Method Article

Изготовления капель высокой вязкости, используя Microfluidic капиллярного устройства с фазы инверсии потока со структурой

DOI:

10.3791/57313

⸱

April 17th, 2018

 ,  ,  , 
1School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, 2State Key Laboratory of Tribology, Tsinghua University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Устройство совместно потока инверсии фазы продемонстрировал сформировать капельки высокой вязкости монодисперсных выше 1 ССА, который трудно реализовать в капли микрофлюидика.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Поколение монодисперсных капель с высокой вязкостью всегда был вызов в микрофлюидика капли. Здесь мы демонстрируем фазы инверсии Сопредседатель потока устройства для создания единой капли высокой вязкости в низкой вязкость жидкости. Microfluidic капиллярного устройство имеет общую структуру совместного потока с его выходом, подключение к широкой трубки. Удлиненные капельки низкой вязкость жидкости сначала инкапсулированные высокой вязкости жидкости в структуре совместного потока. Как удлиненные капельки низкой вязкости потока через выход, который обрабатывается смоченных низкой вязкость жидкости, инверсии фазы затем индуцируется прилипание капелек низкой вязкостью до кончика выхода, что приводит к последующей обратной Инкапсуляция высокой вязкости жидкости. Размер результирующей капель высокой вязкости может корректироваться путем изменения соотношения скорость потока низкой вязкость жидкости к высокой вязкости жидкости. Мы продемонстрировать несколько типичных примеров поколения высокой вязкости капель с вязкостью до 11,9 Pas, как глицерин, мед, крахмал и полимерные решение. Этот метод обеспечивает простой и прямой подход к генерации монодисперсных высокой вязкости капельки, которые могут быть использованы в различных капелька-приложений на основе, например синтеза материалов, Доставка лекарств, assay клетки, биоинженерии и продовольствия Машиностроение.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Поколение капли становится ключевой технологией в различных приложений, таких как Доставка лекарств, материалов синтез, 3D подложке, клеток и продовольствия инженерных1,2,3,4 , 5 , 6. Microfluidic приборы с т-образного7,8, совместно поток1,9, или поток упор10,11 структуры широко используются для создания монодисперсных один эмульсии капельки. Выбор более вязкой непрерывной фазой будет способствовать формированию капель12, и вязкости непрерывной и рассеянных жидкости, обычно ниже 0,1 ПА в капли микрофлюидика13. Однако во многих приложениях, дисперсной фазы может иметь вязкость несколько сотен раз выше, чем у воды, например глицерина14, растворов, содержащих наночастицы15, белки16или полимеры17 , 18 , 19, хотя это трудно добиться монодисперсных капли прямо из высокой вязкости жидкостей в стабильной капает11 режим в microfluidic приборы, особенно для жидкостей с вязкостью η > 1 ПА·с14 ,17,18,19. Кроме того он был сообщил13,18 что типичный microfluidic методы для формирования капли требуют жидкости с относительно низкой вязкости и умеренной поверхностное натяжение для формирования единой капли в стабильной капает режим.

Для дисперсной фазы с вязкостью немного больше, чем 0,1 ПА, существует несколько возможных подходов для облегчения формирования капли с типичной т-образного перекрестка, Сопредседатель потока или потока упором microfluidic приборы: (1) снижение вязкости дисперсной Фаза путем разбавления в летучих растворителей11,20; (2) уменьшить коэффициент разошлись к непрерывное вязкость, увеличив вязкость непрерывной фазой1,11; (3) уменьшите расход дисперсной фазы чрезвычайно низкое значение, сохраняя непрерывный разогнали потока скорость соотношение 14,19. Однако эти подходы не практичным для жидкостей с гораздо более высокой вязкостью, как они будут значительно снизить темпы производства резко повышая потребление летучих растворителей или непрерывной фазой. В дополнение сообщалось, что некоторые решения высокой вязкости полимера с η > 1 ПА·с до сих пор не нарушал на капельки с подходами, упомянутые выше17,19.

Есть также несколько улучшение конструкции microfluidic устройств, которые ввести третий этап жидкости в систему, которая облегчает поколения капель высокой вязкости. Инновации включают: пузыри, познакомил нарезать смывающий потока капельки21, несмешивающихся chaperoning жидкости с умеренной вязкости, представил как средний участок между dipsersed фазы и непрерывной фазой18, и микрореакторы, представил для создания высокой вязкости капельки из двух маловязкие прекурсоров21,22,-23. Однако как один больше жидкости участвует в процессе, система становится более сложной, и устройства обычно работают в гораздо короче режима потока, чем типичный устройства для генерации одного эмульсии капельки.

