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,最常用的有主動式和被動式兩種。在主動式中,主 要采用諸如熱量、氣壓、壓電、微閥和磁場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。被動式液滴生成技術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準偏差小至 1% ~ 3% )的連續液滴串,還能有效避免外界作用干擾,消除交叉污染。根據材料和通道結構的不同,在被動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、制作簡便,構建的通道結構靈活多變,對UV光的投射性好,擁有獨特的彈塑性,能與載玻片和曲面基板進行面接觸。主要用于合成球形顆粒、多相結構顆粒(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用的主要因素。根據PDMS基微流控裝置幾何結構的差異以及液相流體流動方向的不同,微液滴的生成可分為以下5種基本形式: (1)二維擠壓結構; (2)T型微通道; (3)流動聚焦型微通道; (4)共聚焦型微通道; (5)Y 型微通道。

采用毛細玻璃管搭建的微流控裝置

根據嵌套結構的多樣性又可分為單乳液滴和復乳液滴兩種結構。當離散相通過玻璃管進入主通道時,兩相界面在被同向引入的連續相剪切力作用下出現由表面張力引發Plateau-Rayleigh不穩定性,失穩后形成液滴。該結構主要用于生成核鄄殼或多重乳液包裹的復合結構微粒。其主要缺點是對毛細管的制造技術要求較高,且不適于生成二維結構的擠壓顆粒。          

基于臺階式結構的液滴生成裝置

離散相沿板塊中間的小孔流入微通道,在流經臺階處時迅速膨脹成橢圓形小液滴,到達臺階末端后與收集渠中的連續相接觸,在兩相界面張力的作用下,轉變為球形液滴。這種結構可控性差,且不適于生成復雜結構/功能的微乳液滴,故應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建微流控裝置,但其應用范圍沒有PDMS和毛細玻璃管普遍。