微流控微液滴制備及系統集成
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微流控微液滴制備及系統集成

微流控液滴技術是近年來在微流控芯片上發展起來的一種研究幾微米至幾百微米尺度范圍內微液滴的生成、操控及應用的新技術。微液滴常作為微反應器,實現生化反應、試劑快速混合以及微顆粒合成等,極大地強化了微流控芯片的低消耗、自動化和高通量等優點。隨著微機電系統(MEMS)的不斷發展,微流控液滴技術被廣泛應用于藥物傳輸、生物工程、疾病防護、化學分析、細胞研究和功能材料合成等諸多領域。



微流控法制備微液滴主要是利用互不相容的兩種液體分別作為連續相和離散相,在固定體積流率的驅動泵的推動下各自進入不同的微通道,當兩股流體在交叉點處相遇后,離散相流體繼續延伸形成“塞狀或“噴射狀”的液柱后在連續相流體的剪切和擠壓作用下而被夾斷,以微小體積(10-5 ~ 10-9L)單元的形式分散于連續相中形成液滴。

 

目前,基于微流控微液滴的生成方法中,最常用的有主動式和被動式兩種。在主動式中,主要采用如熱量、氣壓、壓電、微閥和磁場等外場驅動力實現液滴生成。在被動方式中,被動生成方法無需施加外場作用,直接利用微通道幾何結構的限制促使流場交界面發生變形、界面不穩定性增加,從而生成離散相液滴。被動式液滴生成技術不僅可以生成大小均一、單分散度好、空間分布均勻(微液滴尺寸分布的標準偏差小至 1% ~ 3% )的連續液滴串,還能有效避免外界作用干擾,消除交叉污染。根據材料和微通道結構的不同,在被動式中微流控裝置中生成微液滴的裝置如下圖所示。


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如下以“十”字型結構的PDMS微液滴芯片為例,介紹油包水液滴。PDMS芯片結構如下圖一所示,利用驅動泵推動連續相(石蠟油含3%的span80 v/v)和分散相(過濾后的去離子水)進入PDMS的通道內,在“十”字型結構處生成液滴,如下圖二所示。


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圖一 “十”字型PDMS微液滴芯片


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圖二 “十”字型結構處生成的油包水微液滴



通過改變PDMS芯片通道的尺寸和"十"字交叉處的結構以及驅動力的大小可以改變微液滴的粒徑尺寸和生成頻率。如果采用液體流速控制的方式,可以長時間的獲得粒徑均勻的微液滴。

如果發現實驗所制備的微液滴不穩定或不均勻可從以下幾個方面考慮:

(1)芯片通道的形狀和尺寸

(2)流體驅動的穩定性

(3)每個流體的流速,相對流速和總流速

(4)通道潤滑性——親水還是疏水

(5)連續相和分散相液體的混容性

(6)表面活性劑的類型和濃度


液滴產生套裝:專門用于滿足研究人員最常見的液滴生成需求
主要特點:
(1)高達10000個/秒
(2)液體流量:0.1 μL/min到5 mL/min
(3)液滴尺寸分散:0.3%
(4)液滴含量的變化:100 ms


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憑借基于壓電技術的性能優異的微流體壓力控制器OB1和高精密熱式流量傳感器MFS或寬范圍高精度科式流量傳感器BFS(直接測量,無需校準),您可以在您微流體芯片通道內產生微液滴并控制微液滴的運動狀態如液滴產生、液滴運動或液滴靜止等。如下視頻展示了OB1壓力控制器操控微液滴產生和運動停止的行為狀態。












微流體液滴產生的系統集成

微流體液滴或多重乳液滴的產生裝置可以集成到您已有的設備系統里面,與光學檢測、電學檢測、PCR檢測、電化學檢測、質譜檢測等形成完備的實驗系統。依賴各個儀器提供的API接口,您可以采用C++、LabVIEW、MATLAB、Python等重新編寫您需要的操作軟件界面,實現您自定義的實驗操作過程。

Elveflow提供用于系統集成的微型多通道壓力&真空控制器OB1-OEM和低流量流量傳感器MFS,同時提供SDK開發包。您可以用您喜歡的編程語言(C++、LabVIEW、MATLAB、Python)重新定制您喜愛的操作界面。


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OB1-OEM壓力&真空控制器的外形體積大約70mm (L)×150mm (W)×70mm (H),默認支持4個壓力輸出通道。壓力輸出通道的量程可從0~200mbar,0~2000mbar,0~8000mbar,-900~1000mbar和-900~6000mbar五個量程范圍內任意集成,從而解決了您需要的正壓或正負壓壓力輸出的實驗需求。

OB1-OEM多通道壓力&真空控制器的規格參數和常規的操作軟件ESI界面如下所示。


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液滴微流控的最佳驅動泵是什么類型的泵?

——壓力驅動泵




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