Для создания монодисперсных капельки непосредственно из высокой вязкости жидкости с η > 1 ПА·с, контролируемой поверхности фаза инверсии методы были расследованы24. Поколение низкой вязкости капельки гораздо проще, чем высоковязкое капель12, удлиненные маловязкие капельки в непрерывной фазе высокой вязкости сначала создаются с использованием типичного потока со структуры, а затем разбиты должного для изменения поверхности смачиваемости вниз по течению структуры совместного потока. Выпущенные низкой вязкость жидкости обратно инкапсулирует течению высокой вязкости жидкости в капельки так что инверсии фазы завершения. Согласно механизму инверсии фазы монодисперсных высокой вязкости капельки могут быть созданы на основании типичной Сопредседатель потока устройства, в то время как выход устройства совместно потока угощали смоченных низкой вязкость жидкости, а затем подключен к широкой трубки24 ,25.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. производство фазы инверсии Сопредседатель потока капиллярного устройство для наблюдения за процесс создания капель водного раствора, высокой вязкости с диаметром ~ 500 мкм.

Примечание: Площадь наружной трубы, используемые здесь предназначен для снятия изображений процесса формирования капель высокой вязкости. Если нет необходимости принимать изображения, упрощенная версия устройства могут быть сделаны согласно протоколу шаг 2.

  1. Подготовьте три стеклянных трубок с разными размерами для Ассамблеи капиллярного устройства.
    1. Возьмите квадратный стеклянной трубки с внутренним размером 1,05 мм и вырезать кусок трубки ~ 4 см в длину. Это будет внешней трубки устройства.
    2. Возьмите круглой стеклянной трубки с внутренним диаметром (и.д.) 580 мкм и наружным диаметром 1 мм (диаметр) и вырезать кусок трубки ~ 3 см в длину. Это будет средний трубки устройства.
    3. Возьмите круглой стеклянной трубки с и.д. = 200 мкм, диаметр = 330 мкм и вырезать кусок трубки ~ 2 см в длину. Это будет Внутренняя трубка устройства.
  2. Изменение поверхности смачиваемости один конец среднего трубки быть гидрофобным.
    1. Возьмите 1 мл флаконе стекла и добавить 0,3 мл трихлор (octadecyl) силана (OTS) в стеклянный флакон.
    2. Возьмите средняя трубка с и.д. = 580 мкм, подготовленный протокол шаге 1.1.2 и окуните один конец его в OTS в стеклянный флакон для ~ 10 s.
    3. Вывезти среднего трубы и промойте трубку с газом азота от конца без лечения.
  3. Подготовьте иглы для впускателей капиллярного устройства.
    1. Возьмите 20G тупой совет дозирования иглы и вырезать слот с ~0.5 мм x 0,5 мм на краю пластиковых Luer хаб с лезвием.
      Примечание: Эта игла будет служить входе для этапа низкой вязкости масла.
    2. Взять еще один 20G тупой совет дозирования иглы и вырезать два слота на краю пластика Luer хаб. Совместите два гнезда в линии, проходящей диаметр Luer концентратора.
      Примечание: Один слот имеет размер ~0.5 мм x 0,5 мм, в то время как другой слот имеет размер ~1.0 мм x 1,0 мм. Эта игла будет служить в качестве входного для водной фазе высокой вязкости.
    3. Взять еще один 20G тупой совет дозирования иглы и вырезать два слота на краю пластика Luer хаб. Совместите два гнезда в линии, проходящей диаметр Luer концентратора.
      Примечание: Один слот имеет размер ~1.5 мм x 1,5 мм; в то время как другой слот имеет размер ~1.0 мм x 1,0 мм. Эта игла будет служить в качестве входного для очистки.
  4. Соберите стеклянных трубок согласно Рисунок 1A.
    1. Взять очередной 7,62 х 2.54 см стекло слайд как субстрат капиллярного устройства.
    2. Положите наружной трубы с и.д. = 1,05 мм, подготовлен протокол шаге 1.1.1, на слайде стекла с ~ 1 см выдавливания короткого края стекла слайда.
    3. Возьмите средняя трубка с и.д. = 580 мкм, подготовленный протокол шаге 1.2 и вставьте конец гидрофобные средней трубки в наружной трубы от конца на стеклянное скольжение и держать ~ 1 см среднего трубки за пределами наружной трубы.
    4. Возьмите Внутренняя трубка с и.д. = 200 мкм, подготовленный протокол шаге 1.1.3 и вставьте один конец внутренней трубки в середине трубку и держать ~ 1 см внутренняя труба за пределами средней трубки.
    5. Используйте клей эпоксидный исправить три трубы в позиции вдоль осевой линии стеклянное скольжение. Затем ждать ~ 5 минут или больше для клея для полностью затвердеть.
  5. Соберите отверстия на приборе капиллярного.
    1. Принять входе иглы для этапа низкой вязкости нефти, подготовленный протокол шаге 1.3.1 и пусть Luer хаб охватить к концу внутренней трубки на подложке, а затем использовать эпоксидный клей для исправления Luer хаб на подложке.
    2. Возьмите входе иглы для водной фазе высокой вязкости, подготовленный протокол шаге 1.3.2 и пусть Luer хаб охватывают стыке внутреннюю трубку и среднего трубки, а затем использовать эпоксидный клей исправить Luer хаб на подложку.
    3. Возьмите входе иглы, подготовленный протокол шаге 1.3.3 и, для очистки, пусть Luer хаб охватывают стыке среднего трубки и наружной трубы и затем использовать эпоксидный клей для исправления Luer хаб на подложке.
    4. Подождите около 5 минут или больше для клея для полностью затвердеть.
    5. Использование эпоксидный клей для уплотнения узлов Luer иглы на подложке.
  6. Ждать ~ 30 минут или больше для клея для упрочения полностью, и затем устройство готово к использованию.

