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微滴發(fā)生器芯片簡介

微流控微滴發(fā)生器是生成可再生的小型化液滴的好工具，將兩種互不相溶的液體，以其中一個作為連續(xù)相，另外一個作為分散相，就可以形成“微滴發(fā)生器”與傳統(tǒng)方法相比，具有更高的精度和可重復(fù)性。

通過調(diào)整相對粘度、表面張力和速度等因素，在分散相和連續(xù)相作用下，幾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層，這樣防止水滴附著在通道壁上。

目前具有“T”字和“十”字兩類標準微滴芯片。微滴芯片類型的選擇基于流體的種類和產(chǎn)量需求，一般來講，在需要高通量液滴時，建議選擇“T”字芯片。微滴的大小的影響因素有很多，在具體選擇時，還需要進行綜合的考量：

ü微通道的尺寸、幾何形狀、潤濕性質(zhì)

ü進樣系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性

ü每種流體的流速、相對流速、總流速

ü連續(xù)相和分散相流體的物理性質(zhì)

ü表面活性劑的類型和濃度

此外，微滴發(fā)生器還可以替代傳統(tǒng)的大規(guī)模批量生產(chǎn)過程，得到高通量單分散的液滴，被廣泛運用在醫(yī)藥、化妝品、食品等行業(yè)。高精度的玻璃深加工技術(shù)，結(jié)合高精度微通道表面和尺寸處理，確保了高品質(zhì)的產(chǎn)品與批量生產(chǎn)的需求。

微滴發(fā)生器作為一個實驗工具，不僅容易搭建系統(tǒng)，而且為研究工作提供一個通用平臺，在確定的生產(chǎn)速率條件下，提供合成高通量、單分散液滴的方法，玻璃材質(zhì)微滴發(fā)生器的主要功能：

l自定義生成液滴尺寸范圍

l良好的惰性材料

l良好的透光性能

l易于大規(guī)模集成

目前常用的標準微滴發(fā)生器芯片主要有兩種：“十”字芯片和“T”字芯片。

在十字芯片中，分散相被連續(xù)相以光束聚焦的方式剪切；而在T字芯片中主要依靠橫向流動剪切和縱向流動剪切。下圖是十字芯片和T字芯片在微通道結(jié)構(gòu)上的對比：

在芯片的整體尺寸以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸方面，十字芯片和T字芯片類似，詳細尺寸數(shù)據(jù)如下表所示：

定制微滴發(fā)生器芯片

擁有超過10年的科研和工業(yè)微流控芯片制造經(jīng)驗，提供微流控芯片個性化定制服務(wù)，由技術(shù)工程師進行設(shè)計和加工，提供芯片定制較大的自由度和廣泛的可能性，定制玻璃芯片流程如下：

①客戶提供基于CAD圖紙、簡單草圖或者書面說明等提出定制芯片需求，單個模板支持4種不同芯片規(guī)格設(shè)計；

②中國區(qū)授權(quán)合作伙伴（北京燕京電子有限公司）提供芯片定制相關(guān)資料和報價；

③客戶確定加工以后，由芯片設(shè)計專家將設(shè)計理念轉(zhuǎn)化為CAD圖紙；

④CAD圖紙的設(shè)計完成之前，然后與客戶進行確認，輸出CAD圖紙；

⑤之后的交貨期在4-5周。

微滴尺寸大小的影響因素

微滴尺寸的大小、均一性、分散性等評價指標與眾多因素息息相關(guān)，需要綜合考量各個因素的影響，進而確定產(chǎn)品配置。

流速穩(wěn)定性的影響

生成單分散液滴的一個關(guān)鍵因素是流體速度的穩(wěn)定性，為了獲得穩(wěn)定的液滴生成速率，從流速切換到獲得低分散度的液滴的切換時間須是快速的，這個時間主要依靠進樣系統(tǒng)，傳統(tǒng)注射泵的響應(yīng)時間在2min左右，再加上脈沖效應(yīng)，在糟糕的情況下需要10min以上，而MFCS壓力驅(qū)動進樣系統(tǒng)可保證在40ms以內(nèi)完成流速的切換，并且無脈沖效應(yīng)。一旦流體的流速確定以后，系統(tǒng)也就隨之穩(wěn)定下來，生成的液滴尺寸僅僅在很小的范圍內(nèi)變化，此外，還可以通過縮短毛細管的長度來降低液滴生成的穩(wěn)定時間。

流速比例的影響

依靠流速比例的變化控制液滴尺寸，是一個行之有效的技術(shù)，具有操作簡單、可重復(fù)性的特點，分散相的流速越大，產(chǎn)生的液滴尺寸越大，連續(xù)相流速越大，產(chǎn)生液滴尺寸越小。微滴發(fā)生器會有一個使用限制條件，太慢的流速導(dǎo)致液滴生成停止，而過快的流速導(dǎo)致連續(xù)相和分散相平行而無法生成液滴。

液滴的尺寸和產(chǎn)率之間非常相關(guān)，對于一個特定的微流控裝置，液滴的尺寸越小，液滴的產(chǎn)率越高，液滴尺寸的下限基于微通道的物理尺寸和幾何形狀。

整體流速的影響

總的流速增加，導(dǎo)致液滴產(chǎn)率增加，當(dāng)總體流速達到出現(xiàn)層流以至于無法形成液滴時，就是整體流速的zui大值，也是液滴產(chǎn)率的上限。

流體種類的影響

影響液滴尺寸和產(chǎn)率的關(guān)鍵因素是連續(xù)相和分散相，流體的選擇一般依據(jù)具體的研究內(nèi)容，為了確保形成良好的液滴，兩相不混溶是非常必要的，同時，粘性高的流體不建議使用小通道，因為高粘性的流體傾向于形成更大的液滴。

表面潤濕性能的影響

流體與微通道之間的接觸角是確定連續(xù)相潤濕穩(wěn)定性的關(guān)鍵，未添加涂層的玻璃芯片是親水的，適合形成油滴；添加含氟聚合物疏水圖層以后，適合形成水滴。

表面活性劑的影響

在1%-5%v/v非常低的濃度范圍內(nèi)，，加入表面活性劑，提高產(chǎn)生液滴的穩(wěn)定性，減少液滴的團聚，表面活性劑的選擇主要依據(jù)液滴的成分：

油滴：Span 80 and Triton X-100

水滴：Tween 80 and SDS

典型的微滴發(fā)生器實驗平臺由2通道微流體進樣系統(tǒng)、儲液池、芯片、芯片夾具、毛細管及連接件、過濾器、微滴收集器組成。針對制備微滴尺寸在10μm-500μm范圍內(nèi)，需要整體考慮平臺的組成部分匹配問題。