微流控微液滴发生器实验平台

微滴发生器芯片简介

微流控微滴发生器是生成可再生的小型化液滴的好工具，将两种互不相溶的液体，以其中一个作为连续相，另外一个作为分散相，就可以形成“微滴发生器”与传统方法相比，具有更高的精度和可重复性。

通过调整相对粘度、表面张力和速度等因素，在分散相和连续相作用下，几乎可以得到任何尺寸的液滴。水包油(O/W)液滴可以直接使用玻璃芯片，油包水液滴(W/O)在玻璃微通道中形成疏水涂层，这样防止水滴附着在通道壁上。

目前具有“T”字和“十”字两类标准微滴芯片。微滴芯片类型的选择基于流体的种类和产量需求，一般来讲，在需要高通量液滴时，建议选择“T”字芯片。微滴的大小的影响因素有很多，在具体选择时，还需要进行综合的考量：

ü  微通道的尺寸、几何形状、润湿性质

ü  进样系统的精度和稳定性

ü  每种流体的流速、相对流速、总流速

ü  连续相和分散相流体的物理性质

ü  表面活性剂的类型和浓度

此外，微滴发生器还可以替代传统的大规模批量生产过程，得到高通量单分散的液滴，被广泛运用在医药、化妆品、食品等行业。高精度的玻璃深加工技术，结合高精度微通道表面和尺寸处理，确保了高品质的产品与批量生产的需求。

微滴发生器作为一个实验工具，不仅容易搭建系统，而且为研究工作提供一个通用平台，在确定的生产速率条件下，提供合成高通量、单分散液滴的方法，玻璃材质微滴发生器的主要功能：

l  自定义生成液滴尺寸范围

l  良好的惰性材料

l  良好的透光性能

l  易于大规模集成

目前常用的标准微滴发生器芯片主要有两种：“十”字芯片和“T”字芯片。

在十字芯片中，分散相被连续相以光束聚焦的方式剪切；而在T字芯片中主要依靠横向流动剪切和纵向流动剪切。下图是十字芯片和T字芯片在微通道结构上的对比：

在芯片的整体尺寸以及内部结构尺寸方面，十字芯片和T字芯片类似，详细尺寸数据如下表所示：

定制微滴发生器芯片

拥有超过10年的科研和工业微流控芯片制造经验，提供微流控芯片个性化定制服务，由技术工程师进行设计和加工，提供芯片定制较大的自由度和广泛的可能性，定制玻璃芯片流程如下：

①客户提供基于CAD图纸、简单草图或者书面说明等提出定制芯片需求，单个模板支持4种不同芯片规格设计；

②中国区授权合作伙伴（北京燕京电子有限公司）提供芯片定制相关资料和报价；

③客户确定加工以后，由芯片设计专家将设计理念转化为CAD图纸；

④CAD图纸的设计完成之前，然后与客户进行确认，输出CAD图纸；

⑤之后的交货期在4-5周。

微滴尺寸大小的影响因素

微滴尺寸的大小、均一性、分散性等评价指标与众多因素息息相关，需要综合考量各个因素的影响，进而确定产品配置。

流速稳定性的影响

生成单分散液滴的一个关键因素是流体速度的稳定性，为了获得稳定的液滴生成速率，从流速切换到获得低分散度的液滴的切换时间须是快速的，这个时间主要依靠进样系统，传统注射泵的响应时间在2min左右，再加上脉冲效应，在糟糕的情况下需要10min以上，而MFCS压力驱动进样系统可保证在40ms以内完成流速的切换，并且无脉冲效应。一旦流体的流速确定以后，系统也就随之稳定下来，生成的液滴尺寸仅仅在很小的范围内变化，此外，还可以通过缩短毛细管的长度来降低液滴生成的稳定时间。

流速比例的影响

依靠流速比例的变化控制液滴尺寸，是一个行之有效的技术，具有操作简单、可重复性的特点，分散相的流速越大，产生的液滴尺寸越大，连续相流速越大，产生液滴尺寸越小。微滴发生器会有一个使用限制条件，太慢的流速导致液滴生成停止，而过快的流速导致连续相和分散相平行而无法生成液滴。

液滴的尺寸和产率之间非常相关，对于一个特定的微流控装置，液滴的尺寸越小，液滴的产率越高，液滴尺寸的下限基于微通道的物理尺寸和几何形状。

整体流速的影响

总的流速增加，导致液滴产率增加，当总体流速达到出现层流以至于无法形成液滴时，就是整体流速的zui大值，也是液滴产率的上限。

流体种类的影响

影响液滴尺寸和产率的关键因素是连续相和分散相，流体的选择一般依据具体的研究内容，为了确保形成良好的液滴，两相不混溶是非常必要的，同时，粘性高的流体不建议使用小通道，因为高粘性的流体倾向于形成更大的液滴。

表面润湿性能的影响

流体与微通道之间的接触角是确定连续相润湿稳定性的关键，未添加涂层的玻璃芯片是亲水的，适合形成油滴；添加含氟聚合物疏水图层以后，适合形成水滴。

表面活性剂的影响

在1%-5%v/v非常低的浓度范围内，，加入表面活性剂，提高产生液滴的稳定性，减少液滴的团聚，表面活性剂的选择主要依据液滴的成分：

油滴：Span 80 and Triton X-100

水滴：Tween 80 and SDS

典型的微滴发生器实验平台由2通道微流体进样系统、储液池、芯片、芯片夹具、毛细管及连接件、过滤器、微滴收集器组成。针对制备微滴尺寸在10μm-500μm范围内，需要整体考虑平台的组成部分匹配问题。