2. Сделайте фазы инверсии, Сопредседатель потока капиллярного устройства для изготовления водных капель высокой вязкости с диаметром ~ 500 мкм.

Примечание: Устройство, сделанное здесь это упрощенная версия устройства в протокол шаг 1.

  1. Подготовьте два стеклянных трубок с разными размерами для Ассамблеи капиллярного устройства.
    1. Возьмите круглой стеклянной трубки с и.д. = 580 мкм и O.D. = 1 мм и вырезать кусок трубки с ~ 3 см в длину. Это будет средний трубки устройства.
    2. Возьмите круглой стеклянной трубки с и.д. = 200 мкм, диаметр = 330 мкм и вырезать кусок трубки с ~ 2 см в длину. Это будет Внутренняя трубка устройства.
  2. Изменение поверхности смачиваемости один конец среднего трубки быть гидрофобным.
    1. Добавление 0,3 мл OTS в 1 мл флаконе стекла.
    2. Возьмите средняя трубка с и.д. = 580 мкм, в протокол шаг 2.1.1, подготовлен и окуните один конец его в OTS в стеклянный флакон для ~ 10 s.
    3. Возьмите среднего трубки и затем промойте трубку с газом азота от конца без лечения.
  3. Подготовьте иглы для впускателей капиллярного устройства.
    1. Подготовьте 20G тупой совет дозирования иглу, которая будет служить в качестве входного для этапа низкой вязкости масла. Затем вырежьте слот ~0.5 мм x 0,5 мм с лезвием на краю пластиковых Luer хаб.
    2. Взять еще один 20G тупой совет дозирования иглы и вырезать два слота на краю пластика Luer хаб. Совместите два гнезда в линии, проходящей диаметр Luer концентратора.
      Примечание: Один слот имеет размер ~0.5 мм x 0,5 мм, в то время как другой слот имеет размер ~1.0 мм x 1,0 мм. Эта вторая игла будет служить в качестве входного для водной фазе высокой вязкости.
  4. Соберите стеклянных трубок согласно Рисунок 1A .
    1. Взять очередной 7,62 х 2.54 см стекло слайд как субстрат капиллярного устройства.
    2. Положите средняя трубка с и.д. = 580 мкм, подготовленный протокол шаге 2.2, на слайде стекла с гидрофобным конца прессовать ~ 1 см на короткий край стекла слайд.
    3. Возьмите Внутренняя трубка с и.д. = 200 мкм, в протокол шаг 2.1.2, подготовлен и вставьте один конец внутренней трубки в середине трубку от конца без лечения на слайде стекла и держать ~ 1 см внутренняя труба за пределами средней трубки.
    4. Используйте клей эпоксидный исправить две трубы в позиции вдоль осевой линии стеклянное скольжение.
    5. ~ 5 минут или дольше ждать клей полностью затвердеть.
  5. Соберите отверстия на приборе капиллярного.
    1. Принять входе иглы для этапа низкой вязкости нефти, подготовленный протокол шаге 2.3.1 и пусть Luer хаб охватить к концу внутренней трубки на подложке, а затем использовать эпоксидный клей для исправления Luer хаб на подложке.
    2. Возьмите входе иглы для водной фазе высокой вязкости, подготовленный протокол шаге 2.3.2 и пусть Luer хаб охватывают стыке внутреннюю трубку и среднего трубки, а затем использовать эпоксидный клей исправить Luer хаб на подложке.
      Примечание: На другом конце средняя трубка является выход устройства.
    3. Подождите около 5 минут или больше для клея для полностью затвердеть.
    4. Использование эпоксидный клей для уплотнения узлов Luer иглы на подложке.
  6. Подождите около 30 минут или больше для клея для полностью затвердеть.
  7. Подключите свободный конец среднего трубки с выхода трубы, т.е., полиэтиленовые трубки с и.д. = 0,86 мм и ~ 20 мм в длину.
    Примечание: Незначительная деформация внешней трубки обеспечит уплотнение соединения, так что клей не нужно здесь. Аутлет труб выступает в качестве широкой наружной трубы для инверсии фазы. На данный момент прибор готов к использованию.

