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

Общая цель этой процедуры заключается в получении монодисперсных высоковязких капель с вязкостью более одного паскаль секунды и непрерывной фазой с низкой вязкостью путем инверсии фазы в простом микрофлюидном устройстве с совместным потоком. Этот метод может решить ключевую проблему в области капельной микрофлюидики, связанную с манипулированием высоковязкими жидкостями, такими как полимерные растворы с высоким содержанием глицерина и суспензии наночастиц. Основное преимущество этого метода заключается в том, что изначально он генерирует капли с низкой вязкостью, которые легче формировать и контролировать, чем капли с высокой вязкостью.

Последующий вариант фазирования для получения капель с высокой вязкостью индуцируется, когда капли с низкой вязкостью вытекают из выхода из структуры с сопотоком. Демонстрировать процедуру будет г-н Чжуннань Ли, аспирант Университета Цинхуа. Чтобы начать подготовку устройства, с помощью начертателя из карбида вольфрама вырежьте трехсантиметровую длину круглой стеклянной трубки с внутренним и внешним диаметром 580 микрометров и один миллиметр соответственно.

Так будет формироваться средняя трубка устройства. Чтобы сделать внутреннюю трубку устройства, вырежьте двухсантиметровую длину круглой стеклянной трубки с внутренним и внешним диаметром 200 и 330 микрометров соответственно. Поместите один миллилитр ODTS в центрифужную пробирку объемом 1,5 миллилитров.

Погрузите один конец средней трубки в ODTS на 10 секунд. Затем промойте трубку газообразным азотом с необработанного конца, пока трубка не высохнет. Далее с помощью лезвия вырежьте насечку 0,5 миллиметра на 0,5 миллиметра.

На краю пластиковой ступицы Люэра полудюймовой тупой иглы 20 калибра вырежьте выемку 0,5 миллиметра на 0,5 миллиметра и выемку диаметром один миллиметр на один миллиметр прямо напротив друг друга на ступице второй иглы. Затем поместите среднюю трубку вдоль на стандартное предметное стекло микроскопа с гидрофобным покрытием ODTS, проходящим примерно на один сантиметр через узкий конец предметного стекла. Вставьте внутреннюю трубку в необработанный конец средней трубки, оставив около одного сантиметра внутренней трубки за пределами средней трубки.

Используйте эпоксидную смолу, чтобы зафиксировать трубки на месте вдоль центральной линии предметного стекла. Для лучшей производительности отрегулируйте положение внутренней трубки так, чтобы оно было примерно сосредоточено на средней трубе. После того, как эпоксидная смола схватится, поместите иглу с одинарной насечкой на конец внутренней трубки так, чтобы трубка поместилась в выемку.

Зафиксируйте иглу на месте эпоксидной смолой, чтобы образовался вход масла с низкой вязкостью. Затем закрепите иглу с двойным насечком над соединением между внутренней и средней трубками, чтобы образовался вход водного раствора высокой вязкости. Используйте эпоксидную смолу для герметизации ступиц игл как вокруг трубок, так и на стеклянной подложке.

Чтобы впускная игла с высокой вязкостью прочно сидела на подложке, установите среднюю трубку в большую выемку, а внутреннюю — в маленькую. После того, как эпоксидная смола высохнет, установите полиэтиленовую трубку длиной 20 миллиметров с внутренним диаметром 0,86 миллиметра на гидрофобный конец средней трубки, чтобы завершить устройство. Чтобы начать процесс, наберите 0,8 миллилитра глицерина, подкрашенного синим красителем, в одномиллилитровый шприц.

Наберите 0,8 миллилитра легкого парафинового масла во второй одномиллилитровый шприц. Подсоедините глицериновый шприц к входному отверстию водного раствора высокой вязкости устройства через полиэтиленовую трубку с внутренним диаметром 0,86 миллиметра. Подсоедините шприц с жидким парафином к входу масла с низкой вязкостью.

Установите оба шприца на шприцевые насосы. Затем с помощью зажима для двух пальцев и лабораторной стойки закрепите устройство вертикально над 35-миллиметровой чашкой Петри. Отрегулируйте положение устройства так, чтобы конец выпускной трубки находился примерно на два миллиметра выше дна посуды.

Налейте в чашку Петри достаточно жидкого парафина, чтобы просто погрузить устройство на выход. Добавьте такое же количество жидкого парафина во вторую 35-миллиметровую чашку Петри. Установите скорость потока глицеринового шприцевого насоса на два микролитра в минуту.

Установите расход насоса жидкого парафинового шприца на шесть микролитров в минуту. Запустите оба насоса, чтобы начать генерацию капель глицерина. При желании отслеживайте генерацию капель с помощью камеры.

Подождите около минуты, пока потоки глицерина и жидкого парафина стабилизируются настолько, чтобы образовать равномерные капли глицерина. Затем поменяйте чашку Петри под выходное отверстие устройства на вторую жидкую чашку, наполненную парафином, чтобы собрать равномерные капли. Монодисперсные капли глицерина были получены с помощью устройств с инверсионным сотоком с промежуточными трубками диаметром 200 или 500 мкм.

Монодисперсные капли также образовывались из других высоковязких жидкостей, включая мед, раствор крахмала и раствор поливинилового спирта. Капли глицерина, генерируемые 500-микрометровым устройством со скоростью потока масла и глицерина 30 и 10 микролитров в минуту соответственно, имели средний диаметр 521 микрометр. Капли глицерина, генерируемые 200-микрометровым устройством при той же скорости потока, имели средний диаметр 212 микрометров.

Установлено, что размер капель глицерина изменяется при изменении соотношения скорости потока масла к скорости потока глицерина. Увеличение расхода масла при сохранении постоянного расхода глицерина приводило к уменьшению размера частиц. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как изготавливать монодисперсные высоковязкие капли с помощью устройства с фазовой инверсией.

В отличие от обычных устройств co-flow, вам не нужно сужать внутренний стеклянный капилляр до острого кончика, чтобы сделать устройство co-flow с фазовой инверсией. Устройство с инверсией фазы может быть использовано для генерации капель с высокой вязкостью с динамической вязкостью до 12 паскальских секунд. После освоения этой техники ее можно выполнить за 30 минут, если она выполнена правильно.