Faz-inversiyon ortak akış yapısıyla mikrosıvısal kapiller aygıtı kullanarak yüksek viskozite damlacıkları imalatı

Bu prosedürün genel amacı, basit bir eş akışlı mikroakışkan cihazda faz ters çevirme yoluyla viskoziteleri bir pascal saniyenin üzerinde olan monodispers yüksek viskoziteli damlacıklar ve düşük viskoziteli sürekli faz üretmektir. Bu yöntem, yüksek gliserol polimer çözeltileri ve nanopartikül süspansiyonları gibi doğası gereği yüksek viskoziteli sıvıların manipülasyonu ile ilgili damlacık mikroakışkanları alanındaki temel sorunu çözebilir. Bu tekniğin ana avantajı, başlangıçta yüksek viskoziteli damlacıklardan daha kolay şekillendirilen ve kontrol edilen düşük viskoziteli damlacıklar üretmesidir.

Yüksek viskoziteli damlacıklar oluşturmak için müteakip faz versiyonu, düşük viskoziteli damlacıklar bir ortak akış yapısının çıkışından aktığında indüklenir. Prosedürü gösteren, Tsinghua Üniversitesi'nden bir yüksek lisans öğrencisi olan Bay Zhongnan Li olacak. Cihazı hazırlamaya başlamak için, iç ve dış çapı sırasıyla 580 mikrometre ve bir milimetre olan yuvarlak bir cam tüpün üç santimetre uzunluğunu kesmek için bir tungsten karbür çizici kullanın.

Bu, cihazın orta tüpünü oluşturacaktır. Cihazın iç tüpünü yapmak için, iç ve dış çapı sırasıyla 200 ve 330 mikrometre olan yuvarlak bir cam tüpün iki santimetre uzunluğunu kesin. 1,5 mililitrelik bir santrifüj tüpüne bir mililitre ODTS yerleştirin.

Orta tüpün bir ucunu 10 saniye boyunca ODTS'ye daldırın. Ardından, tüp kuruyana kadar tüpü işlenmemiş uçtan nitrojen gazı ile yıkayın. Ardından, 0,5 milimetreye 0,5 milimetrelik bir çentik kesmek için bir bıçak kullanın.

20 gauge yarım inçlik künt bir iğnenin plastik Luer göbeğinin kenarında, ikinci bir iğnenin göbeğinde 0,5 milimetreye 0,5 milimetrelik bir çentik ve bir milimetreye bir milimetrelik bir çentik kesin. Daha sonra orta tüpü, yaklaşık bir santimetre uzanan hidrofobik ODTS kaplı ucu slaydın dar ucunu geçecek şekilde standart bir cam mikroskop lamına uzunlamasına yerleştirin. İç tüpü, orta tüpün işlenmemiş ucuna yerleştirin ve iç tüpün yaklaşık bir santimetresini orta tüpün dışında bırakın.

Tüpleri sürgünün orta çizgisi boyunca yerine sabitlemek için epoksi kullanın. Daha iyi performans için, iç borunun konumunu yaklaşık olarak orta boruya konsantre olacak şekilde ayarlayın. Epoksi sertleştikten sonra, tek çentikli iğneyi, tüp çentiğe oturacak şekilde iç borunun ucuna yerleştirin.

Düşük viskoziteli yağ girişini oluşturmak için iğneyi epoksi ile yerine sabitleyin. Ardından, yüksek viskoziteli sulu çözelti girişini oluşturmak için çift çentikli iğneyi iç ve orta tüpler arasındaki bağlantının üzerine sabitleyin. İğne göbeklerini hem tüplerin etrafına hem de cam alt tabakaya kapatmak için epoksi kullanın.

Yüksek viskoziteli giriş iğnesinin alt tabakaya sıkıca oturduğundan emin olmak için orta boruyu büyük çentiğe ve iç boruyu küçük çentiğe yerleştirin. Epoksi kuruduktan sonra, cihazı tamamlamak için orta borunun hidrofobik ucunun üzerine iç çapı 0,86 milimetre olan 20 milimetre uzunluğunda bir polietilen boru yerleştirin. İşleme başlamak için, mavi boya ile renklendirilmiş 0.8 mililitre gliserolü bir mililitrelik şırıngaya çekin.

İkinci bir mililitre şırıngaya 0.8 mililitre hafif parafin yağı çekin. Gliserol şırıngayı, iç çapı 0,86 milimetre olan polietilen boru ile cihazın yüksek viskoziteli sulu çözelti girişine bağlayın. Sıvı parafin şırıngasını düşük viskoziteli yağ girişine bağlayın.

Her iki şırıngayı da şırınga pompalarına monte edin. Ardından, cihazı 35 milimetrelik bir Petri kabı üzerine dikey olarak sabitlemek için iki parmaklı bir kelepçe ve bir laboratuvar standı kullanın. Cihaz konumunu, çıkış borusunun ucu yemeğin altından yaklaşık iki milimetre yukarıda olacak şekilde ayarlayın.

Cihaz çıkışını daldırmak için Petri kabına yeterince sıvı parafin dökün. Aynı miktarda sıvı parafini ikinci bir 35 milimetrelik Petri kabına ekleyin. Gliserol şırınga pompası akış hızını dakikada iki mikrolitreye ayarlayın.

Sıvı parafin şırınga pompası akış hızını dakikada altı mikrolitreye ayarlayın. Gliserol damlacıklarını oluşturmaya başlamak için her iki pompayı da çalıştırın. İstenirse damlacık oluşumunu bir kamera ile izleyin.

Gliserol ve sıvı parafin akışlarının, tek tip gliserol damlacıkları oluşturacak kadar stabilize olması için yaklaşık bir dakika bekleyin. Ardından, düzgün damlacıkları toplamak için cihaz çıkışının altındaki Petri kabını ikinci sıvı parafin dolu kap ile değiştirin. Monodispers gliserol damlacıkları, 200 veya 500 mikrometre çapa sahip orta tüplere sahip faz ters çevirme ko-akış cihazları tarafından üretildi.

Monodispers damlacıklar ayrıca bal, bir nişasta çözeltisi ve bir polivinil alkol çözeltisi dahil olmak üzere diğer yüksek viskoziteli sıvılardan da üretildi. Dakikada sırasıyla 30 ve 10 mikrolitre yağ ve gliserol akış hızlarına sahip 500 mikrometre cihazı tarafından üretilen gliserol damlacıklarının ortalama çapı 521 mikrometredir. 200 mikrometre cihazı tarafından aynı akış hızlarında üretilen gliserol damlacıklarının ortalama çapı 212 mikrometredir.

Gliserol damlacıklarının boyutunun, yağ akış hızının gliserol akış hızına oranındaki değişikliklerle değiştiği bulundu. Gliserol akış hızını sabit tutarken yağ akış hızını artırmak, partikül boyutunda bir azalmaya neden oldu. Bu videoyu izledikten sonra, bir faz ters çevirme ortak akış cihazı ile monodispers yüksek viskoziteli damlacıkların nasıl yapıldığını iyi anlamış olmalısınız.

Yaygın ko-akış cihazlarının aksine, faz ters çevirme ko-akış cihazını yapmak için iç cam kılcal damarı keskin bir uca kadar inceltmeniz gerekmez. Faz ters çevirme ortak akış cihazı, 12 pascal saniyeye kadar dinamik viskozitelere sahip yüksek viskoziteli damlacıklar oluşturmak için kullanılabilir. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik uygun şekilde yapılırsa 30 dakika içinde yapılabilir.