3. Сделайте фаза инверсии Сопредседатель потока капиллярного устройства для наблюдения за процесс создания водных капель высокой вязкости с диаметром ~ 200 мкм.

Примечание: Устройство, сделанное здесь это уменьшенная версия устройства протокола шаг 1, чтобы сделать небольшие капельки.

  1. Подготовьте три стеклянных трубок с разными размерами для Ассамблеи капиллярного устройства.
    1. Возьмите квадратный стеклянную трубку с и.д. = 400 мкм и вырезать кусок трубки ~ 4 см в длину, которая будет внешней трубки устройства.
    2. Возьмите круглой стеклянной трубки с и.д. = 200 мкм, диаметр = 330 мкм и вырезать кусок трубки ~ 3 см в длину, которая будет средней трубки устройства.
    3. Возьмите круглой стеклянной трубки с и.д. = 100 мкм и O.D. = 170 мкм и вырезать кусок трубки ~ 2 см в длину, которая будет Внутренняя трубка устройства.
  2. Изменение поверхности смачиваемости один конец среднего трубки быть гидрофобным.
    1. Возьмите 1 мл флаконе стекла и добавить 0,3 мл OTS в стеклянный флакон.
    2. Возьмите средняя трубка с и.д. = 200 мкм, в протокол шаг 3.1.2, подготовлен и окуните один конец его в OTS в стеклянный флакон для ~ 10 s.
    3. Возьмите среднего трубки и затем промойте трубку с газом азота от конца без лечения.
  3. Подготовьте иглы для впускателей капиллярного устройства.
    1. Подготовьте 20G тупой совет дозирования иглу, которая будет служить в качестве входного для этапа низкой вязкости масла. Затем с лезвием, вырежьте слот ~0.2 мм x 0,2 мм на краю пластиковых Luer хаб.
    2. Подготовить еще один 20G тупой совет дозирования иглы и вырезать два слота на краю пластиковых Luer хаб. Совместите два гнезда в линии, проходящей диаметр Luer концентратора.
      Примечание: Один слот имеет размер ~0.2 мм x 0,2 мм, в то время как другой слот имеет размер ~0.4 мм x 0,4 мм. Эта вторая игла будет служить в качестве входного для водной фазе высокой вязкости.
    3. Взять еще один 20G тупой совет дозирования иглы и вырезать два слота на краю пластика Luer хаб. Два слота выравниваются в линии, проходящей диаметр Luer концентратора.
      Примечание: Один слот имеет размер ~0.8 мм x 0,8 мм, в то время как другой слот имеет размер ~0.4 мм x 0,4 мм. Этот третий игла будет служить в качестве входа для очистки.
  4. Выполните шаги 1.4-1.6 протокол завершить устройство, с помощью стеклянных трубок, подготовленный в шаг 3.1 протокола вместо тех подготовленных в протоколе шаг 1.1 и с помощью иглы, подготовленный в шагу 3.3 Протокола вместо тех, кто готов в шаге 1.3 протокол.

