微液滴常见制作方法简述

微液滴在工程领域应用十分广泛,可用于乳化产品、液体混合、细胞包覆及生物医学载药等,具有体积小、样品无扩散、样品无交叉污染及易混合等优点。

传统的微液滴制备方法有界面聚合法、静电纺丝法、膜乳化法、超声振动和高速搅拌法等,但是这些方法在液滴稳定性、均匀性、单分散性及粒径精确控制等方面仍存在不足,而微流控芯片法因生成液滴体积小、液滴生成速度快、粒径精确可控且均匀稳定、操作简单以及分散性良好等优点逐渐被广泛使用。

微流控芯片法制备微液滴可分为主动法和被动法两类,主动法包括利用介电润湿法分割、气动法和热驱动法等,被动法包括T型通道法、流动聚焦法和共轴流聚焦法。被动法的基本原理是利用流动剪切力与表面张力之间的相互作用将连续流体分割成微/纳升级别的微小液滴。

Samanipour等人利用流动聚焦法制备了甲基丙烯酰化明胶(Gel-MA)的水凝胶液滴,计算研究了粘度、惯性力和表面张力对液滴生成和液滴粒径的影响。

Y.He等人基于微流控技术制备出高密度无损耗液滴,结合光刻蜂窝微柱阵列(PHMA)展现了微液滴在数字聚合酶链式反应(PCR)领域的应用前景。液滴微流控技术已被用于一体化、全自动高通量微生物微液滴培养装备系统及单个哺乳动物细胞的高通量筛选和数字化操作。磁流体由强磁性微粒子、界面活性剂及溶媒(或称载液)组成,是一种固液共存的二相流体,包括分散相的磁性粒子与连续相的溶媒。

采用磁流体材料制备了微液滴,得到的磁性微液滴具备运动可控、操控简单、生物兼容性好及分散性良好等优点,可广泛应用于载药等生物医学应用领域。目前,关于磁性微液滴的制备已有多项研究成果发表,如Y.T.Yang等人提出了一种基于毛细管的微流体装置,并结合紫外固化生成具有磁性各向异性的Janus粒子的简便方法。

W.Lan等人提出了一种在微流控系统中利用流动聚焦法制备荧光磁性藻酸盐微粒的简便方法,通过剪切破裂机制可重复地形成荧光磁性Janus微液滴。此外,H.Wang等人应用组装的3D打印微通道生成磁性离子液体(MIL)-水Janus液滴,并分析了MIL-水Janus液滴的缩放规律,可进一步用于液滴尺寸预测。随着液滴微流控技术的发展,微液滴制备手段及微液滴应用越发广泛。

目前研究大多偏向于普通微液滴的制备、操纵和应用,而对制备过程中尤其是磁性微液滴制备过程中,液滴形状和粒径控制的影响因素等基础制备工艺机理研究相对较少,传统方法制备磁性微液滴还面临液滴粒径及形态较难控制的问题,而微流控技术是一种在微纳尺度制备及操控液滴的新技术,能够实现高通量和高度分散性微液滴的制备。

已有研究人员通过设计十字型流道,或是将十字型的出口端改为渐扩喷嘴的形状来强化流体聚焦的效应,形成位置精确的切断点,能精准地控制液滴粒径和产生速率。微液滴生成的粒径与流体受到的剪切力和流体粘度直接相关,粘度和表面张力是决定液滴粒径大小和液滴是否断裂的重要参数。改变分散相、连续相流速是目前研究常用的调控液滴粒径大小的方法。