een steady-state emissieregime: (i) de gedispergeerde fase wordt uitgestoten in een andere costromende viskeuze vloeistof, en (ii) het gebruik van een vloeibare tegenelektrode of aarde. Het hebben van een stromende buitenste vloeistof heeft bewezen de geometrische eigenschappen van het druppelemissieproces te veranderen17. De vloeibare tegenelektrode maakt de ontlading en extractie van de resulterende druppels mogelijk, waardoor de steady-state generatie van druppels wordt verzekerd. Bovendien, door gebruik te maken van de balans tussen elektrische en hydrodynamische krachten, kunnen de resulterende druppelgroottes mogelijk variëren binnen een breder bereik dan de maten die kunnen worden gedekt door een van de eerder genoemde technieken.
Dit gedetailleerde videoprotocol is bedoeld om nieuwe beoefenaars te helpen bij het gebruik en de fabricage van op glas gebaseerde microfluïdica.

<table><tbody><tr><td>2-[methoxy(polyethyleneoxy)6-9propyl] trimethoxysilane.</td><td>Gelest</td><td>SIM6492.7</td><td></td></tr><tr><td>Keramtegel</td><td>Sutter</td><td>CTS</td><td></td></tr><tr><td>Ethyleenglycol</td><td>Fisher</td><td>BP230</td><td>Deze zijn te vinden bij andere bedrijven zoals Sigma-Aldrich</td></tr><tr><td>Hexaan</td><td>Sigma- Aldrich</td><td>34859</td><td>Beschikbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>ITW Polymers Adhesives Devcon 5 Minute Epoxy Adhesive 25 mL Dev-Tube</td><td>Ellsworth lijmsoorten</td><td>470740</td><td></td></tr><tr><td>Microforge</td><td>Narishige</td><td>MF 830</td><td></td></tr><tr><td>Micropipet aantrekker</td><td>Sutter</td><td>P97</td><td></td></tr><tr><td>Microscoopglaasjes</td><td>Fisher</td><td>12-544-1</td><td>Beschikbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>Naald 20 Gauge,.0255" ID,.0355" OD, 1/2" Lang</td><td>McMaster</td><td>75165A677</td><td></td></tr><tr><td>SDS</td><td>Sigma-aldrich</td><td>428015</td><td>Tensioactieve stof</td></tr><tr><td>Silicone olie</td><td>Clearco</td><td>PSF-10cSt</td><td>Het catalogusnummer komt overeen met de olie met een viscositeit van 10cSt. Verschillende viscositeitsoliën zijn te vinden bij dit bedrijf</td></tr><tr><td>Span 80</td><td>Fisher</td><td>S0060500G</td><td>niet-ionogene oppervlakteactieve stof</td></tr><tr><td>Vierkante glazen capillair 2 mm ID (borosiliclaat 300 of 600 mm lang)</td><td>VitroCom</td><td>S 102</td><td></td></tr><tr><td>Standaard glazen capillairen, 6 inch, 2 / 1.12 OD/ID</td><td>World Precision instruments</td><td>1B200-6</td><td>Deze zijn te vinden bij andere bedrijven zoals Sutter of Vitrocom</td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>Chemyx</td><td>FUSION 100-X</td><td>Dit model heeft een goede prijs/kwaliteit verhouding</td></tr><tr><td>Spuiten (het zal afhangen van de compatibiliteit met de vloeistoffen)</td><td>Fisher</td><td></td><td>Het catalogusnummer hangt af van de maat</td></tr><tr><td>Trimethoxy(octyl)silaan</td><td>Sigma- Aldrich</td><td>376221</td><td>Beschikbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>Buis (het zal afhangen van de compatibiliteit met de vloeistoffen)</td><td>Scientific commodities</td><td>BB3165-PE/5</td><td>Deze referentie is voor polyethyleen microbuisjes. De maat past bij de hier vermelde naaldmaat</td></tr></tbody></table>