4. наблюдение за поколение капель глицерина в парафин жидкий

Примечание: Для снятия изображений показано в цифры 1B - D, используйте устройство, подготовленный в протокол шаг 1; для снятия изображений, показанный на рисунке 3, используйте устройство, подготовленный в протокол шаг 3.

  1. Подготовка решения для использования в эксперименте.
    1. Использование глицерина в водной фазе высокой вязкости, и добавить 0,5 w.t.% толуидиновый синий O покрасить его синий.
    2. Использовать жидкий парафин в качестве этапа Низковязкие масла и добавьте 1% w.t. Span 80 в нем как ПАВ.
  2. Подготовьте три 1 мл-шприцы и три насоса шприца.
    Примечание: Три шприцы для жидкостей, подготовленный в протоколе шаг 4.1: один для инъекций высокой вязкости глицерина, подготовленный протокол шаге 4.1.1 и два других для инъекций жидкий парафин низкой вязкости, подготовленный протокол шаге 4.1.2, соответственно.
    1. Соедините шприц, содержащие глицерола к входу в середине трубы.
    2. Подключите один шприц, содержащие жидкий парафин в входе внутренняя труба, при соединении с другой впускной для очистки.
  3. Поместите устройство, подготовленную на этапе 1 протокол на инвертированным микроскопом и место кусок Kimwipe под наружной трубки поглощать утечка жидкости.
    Предупреждение: Не позволяйте утечка жидкости за пределами района Kimwipe.
  4. Установка скорости потока насосов шприца.
    Примечание: Используйте шприцевый насос соединен наружной трубы для очистки когда захваченные пузыри или капельки вокруг выхода среднего трубки. В противном случае просто оставьте насос остановился.
    1. Установите скорость потока глицерина инъекций в середине трубы Qw = 10 мкл/мин.
    2. Установите скорость потока жидкий парафин инъекционных Внутренняя трубка Qo = 30 мкл/мин.
    3. Запуск двух насосов для создания капель глицерина.
  5. Ждать ~0.5 мин, до тех пор, пока потоки стабилизируются и капель глицерина создаются равномерно на выходе среднего трубки. Затем взять видео или изображения в процессе создания дроплета.
    Примечание: Изображения в цифрах, 1В C могут быть приняты с использованием устройства, подготовленную на этапе 1, протокол во время изображения в Рисунок 3A могут приниматься с использованием устройства, подготовленный в протокол шаг 3. Остановите все насосы, как только видео или изображения взяты и сразу взять устройство от Микроскоп.
  6. Подготовьте для сбора капель высокой вязкости.
    1. Установите прибор в вертикальной плоскости с выходом указала вниз и Поставьте чашку Петри под розетки. Используйте ленту, чтобы исправить устройство в розетку ~ 2 мм выше нижней части Петри.
    2. Залейте некоторые жидкий парафин, подготовленный протокол шаге 4.1.2 в чашке Петри и просто погрузиться на выходе из устройства.
  7. Запуск двух шприцевые насосы снова на Qw = 10 мкл/мин и Qo = 30 мкл/мин и собирать капель глицерина в чашке Петри.
    Примечание: Ждать ~ 1 мин до тех пор, пока потоки стабилизируются и глицерина капель создаются равномерно на выходе наружной трубы, образ капель в чашке Петри могут быть приняты, как показано на рисунке 1 d для устройства, подготовленный в протоколе 1 , или рисунок 3B для устройства, подготовленный в протокол шаг 3.

5. генерации и сбора капель глицерина в жидкий парафин с упрощенной устройством, подготовленный на шаге 2.

Примечание: Это для принятия изображений капель глицерина, сформировавшейся под различными потока оценить соотношение Qo/Q,wи измерение соответствующий размер вариации капель для точек данных на рисунке 2.

