位相反転共同フロー構造を有するマイクロ流体デバイスをキャピラリーを用いた加工の高粘度液滴
Summary
1 Pa は、液滴マイクロ流体システムで実現することは困難である上径高粘度液滴を生成する位相反転共同フロー デバイスを示します。
Abstract
粘度の高い単分散液滴の生成液滴マイクロ流路中の挑戦をされている常に。ここでは、粘度の低い流体で均一の高粘度液滴を生成する位相反転共同フロー デバイスを示します。マイクロ流体キャピラリー デバイスより広いチューブに接続する出口と共通の共同フロー構造を持っています。低粘度流体の細長い水滴最初共同流れ構造の高粘度流体によってカプセル化されます。位相反転は後続の逆の結果、出口の先端に低粘度液滴付着によるを誘導し, 細長い低粘度液滴粘度の低い流体で接液するのに扱われます、出口を通過高粘度流体のカプセル化。結果高粘度液滴の大きさは、高粘度流体の低粘度流体の流れ率比を変更することによって調整できます。グリセリンや蜂蜜、澱粉、高分子溶液などの 11.9 Pas まで粘度高粘度液滴の生成のいくつかの典型的な例を示します。メソッドは、さまざまな材料の合成、ドラッグデリバリー、細胞アッセイ、バイオ エンジニア リング、食品などの液滴ベースのアプリケーションで使用されるかもしれない単分散高粘度液滴を生成するシンプルで簡単なアプローチを提供します。エンジニア リング。
Introduction
液滴の生成はドラッグデリバリー、材料合成、3 D バイオプリンティング、細胞アッセイ、食品工学1,2,3、4などのアプリケーションのさまざまな重要な技術になって,5,6t 字路7、8、マイクロ流体デバイス共同フロー1,9、または10,11構造の流れ中心の径を生成に使用される広く。片面乳剤のしぶき。粘性の連続相の選択滴12の形成を促進し、両方連続で分散した流体の粘度は一般的液滴マイクロ130.1 Pa 以下。ただし、多くのアプリケーションで分散相があります粘度いくつかグリセロール14などの水の百倍以上ナノ粒子15、タンパク質16、またはポリマー17を含む溶液,18,19、高粘度流体の安定した政権11マイクロ流体デバイス、特に粘性η > 1 Pa·s14 の流体を滴下から直接単分散液滴を達成するために困難ですが、17,18,19。さらに、それは報告された13,18典型的なマイクロ液滴形成法が比較的低粘度で安定した滴り均一液滴を形成する適度な界面張力の流体を必要とすることをされています。政権。
粘度 0.1 Pa よりわずかに大きい分散相、典型的な t 字路、共同のフロー、またはマイクロ流体デバイスのフロー中心のしぶきの形成を容易にするいくつかのアプローチがあります: (1) 減少分散の粘度揮発性溶剤11,20; の希釈による相(2) 連続相1,11; の粘度を高めることによって分散-に連続粘度比を減少させる(3) 高分散した連続流量率比14,19を維持しながら、非常に低い値に分散相の流量を減少させます。ただし、これらのアプローチは彼らは揮発性の溶剤や連続相の消費を劇的に上げながら生産率を下げる大幅にはるかに高い粘度を持つ液体のための実用的ではありません。加えて、 η > 1 Pa·s による高粘度高分子溶液のいくつかまだを破壊しないこと液滴に17,19上記アプローチが報告されています。
容易に高粘度液滴生成システムに流体の第 3 段階を紹介するマイクロ流体デバイスのいくつかの改良設計もあります。技術革新を含める: 液滴21dipsersed 相と連続相18日の中間段階として導入、適度な粘度と不混和引率流体にジェッティング スレッドをカットする導入された気泡と2 低粘度前駆体21,22,23から高粘度液滴を生成する導入されたマイクロリアクター。ただし、1 つのより多くの液体は、プロセスに関与している、システムがより複雑になる、デバイスの通常単一エマルジョン液滴の生成の典型的なデバイスよりもはるかに狭い流領域で動作します。
Η > 1 Pa·s、表面制御位相反転方式と高粘度流体から直接水滴がされている単分散を生成するには、24を調べた。低粘度液滴の生成は高粘度液滴12のそれよりはるかに簡単、高粘度の連続相の細長い低粘度液滴がまず典型的な共同フロー構造を使用して生成されます、ため分割下流共同流れ構造の表面濡れ性の変化。位相反転が完了するようにリリースされた低粘度流体には液滴に下流の高粘度流体逆にカプセル化します。位相反転機構によると単分散高粘度液滴は共同流量装置の出口を低粘度液で湿らせたことを扱いより広いチューブ24 に接続しながら典型的な共同フロー デバイスに基づいて生成することができます。 ,25。
Protocol
Representative Results
Discussion
位相反転共同フロー デバイスは、単分散高粘度液滴を生成するシンプルでストレート forward メソッドを提供します。このデバイスは、基本的な共同流れ構造成っているうち出口出口管に接続されている中央の管に挿入されるインナー チューブ共同流れの共通のデバイスに同じような構造です。ただし、粘性η > 1 Pa·s の高粘度液滴生成の位相反転共同フロー デバイスと共通の共同フロ…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、中国の国家自然科学基金 (51420105006, 51322501 番) によって支えられました。ダニエルは、高粘度のアイデアの彼の役に立つ議論を感謝いたします。
Materials
| VitroTubes Glass Tubing | VitroCom | 8240 | Square – Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=0.4mm, OD=0.8mm |
| VitroTubes Glass Tubing | VitroCom | CV2033 | Round – Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=0.2mm, O.D.=0.33mm |
| VitroTubes Glass Tubing | VitroCom | CV1017 | Round – Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=0.1mm, O.D.=0.17mm |
| VitroTubes Glass Tubing | VitroCom | Q14606 | Square – Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=1.05mm+0.1/-0, OD=1.5mm |
| Standard Glass Capillaries | WPI | 1B100-6 | Round – Glass Tubing, I.D.=0.58mm, O.D.=1.00mm |
| Glycerol | Sinopharm Chemical Reagent Beijing | 10010618 | |
| Paraffin Liquid | Sinopharm Chemical Reagent Beijing | 30139828 | |
| Poly(vinyl alcohol), PVA-124 | Sinopharm Chemical Reagent Beijing | 30153084 | |
| Span 80 | Sigma-Aldrich | 85548 | |
| Starch | Sigma-Aldrich | S9765 | |
| Trichloro(octadecyl)silane | Sigma-Aldrich | 104817 | |
| Toluidine Blue O | Sigma-Aldrich | T3260 | |
| Honey | Chaste tree honey, common food product purchased from supermarket | ||
| DEVCON 5 Minute Epoxy | ITW | Epoxy glue | |
| Blunt Tip Stainless Steel Dispensing Needles (Luer Lock) | Suzhou Lanbo Needle, China | LTA820050 | 20G x 1/2" |
| Tungsten/Carbide Scriber | Ullman | 1830 | For cutting glass tubing |
| Microscope Slides | Sail Brand | 7101 | 76.2 mm x 25.4 mm, Thickness 1 – 1.2 mm |
| Polyethylene Tubing | Scientific Commodities | BB31695-PE/5 | I.D. = 0.86 mm, O.D. = 1.32 mm |
| Syringe Pumps | Longer Pump, China | LSP01-1A | 3 pumps needed for the experiments |
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