微液滴的生成方式

目前,基于微流控體系的液滴生成方法中,最常用的有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。在主動(dòng)式中,主 要采用諸如熱量、氣壓、壓電、微閥和磁場(chǎng)等外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)液滴生成。相比主動(dòng)式而言,被動(dòng)生成方法 無(wú)需施加外場(chǎng)作用,直接利用微通道幾何結(jié)構(gòu)的限制促使流場(chǎng)交界面發(fā)生變形、界面不穩(wěn)定性增加,從而生成離散相液滴。被動(dòng)式液滴生成技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)偏差小至 1% ~ 3% )的連續(xù)液滴串,還能有效避免外界作用干擾,消除交叉污染。根據(jù)材料和通道結(jié)構(gòu)的不同,在被動(dòng)式中微流控裝置主要分為以下3類。

基于PDMS材料加工而成的微流控裝置

主要特征是成本較低、制作簡(jiǎn)便,構(gòu)建的通道結(jié)構(gòu)靈活多變,對(duì)UV光的投射性好,擁有獨(dú)特的彈塑性,能與載玻片和曲面基板進(jìn)行面接觸。主要用于合成球形顆粒、多相結(jié)構(gòu)顆粒(Janus 顆粒)和截面形狀可變的二維擠壓式非球形顆粒。但是,PDMS 在非極性溶劑中的溶脹作用是妨礙其應(yīng)用的主要因素。根據(jù)PDMS基微流控裝置幾何結(jié)構(gòu)的差異以及液相流體流動(dòng)方向的不同,微液滴的生成可分為以下5種基本形式: (1)二維擠壓結(jié)構(gòu); (2)T型微通道; (3)流動(dòng)聚焦型微通道; (4)共聚焦型微通道; (5)Y 型微通道。

采用毛細(xì)玻璃管搭建的微流控裝置

根據(jù)嵌套結(jié)構(gòu)的多樣性又可分為單乳液滴和復(fù)乳液滴兩種結(jié)構(gòu)。當(dāng)離散相通過(guò)玻璃管進(jìn)入主通道時(shí),兩相界面在被同向引入的連續(xù)相剪切力作用下出現(xiàn)由表面張力引發(fā)Plateau-Rayleigh不穩(wěn)定性,失穩(wěn)后形成液滴。該結(jié)構(gòu)主要用于生成核鄄殼或多重乳液包裹的復(fù)合結(jié)構(gòu)微粒。其主要缺點(diǎn)是對(duì)毛細(xì)管的制造技術(shù)要求較高,且不適于生成二維結(jié)構(gòu)的擠壓顆粒。          

基于臺(tái)階式結(jié)構(gòu)的液滴生成裝置

離散相沿板塊中間的小孔流入微通道,在流經(jīng)臺(tái)階處時(shí)迅速膨脹成橢圓形小液滴,到達(dá)臺(tái)階末端后與收集渠中的連續(xù)相接觸,在兩相界面張力的作用下,轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐我旱?。這種結(jié)構(gòu)可控性差,且不適于生成復(fù)雜結(jié)構(gòu)/功能的微乳液滴,故應(yīng)用范圍的靈活性受到極大制約。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和玻璃片等也可用于構(gòu)建微流控裝置,但其應(yīng)用范圍沒(méi)有PDMS和毛細(xì)玻璃管普遍。