  1. Подготовка решения для использования в эксперименте, следуя протоколу шаг 4.1.
  2. Подготовьте два 1 мл-шприцы и два насоса шприца.
    Примечание: Две шприцы для жидкостей, подготовленный в протоколе шаг 4.1: один для инъекций высокой вязкости глицерина, подготовленный протокол шаг 4.1.1, и другой для инъекций жидкий парафин низкой вязкости, подготовленный протокол шаге 4.1.2, соответственно.
    1. Соедините шприц, с 0,8 мл глицерина на входе в середине трубы.
    2. Соедините шприц, с 0,8 мл жидкого парафина на входе Внутренняя трубка.
  3. Подготовьте для сбора капель высокой вязкости.
    1. Установите прибор в вертикальной плоскости с выходом указал вниз и положить 35 мм Петри под розетки. Используйте ленту, чтобы исправить устройство в розетку ~ 2 мм выше нижней части Петри.
    2. Залейте некоторые жидкий парафин, подготовленный протокол шаге 4.1.2 в чашке Петри и просто погрузиться на выходе из устройства.
  4. Установка скорости потока насосов шприца.
    Примечание: Для каждого потока оценить соотношение в Рисунок 2, исправить скорость потока Qглицеринаw = 2 мкл/мин, при одновременном повышении расхода жидкого парафина Qo разные значения согласно требуемого расхода показатель соотношения Q o/wQ. Для каждого потока оценить соотношение ждать ~ 1 мин до тех пор, пока потоки стабилизируются и единообразных глицерина капель собраны в чашке Петри, а затем принять изображения капель.
    1. Установите скорость потока глицерина вводили в середине трубы Qw = 2 мкл/мин.
    2. Установите скорость потока жидкого парафина вводят в Внутренняя трубка Qo = 6 мкл/мин.
    3. Запуск двух насосов для создания капель глицерина.
      Примечание: Процесс создания капель можно непосредственно наблюдать с камерой мобильного телефона, или цифровой фотокамера установлена на штатив.
  5. Ждать ~ 1 мин до тех пор, пока потоки являются стабилизировалась и изменить новую Петри блюдо для сбора единообразных глицерина капель.

6. генерировать других высоковязких капельки, парафин жидкий, с помощью устройства совместно потока фазы инверсии.

Примечание: Это для изображения на рисунке 4. Все фазы Низковязкие масла, используемых в экспериментах так же, как используется в протоколе шаг 4.1.2.

