微流控技术中液滴主动聚并

主动聚并是指利用电场、磁场、温度场、表面声波或激光聚焦等方法引起液滴界面破裂，从而发生聚并。主动聚并比较复杂，例如:利用电场诱发聚并时需要制造电极并精确控制电信号。此外，电极也可能会造成溶液的污染，导致生物分子的相容性受影响。但主动聚并可以加速液滴间表面张力的不稳定性，具有较高的效率，因此受到了广泛关注。

电聚并是主动聚并中最常用的方法，其原理是通过电感应使液滴具有相反的电荷，从而导致液滴聚并。电场作用的条件非常广泛，可在1V至几千伏的电压范围和DC至几千赫兹的频率范围内有效控制聚并。此外，当使用电聚并法时，电极可以嵌入微通道中或距离通道几毫米远，且电场方向可以平行于或垂直于液滴表面。

Priest等利用电场破坏了界面上的一系列毛细管波稳定性，从而导致液桥形成并聚并。然而，由于电场和流体界面之间的相互作用很强，因此2者之间相互作用的模型非常复杂。他们认为，在存在液滴的情况下，场线会因液滴的存在而发生偏移，并且可以集中到将其分隔的小薄片中，在局部产生强大的电场强度，且电场在表面活性剂分子的重新分布过程中起主要作用，进一步增加了问题的复杂性。

Wang等通过施加电场实现液滴对的聚并来捕获液滴。微芯片的结构如图1所示。研究发现，液滴沿主通道流动，并且在没有电场的情况下不会进入槽中。但施加电场后液滴进入微槽并被捕获，从而发生聚并。如果去除电场，液滴将再次沿着主通道移动。

Hao等设计了1个局部嵌入电场，以更好地控制微通道中的液滴聚并。根据电润湿和流体动力学控制的原理，可以分别更改液滴的大小和生成频率。观察发现，聚并效率可达98%。在该系统中，使用了1个交叉场来促进液滴的聚并。当关闭电场时，表面活性剂较稳定，尽管液滴彼此挤压，但聚并不会发生。当打开电开关时，由于表面不稳定而发生了聚并。

Zagnoni等提出了一种利用电场促进油相中水滴聚并的系统。该系统不需要精确调整电极位置，也不需要液滴与液滴或液滴与电场同步。液滴可以高达50次s－1的频率相互聚并。其聚并机理以液滴界面处的黏性力、电场力和界面张力之间的均衡为基础，并受通道内液滴流动行为的影响。实验表明，在不同频率、液滴的施加电势和液滴尺寸下，会发生多种类型的液滴聚并，并解释了导致不同聚并结果的聚并机理和总体趋势。

除了通过施加电场来诱发主动聚并外，其他主动聚并方法包括磁场、温度场、表面声波和激光聚焦等。Ｒay等研究了磁场对非磁性载液中磁流体液滴尺寸控制的影响。磁场导致磁液滴融合，并且利用重新泵送机制研究了产生较大液滴的过程。实验观察到流率比、载体介质黏度和磁场强度对磁流体液滴影响显著。通过调节磁场强度，可以使液滴尺寸增至其初始尺寸的3倍。

Luong等研究了带有微型加热器的腔室内2液滴的热聚并现象，利用集成的电阻传感器来测量加热温度。他们通过改变流速对聚并过程展开了研究，结果表明，液滴流速随着温度升高而减慢，当温度高于临界加热温度时，液滴会与后方液滴接触并发生聚并。

Sesen等设计了1种新型集成叉指式换能器的微流控芯片来调控液滴聚并。该方法利用表面声波感应的声辐射力使液滴从通道进入小膨胀室，然后使其滞留在膨胀室内直到后续液滴到达。因此对液滴初始间距没有要求。当聚并后的液滴体积达到临界值时，连续相施加的推动力将克服声波辐射力，从而导致聚并后的液滴流出膨胀室。

Baroud等研究了激光聚焦引起的液滴聚并过程。证明了聚焦激光器的局部加热对液滴界面施加的热毛细管力可以阻止微通道内液滴向下游流动，且该方法具有一般性而无需任何特殊加工或移动部件。实验表明，在液滴界面进行局部的激光聚焦会加速液膜之间的表面活性剂分子排出，从而有利于聚并的发生。