op glas gebaseerde apparaten om druppels en emulsies te genereren

Glass-Based Devices to Generate Drops and Emulsions

In dit manuscript worden drie verschillende stapsgewijze protocollen beschreven om zeer monodisperse emulsiedruppels te genereren met behulp van op glas gebaseerde microfluïdica. Het eerste apparaat is gebouwd voor het genereren van eenvoudige druppels aangedreven door de zwaartekracht. Het tweede apparaat is ontworpen om emulsiedruppels te genereren in een coflowing-schema. Het derde apparaat is een uitbreiding van het coflowing-apparaat met de toevoeging van een derde vloeistof die fungeert als een elektrische massa, waardoor de vorming van geëlektrificeerde druppels mogelijk is die vervolgens ontladen. In deze opstelling hebben twee van de drie vloeistoffen een merkbare elektrische geleidbaarheid. De derde vloeistof bemiddelt tussen deze twee en is een diëlektricum. Een spanningsverschil toegepast tussen de twee geleidende vloeistoffen creëert een elektrisch veld dat koppelt aan hydrodynamische spanningen van de coflowing vloeistoffen, waardoor het jet- en druppelvormingsproces wordt beïnvloed. De toevoeging van het elektrische veld biedt een pad om kleinere druppels te genereren dan in eenvoudige coflow-apparaten en voor het genereren van deeltjes en vezels met een breed scala aan maten.

In dit manuscript zijn drie verschillende apparaten ontworpen om druppels te genereren. We hebben druppels gegenereerd met een grootte van (3,29 ± 0,08) mm (figuur 4B) en (1,75 ± 0,04) mm (figuur 4C) met behulp van het apparaat dat wordt beschreven in stap 1. De emulsiedruppels kunnen worden gegenereerd met behulp van de coflow- en de elektro-coflow-apparaten. Voor de laatste tonen we druppelen in figuur 9, terwijl kegelstraal- en z...

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor de productie van op glas gebaseerde microfluïdische apparaten die worden gebruikt voor het genereren van zeer monodisperse emulsies met gecontroleerde druppelgrootte.