  1. Используйте чистый мед в водной фазе высокой вязкости для Рисунок 4A.
  2. 6 w.t.% раствора крахмала подготовиться Рисунок 4B.
    Предупреждение: Используйте надлежащего высокотемпературных стеклянной бутылке СМИ и высокой температуры колпачок. Используйте термостойкие перчатки.
    1. Добавьте 47 g воды в 100 мл стеклянной бутылке СМИ и разместите панель переполох в бутылке.
    2. Положить бутылку в ванну с водой и установите температуру 100 ° c.
    3. Добавить 3 g порошка крахмала в горячую воду, после ванны вода достигает 100 ° C.
    4. Заглушка бутылку и держите перемешивая для ~ 4 h до тех пор, пока раствор не станет прозрачным.
    5. Подождите, пока решение не остынет до комнатной температуры перед использованием.
  3. Подготовка 10 w.t.% ПВА-124 решение Рисунок 4 c.
    Предупреждение: Используйте надлежащего высокотемпературных стеклянной бутылке СМИ и высокой температуры колпачок. Используйте термостойкие перчатки.
    1. Добавить 45 g воды в 100 мл стеклянной бутылке СМИ и положить бар переполох в бутылке.
    2. Положить бутылку в ванну с водой и установите температуру до + 70 ° C.
    3. Добавить 5 г порошка ПВА-124 в бутылку, после ванны вода достигает 70 ° C.
    4. Заглушка бутылку и держите перемешивая ~ 1 ч до тех пор, пока раствор не станет прозрачным.
    5. Подождите, пока решение не остынет до комнатной температуры перед использованием.
  4. Генерировать высокой вязкости капельки жидкого парафина.
    1. Выполните шаг 5 с помощью высокой вязкости жидкости, подготовленный на шаге 6.1-6.3, вместо глицерина в шаге 5 протокола протокол.
    2. Использовать параметры скорость потока Qw = 1 мкл/мин иo Q= 5 мкл/мин на рисунке 4.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Microfluidic капиллярного устройство с фазы инверсии, структура совместного потока был разработан для создания монодисперсных водные капельки высокой вязкости, как показано на рисунке 1A. На рисунке 1, водной фазе высокой вязкости было глицерин, который имеет вязкость ηw = 1.4 Pas; этапа Низковязкие масла был жидкий парафин, который имеет вязкость ηo = 0,029 Pas; поверхностное натяжение меж...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Фаза инверсии Сопредседатель потока устройство обеспечивает простой и прямой вперед метод для создания монодисперсных высокой вязкости капельки. Это устройство имеет аналогичную структуру общего совместного потока устройства, как структура основных совместно потока состоит из внутренней трубки вставляется в середине трубку, выход которого подключен к розетке труб. Однако есть два основных различия между фазы инверсии Сопредседатель потока и общего совместного потока устройство для поколения высокой вязкости капель с вязк...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа была поддержана Фонд национального естественных наук Китая (№ 51420105006 и 51322501). Мы благодарим Даниэля за его полезным обсуждение идеи высокой вязкости.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
VitroTubes стеклянная трубкаVitroCom8240квадратная - миниатюрная полая стеклянная трубка, внутренний диаметр = 0,4 мм, наружный диаметр = 0,8 мм
стеклянная трубка VitroTubesVitroComCV2033круглая - миниатюрная полая стеклянная трубка, внутренний диаметр = 0,2 мм, внешний диаметр = 0,33 мм
стеклянная трубка VitroTubesVitroComCV1017круглая - миниатюрная полая стеклянная трубка, внутренний диаметр = 0,1 мм, внешний диаметр = 0,17 мм
стеклянная трубка VitroTubesVitroComQ14606Квадратная - Миниатюрная полая стеклянная трубка, Внутренний диаметр = 1,05 мм + 0,1 / -0, Наружный диаметр = 1,5 мм
Стандартные стеклянные капиллярыWPI1B100-6Круглая стеклянная трубка, Внутренний диаметр = 0,58 мм, Внутренний диаметр = 1,00 мм
ГлицеринСинофарм Химический реактив Пекин10010618
Парафин ЖидкийХимический реактив Синофарм Пекин30139828
Поли(виниловый спирт), PVA-124Sinopharm Химический реагент Beijing30153084
span 80Sigma-Aldrich85548
КрахмалSigma-AldrichS9765
Трихлор(октадецил)силанSigma-Aldrich104817
толуидиновый синий OSigma-AldrichT3260
Медцеломудренное дерево мед, обыкновенный продукты питания, приобретенные в супермаркете
DEVCON 5 Minute EpoxyITW Эпоксидный клей
Тупой наконечник Дозирующие иглы из нержавеющей стали (замок Люэра)Игла Suzhou Lanbo, КитайLTA82005020G x 1/2" 
Вольфрам/карбид ScriberUllman1830Для резки стеклянных трубок
Предметные стеклаПарус Марка710176,2 мм x 25,4 мм, Толщина 1 - 1,2 мм
Полиэтиленовые трубкиScientific CommoditiesBB31695-PE/5I.D. = 0,86 мм, Наружный диаметр = 1,32 мм
Шприцевые насосыБолее длинный насос, КитайLSP01-1A3 насоса, необходимые для экспериментов

