微流控漫談系列之圖解液滴微流控技術
圖解液滴微流控技術
微液滴具有體積小、比表面積大、速度快、通量高、大小均勻、體系封閉、內部穩定等特性，在藥物控釋、病毒檢測、顆粒材料合成、催化劑等領域中均有重要應用。微流控技術的發展為微液滴生成中實現尺寸規格、結構形貌和功能特性等的可控設計和精確操控提供了全新平臺。
本文還是采用以圖片展示為主，結合相關文字講解，液滴微流控技術的特點，原理以及應用領域。從而幫助大家了解認識液滴微流控技術，并在各自研究領域應用液滴微流控技術。
01
什么是液滴微流控技術
微液滴技術是在微尺度通道內，利用流動剪切力與表面張力之間的相互作用將連續流體分割分離成離散的納升級及以下體積的液滴的一種微納技術。
02
液滴微流控技術特點
液滴微流技術特點具有，液滴體積微小，尺寸可達納升甚至飛升范圍，比表面積非常大；液滴依靠微流體技術，可以快速生成大量的液滴；每個液滴大小均勻；液滴之間彼此分離，狀態穩定，避免交叉污染；液滴具有很好的單分散性，濃度相同，反應一致。
03
微流控液滴生成方法
基于微流控體系的液滴生成方法中，最常用的有主動式和被動式兩種。在主動式中，主要采用諸如光控、電動、磁場和微閥等外場驅動力實現液滴生成。相比主動式而言，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。
被動式微流控液滴生成方法
04
微流控液滴的基本操作
常見微液滴的基本操作主要包括：A 液滴融合；B 液滴分裂; C 液滴內部混合; D 液滴捕獲和存儲。
05
微流控液滴的應用-材料學方面
微球制作過程
Yang 等利用微流控技術在光聚合作用下合成了直徑約為3.3-3.7mm的低密度海綿狀微殼，并研究了在光敏聚合作用中單體濃度和照明時間對聚二乙烯基苯微殼結構和性能的影響。發現聚二乙烯基苯微殼的孔隙體積和平均孔隙直徑隨著單體濃度和照明時間的增加而減少。該研究對實現毫米尺度聚二乙烯基苯微殼的最優化以及激光融合實驗或ICF靶目標芯軸的具體應用有重要指導意義。
06
微流控液滴的應用-生物醫學方面
液滴微流控技術應用于分子診斷免疫檢測和病毒感染性檢測
左圖為，Jae-Won Choi運用氣動微泵裝置建立了用于生物標志物液滴微流控熒光偏振免疫分析平臺，成功檢測牛奶中牛血管生成素的含量。
右圖為，Ye Tao研發了一種基于微液滴技術并結合空斑試驗和實時定量PCR技術的微流控系統，用于實現對病毒感染性的快速、低成本和高精度定向檢測。
經過多年的發展，基于微尺度流體優異的流動操作特性以及微流控系統裝配結構的多樣性，微流控液滴技術在生命科學及醫藥分析領域的研究中也發揮了巨大的作用。
07
微流控液滴的應用-食品加工方面
左圖為,?Okushima等通過包含兩個連續T型結構的微通道，利用“兩步式”液滴生成法合成了單分散性W/O/W型雙重微乳滴，并通過調節內/外部液滴的分裂速率實現對液滴內部包含微乳滴數目的精確調控。
右圖為, Ren等采用微流控法合成液滴后，在下游添加交聯劑水溶液使得生物高聚物和交聯離子在水、油流柱的交界面發生反應實現凝膠化，制備包裹油核的單分散海藻酸鹽膠囊。
通過微流控液滴技術可獲得微乳滴、固態脂質微顆粒、自組裝體以及包含一個或多個內核的微膠囊等多種類型的食品結構。
08
液滴微流控展望
液滴微流控技術近年來發展迅速，為材料學、化學、生命科學與醫學等領域的基礎與應用研究提供了一個有力平臺。然而，液滴微流控技術目前還存在一些挑戰，例如不同樣品之間的切換、油相和水相中表面活性劑對液滴反應和檢測的影響、液滴與液滴之間的相互污染等問題均沒有得到較好的解決，理論指導極為缺乏。隨著該領域研究的不斷深入，這些問題將逐步得到解決，液滴微流控的應用前景也將變得更加廣闊。
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綜述