Op glas gebaseerde apparaten om druppels en emulsies te genereren

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

Dit protocol beschrijft in detail hoe microfluïdische apparaten op basis van glas kunnen worden vervaardigd. Door dit protocol te volgen, kan iedereen zonder ervaring deze apparaten bouwen en gebruiken. Met glas kunnen we oppervlakken gemakkelijk hydrofoob of hydrofiel maken, waardoor apparaten op basis van glas aantrekkelijk worden voor het genereren van stabiele emulsiedruppels.Er zijn meerdere toepassingen voor druppels en emulsies op uiteenlopende gebieden zoals cosmetica, de voedingsindustrie en medicijnafgifte. In dit handschrift leggen we wat meer de nadruk op het gebruik ervan in de intensieve landbouw. We raden aan om geduldig te zijn bij elke stap.Controleer ook of de punt schoon is en niet gebroken. Wacht niet tot het apparaat klaar is om deze te controleren. Gebruik voor het maken van eenvoudige druppels een glazen basis gemaakt met een microscoopglaasje om het apparaat te bouwen.Gebruik voor de tip ronde glazen haarvaten met een diameter van een millimeter. Gebruik vervolgens een 20 gauge spuitnaald om het inbrengen van de vloeistof in het capillair te vergemakkelijken. Snijd met een scheermesje of een scalpel een gat dat gelijk is aan de grootte van de buitendiameter van het capillair aan de basis van de naald.Spoel de naald met water om stof en vezels van het snijden te verwijderen en laat de naald aan de lucht drogen. Om het apparaat te monteren, lijmt u het ronde capillair op het microscoopglaasje door de punt van het capillair één tot twee centimeter buiten het uiteinde van de microscoopglaas te plaatsen en een klodder epoxy in het midden van het capillair toe te voegen, zodat deze het gezichtsveld of de naald van de spuit niet verstoort. Plaats vervolgens de naald van de spuit zodanig dat het uiteinde van het capillair in het midden van de naald zit en plaats een kleine hoeveelheid geharde epoxy rond de rand aan de onderkant van de naald.Breng na een paar minuten de tweede laag verse epoxy aan, bedek de basis van de naald en vermijd het gat. Bedek vervolgens het gat met geharde epoxy om te voorkomen dat de epoxy in de naalden stroomt. Voor het genereren van druppels plaatst u het apparaat in een verticale positie met behulp van een klem, zodat de punt naar beneden is gericht als een keukenkraan.Gebruik een spuitpomp of een drukaangedreven opstelling om de vloeistof in het apparaat te pompen. Gebruik voor het maken van emulsiedruppels een vijf centimeter lang vierkant capillair voor de buitenste vloeistof en een rond capillair met een diameter van één millimeter. Zorg ervoor dat de lengte van het ronde capillair enkele centimeters langer is dan het vierkante capillair.Stem de buitendiameter van het ronde capillair af op de binnenmaat van het vierkante capillair om ervoor te zorgen dat beide haarvaten coaxiaal zijn uitgelijnd. Om het apparaat vervolgens te monteren, lijmt u het vierkante capillair op het microscoopglaasje door de punt van het capillair één tot twee centimeter buiten het uiteinde van de microscoopglaas te plaatsen en een klodder epoxy in het midden van het capillair aan te brengen. Wacht tot de epoxy volledig uithardt.Breng vervolgens het ronde capillair in het vierkante capillair zodat het uiteinde van het ronde capillair op de dia een paar centimeter van het einde van het vierkante capillair ligt. Het andere uiteinde van het ronde capillair dat zich in het vierkante capillair bevindt, moet zich op een afstand bevinden die ongeveer gelijk is aan de diameter van het ronde capillair vanaf het uiteinde van het vierkante capillair. Lijm het ronde capillair met een klodder epoxy op middellange afstand tussen het uiteinde van het ronde capillair en het begin van het vierkante capillair en wacht tot de epoxy volledig is uitgehard.Om het capillair in de naaldbasis te huisvesten, snijdt u een gat aan de basis van de ronde dop die de grootte heeft van de buitendiameter van het capillair. Om vervolgens de andere naald aan het einde van het vierkante capillair te passen, snijdt u een rond en een vierkant gat aan de basis van de naald om