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Shah, R. K., Shum, H. C., Rowat, A. C., Lee, D., Agresti, J. J., Utada, A. S., Chu, L. Y., Kim, J. W., Fernandez-Nieves, A., Martinez, C. J., Weitz, D. A. Designer emulsions using microfluidics. Mater. Today. 11, 18-27 (2008).
  2. Park, J. I., Saffari, A., Kumar, S., Günther, A., Kumacheva, E. Microfluidic synthesis of polymer and inorganic particulate materials. Annu. Rev. Mater. Res. 40, 415-443 (2010).
  3. Heath, J. R., Ribas, A., Mischel, P. S. Single-cell analysis tools for drug discovery and development. Nat. Rev. Drug Discovery. 15, 204-216 (2016).
  4. Murphy, S. V., Atala, A. 3D Bioprinting of tissues and organs. Nat. Biotechnol. 32, 773-785 (2014).
  5. Du, G., Fang, Q., den Toonder, J. M. Microfluidics for cell-based high throughput screening platforms-a review. Anal. Chim. Acta. 903, 36-50 (2016).
  6. Ushikubo, F. Y., Oliveira, D. R. B., Michelon, M., Cunha, R. L. Designing food structure using microfluidics. Food Eng. Rev. 7, 393-416 (2015).
  7. Xu, J. H., Li, S. W., Tan, J., Wang, Y. J., Luo, G. S. Preparation of highly monodisperse droplet in a T-junction microfluidic device. AIChE Journal. 52, 3005-3010 (2006).
  8. van Steijn, V., Kleijn, C. R., Kreutzer, M. T. Flows around confined bubbles and their importance in triggering pinch-off. Phys. Rev. Lett. 103, 214501(2009).
  9. Utada, A. S., Fernandez-Nieves, A., Stone, H. A., Weitz, D. A. Dripping to jetting transitions in coflowing liquid streams. Phys. Rev. Lett. 99, 094502(2007).
  10. Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels. Appl. phys. lett. 82, 364-366 (2003).
  11. Utada, A. S., Lorenceau, E., Link, D. R., Kaplan, P. D., Stone, H. A., Weitz, D. A. Monodisperse double emulsions generated from a microcapillary device. Science. 308, 537-541 (2005).
  12. Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. Droplet microfluidics. Lab Chip. 8, 198-220 (2008).
  13. Nunes, J. K., Tsai, S. S. H., Wan, J., Stone, H. A. Dripping and jetting in microfluidic multiphase flows applied to particle and fiber synthesis. J. Phys. D: Appl. Phys. 46, 114002(2013).
  14. Cubaud, T., Mason, T. G. Capillary threads and viscous droplets in square microchannels. Phys. Fluids. 20, 053302(2008).
  15. Shestopalov, I., Tice, J. D., Ismagilov, R. F. Multi-step synthesis of nanoparticles performed on millisecond time scale in a microfluidic droplet-based system. Lab Chip. 4, 316-321 (2004).
  16. Zheng, B., Roach, L. S., Ismagilov, R. F. Screening of protein crystallization conditions on a microfluidic chip using nanoliter-size droplets. J. Am. Chem. Soc. 125, 11170-11171 (2003).
  17. Nie, Z. H., Xu, S. Q., Seo, M., Lewis, P. C., Kumacheva, E. Microfluidic production of biopolymer microcapsules with controlled morphology. J. Am. Chem. Soc. 127, 8058-8063 (2005).
  18. Abate, A. R., Kutsovsky, M., Seiffert, S., Windbergs, M., Pinto, L. F., Rotem, A., Utada, A. S., Weitz, D. A. Synthesis of monodisperse microparticles from non-Newtonian polymer solutions with microfluidic devices. Adv. Mater. 23, 1757-1760 (2011).
  19. Seo, M., Nie, Z., Xu, S., Mok, M., Lewis, P. C., Graham, R., Kumacheva, E. Continuous microfluidic reactors for polymer particles. Langmuir. 21, 11614-11622 (2005).
  20. Duncanson, W. J., Lin, T., Abate, A. R., Seiffert, S., Shah, R. K., Weitz, D. A. Microfluidic synthesis of advanced microparticles for encapsulation and controlled release. Lab Chip. 12, 2135-2145 (2012).
  21. Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. Reactions in droplets in microfluidic channels. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 7336-7356 (2006).
  22. Chen, H., Zhao, Y., Li, J., Guo, M., Wan, J., Weitz, D. A., Stone, H. A. Reactions in double emulsions by flow-controlled coalescence of encapsulated drops. Lab Chip. 11, 2312-2315 (2011).
  23. Wang, P., Li, J., Nunes, J., Hao, S., Liu, B., Chen, H. Droplet micro-reactor for internal gelation to fabricate ZrO2 ceramic microspheres. J. Am. Ceram. Soc. 100, 41-48 (2017).
  24. Chen, H., Man, J., Li, Z., Li, J. Microfluidic generation of high-viscosity droplets by surface-controlled breakup of segment flow. ACS Appl. Mater. Interfaces. 9, 21059-21064 (2017).
  25. Man, J., Li, Z., Li, J., Chen, H. Phase inversion of slug flow on step surface to form high viscosity droplets in microchannel. Appl. Phys. Lett. 110, 181601(2017).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

High viscosity DropletsMicrofluidic Capillary DevicePhase inversion Co flowDroplet MicrofluidicsGlycerol DropletsFlow Rate RatioMonodisperse DropletsLow viscosity FluidDevice FabricationDroplet Generation

Related Articles