het gewricht te huisvesten. Spoel de naalden na het snijden af met water en laat ze aan de lucht drogen.Lijm ze vervolgens zoals eerder gedemonstreerd. Om het microfluïdische apparaat te bouwen, snijdt u twee kleine stukjes van een dia en lijmt u ze met epoxy op twee microscoopglaasjes om de dia's bij elkaar te houden. Wacht tot de epoxy volledig uithardt.Snijd met behulp van een diamantschrijver het vierkante capillair tot een lengte van ongeveer vier centimeter. Gebruik het vierkante capillair met een binnenkant die overeenkomt met de buitendiameter van het ronde capillair om de haarvaten coaxiaal uit te lijnen. Gebruik voor dit protocol een zijcapillair van twee millimeter.Trek vervolgens met behulp van een pipettrekmachine een rond capillair om twee halve haarvaten met een dunne punt te verkrijgen. Snijd vervolgens met behulp van een microsmederij de punt van een van de halve haarvaten tot de gewenste diameter. Om de andere helft als collectorcapillair te gebruiken, knipt u de getrokken punt zodat de oorspronkelijke platte uiteinden worden teruggewonnen.Lijm het vierkante capillair op de dia's. Plaats het capillair niet in het midden van de dia's, omdat de verbindingen van de dia's zich niet in het kijkgebied mogen bevinden. Plaats vervolgens de punt en het collectorcapillair in het vierkante capillair op ongeveer twee millimeter van elkaar.Om het gewricht te vermijden, plaatst u de uiteinden van zowel de tip als de collectorcapillairen aan dezelfde kant. Om verbindingen met de open uiteinden van de haarvaten te fabriceren, plaatst u vier naalden die deze uiteinden bedekken en lijmt u de naalden zoals eerder gedemonstreerd. Om het apparaat op lekken te testen, sluit u twee van de naalden met behulp van een gebogen stuk buis dat wordt vastgehouden door een bindmiddelclip.Pomp vervolgens met behulp van een spuit handmatig gedeïoniseerd water in het apparaat via een van de naalden met behulp van de laatste naald als uitgang. Als er geen lekkages worden waargenomen, pompt u het water door de volgende naald en herhaalt u het proces voor alle vier de naalden. Als er een lek wordt gevonden, droog het apparaat dan grondig, breng epoxy aan en wacht een uur voordat u opnieuw test.Nadat u hebt bevestigd dat er geen lekkage is, vult u het apparaat met experimentele vloeistof en verwijdert u luchtbellen. Verbind vervolgens de binnenste vloeistof of gedispergeerde fasespuit op naald één, de buitenste vloeistof of continue fase op naald twee en de collectorvloeistof of tegenelektrode op naald vier. Naald drie is voor de uitgang.Sluit ten slotte de voeding aan op de naalden die de binnen- en collectorvloeistoffen voeden om een potentiaalverschil tussen de tip en de collectorvloeistof in te stellen. In deze studie werden ongeveer 3,3 millimeter siliconenoliedruppels gegenereerd met behulp van een tip van 580 micrometer. En 1,75 millimeter druppels werden gegenereerd met behulp van een tip van 86 micrometer.Bovendien werden emulsiedruppels gegenereerd met behulp van elektro-costroomapparaten in de druppel-, kegelstraal- en zweepmodus. In deze resultaten wordt dezelfde vloeistof gebruikt als binnen- en collectorvloeistoffen. Als het doel van de experimenten echter het verzamelen van deze druppels is, moet een andere geleidende vloeistof als collector worden gebruikt.Wees geduldig en wacht tot de epoxy uithardt. Als het nat wordt, zal het nooit drogen en moet u de hele procedure opnieuw starten. Meerdere emulsies kunnen worden gegenereerd met behulp van in combinaties van flowfocus in een scheming-serie.Elk extra schema voegt een shell toe aan de motion drop. Flowfocussecties kunnen ook worden gebruikt.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Druppel op basis van microfluïdische platforms zijn veelbelovende kandidaten voor high throughput experimenten, omdat zij in staat zijn om goedkoop te genereren picoliter, self-gecompartimenteerde schepen op kHz tarieven. Door integratie met snelle, gevoelige en een hoge resolutie fluorescentie spectroscopische methoden, kunnen de grote hoeveelheden informatie uit die in deze systemen efficiënt kunnen worden geëxtraheerd, aangewend en gebruikt.

Fluorescentie detectiemethoden voor microfluïdische druppel platforms

Drop impact van niet-Newtoniaanse vloeistoffen is een complex proces aangezien verschillende fysische parameters beïnvloeden de dynamiek gedurende een zeer korte tijd (minder dan een tiende van een milliseconde). Een snelle beeldvormende techniek is geïntroduceerd om het effect gedrag van verschillende niet-Newtonse vloeistoffen karakteriseren.

Snelle beeldvormende techniek om te studeren Drop Impact Dynamiek van niet-Newtoniaanse vloeistoffen

De generatie van microfluïdische dubbele emulsies omvat doorgaans apparaten met een patroon van bevochtigbaarheid of op maat gemaakte glazen onderdelen. Hier beschrijven we de fabricage en het testen van een geheel uit polydimethylsiloxaan (PDMS) bestaande dubbele emulsiegenerator die geen oppervlaktebehandeling of gecompliceerde fabricageprocessen vereist en die in staat is om dubbele emulsies tot 14 µm te produceren.

Dubbele Emulsion Generation Met een Polydimethylsiloxaan (PDMS) Co-axiale Flow Focus Device

Hier demonstreren we een eenvoudige productiemethode voor grootte-controleerbare, monodisperse, water-in-olie (W/O) microdruppeltjes met behulp van een capillair-gebaseerd centrifugaal microfluïdisch apparaat. Deze methode vereist slechts een klein monstervolume en maakt hoogwaardige productie mogelijk. We verwachten dat deze methode nuttig zal zijn voor snelle biochemische en cellulaire analyses.

-Capillaire gebaseerde centrifugale microfluïdische apparaat voor Grootte-controleerbare Vorming van Monodisperse microdruppels

De assemblage en positionering van de mitotische spindel zijn afhankelijk van de gecombineerde krachten die worden gegenereerd door microtubulusdynamiek, motoreiwitten en cross-linkers. Hier presenteren we onze recent ontwikkelde methoden waarin de geometrische beperking van sferische emulsiedruppels wordt gebruikt voor de bottom-up reconstituitie van basische mitotische spindels.

Reconstructie van Basic Mitotische Assen in Sferische emulsiedruppeltjes

Lab-in-a-drop reactie systemen toestaan de veelzijdige uitvoering van complexe reacties in een schaal van microfluidic. Een automatische bediening platform bestaande uit een 3 x 3 matrix van elektromagnetische spoelen werd ontwikkeld en met succes gebruikt voor het samenvoegen van twee 10 µL microreactors en daardoor een enzymatische reactie in de resulterende vloeistof Friezen te initiëren.

Waterige druppels gebruikt als enzymatische Microreactors en hun elektromagnetische aandrijving

Hier presenteren we een protocol ter illustratie van de fabricage processen en de verifiërende experimenten van een semi-three-dimensional (semi-3D) stroom-focusing microfluidic chip voor druppel vorming.

Generatie van grootte bestuurde Poly (ethyleen Glycol) Diacrylate druppels via Semi-3-dimensionale Flow gericht Microfluidic apparaten

Een fase-omkering co stroom apparaat blijkt voor het genereren van monodispers dikvloeibaar druppels boven 1 Pas, die moeilijk is te realiseren in druppel microfluidics.

Fabriceren van dikvloeibaar druppels Microfluidic capillaire apparaat met fase-omkering co flow structuur

Het algemene doel van het protocol is om meer dan een miljoen geordende, uniforme, stabiele en biocompatibele femtoliter druppels voor te bereiden op een 1 cm2 vlakke substraat die kan worden gebruikt voor celvrije eiwitsynthese.

Een Femtoliter Droplet Array voor massively parallelle eiwitsynthese van enkele DNA-moleculen

Water-in-olie druppels testen zijn nuttig voor analytische chemie, enzymevolutie en eencellige analyse, maar vereisen meestal microfluïdica om de druppels te vormen. Hier beschrijven we deeltjessjabloonemulgering, een microfluïdische benadering om druppeltests uit te voeren.

Deeltjessjabloonemulgering maakt microfluïdische druppeltests mogelijk

Dit artikel beschrijft protocollen voor high-throughput gelatine methacryloyl microgel fabricage met behulp van microfluïdische apparaten, het omzetten van microgels in resususpensable poeder (micro-aerogels), de chemische assemblage van microgels om granulaire hydrogel scaffolds te vormen, en het ontwikkelen van granulaire hydrogel bioinks met behoud van microporositeit voor 3D bioprinting.

Gelatine Methacryloyl Granular Hydrogel Scaffolds: High-throughput Microgel Fabrication, Lyophilization, Chemical Assembly, en 3D Bioprinting

Leer hoe je glazen microfluidische apparaten fabriceert voor het genereren van stabiele emulsies met gecontroleerde druppelgroottes. Deze methode is toegankelijk voor beginners en toepasbaar in landbouw en industrie.

Op glas gebaseerde apparaten om druppels en emulsies te genereren

Meer video's verkennen