Generatie van grootte bestuurde Poly (ethyleen Glycol) Diacrylate druppels via Semi-3-dimensionale Flow gericht Microfluidic apparaten

Microfluidic druppel gebaseerde systemen hebben de mogelijkheid om te produceren zeer monodispers druppels van nanometer micrometer diameter bereik¹ groot potentieel ingedrukt in de high-throughput drug discovery², synthese van biomoleculen^{3 ,4}, en de diagnostische testen van⁵. Als gevolg van de unieke voordelen van kleinere druppeltjes, zoals de grotere oppervlakte aan volumeverhouding en de grootschalige toepassingen met het consumeren van een paar microliters van steekproef, heeft de technologie uitgebreide interesse in een brede waaier van velden aangetrokken. De membraanemulsificatie van twee onmengbare vloeistoffen is een van de meest typische methoden voor het genereren van de druppel. In eerdere verslagen in het veld, hebben onderzoekers een verscheidenheid van verschillende druppel vorming geometrieën, met inbegrip van de t-splitsing, stroom-focusing en co stroomt geometrieën ontwikkeld. In de t-splitsing geometrie, wordt de verspreide fase geleverd via een loodrecht kanaal in het belangrijkste kanaal, waarin de continue fase^{6,7 stroomt}. In de typische tweedimensionale (2D) stroom-focusing^8,9 geometrie, is de verspreide fase stroom geschoren uit de dwarskrachten; en voor de co vloeiende geometrie^10,11, aan de andere kant, een capillair invoering van de verspreide fase stroom is geplaatst co-axiaal binnen een grotere capillair voor co vloeiende geometrie, zodat de verspreide fase stroom is geschoren uit alle richtingen.

De druppel grootte wordt bepaald door het kanaal grootte en stroom tarief verhouding aan te passen, en de minimale grootte geproduceerd door samen stromen of t-splitsing is beperkt tot tientallen micrometers. Voor stroom-focusing druppel vorming systeem, vormen drie modi voor druppel uiteenvallen door het aanpassen van de verhouding van de druk van twee fasen en concentratie van de oppervlakteactieve stof, met inbegrip van de druipende regime, de jetting regime, en tip-streaming¹⁵. Tip-streaming modus wordt ook genoemd draad vorming en het uiterlijk van een dunne de wol uit te trekken uit de tip van verspreide fase stroom kegel worden nageleefd. Eerdere studies hebben aangetoond dat druppels minder dan enkele micrometers kunnen worden gegenereerd, hoewel tip-streaming proces in 2D of semi-3D stroom-focusing apparaat^8,12. Echter, zoals een waterige oplossing met een zeer lage concentratie van PEGDA werd gebruikt als de verspreide fase, de verhouding van de krimp van PEGDA deeltjes was ongeveer 60% van de oorspronkelijke druppels diameter na foto-polymerisatie, terwijl PEGDA zonder verdunning als de verspreide fase leidde tot unstable tip-streaming modus¹². Interfaciale spanning is een belangrijke parameter voor emulsie proces en het zal afnemen als gevolg van de toevoeging van de oppervlakteactieve stof in de vloeistof van de continue fase, wat leidt tot afname van de grootte van de druppel, hogere generatie frequentie¹³, zeer gebogen uiteinde, en het voorkomen van instabiliteit¹⁴. Bovendien, wanneer de concentratie van de surfactant bulk veel hoger dan de kritische micel-concentratie is, de Interfaciale spanning is ongeveer onveranderlijk in de verzadigde staat¹³ en de tip-streaming modus kan optreden van¹⁵.

Op basis van de bovenstaande opmerkingen maken, in dit document, ontwikkeld we een facile benadering voor PEGDA druppels generatie met behulp van een semi-3D stroom-focusing microfluidic apparaat, vervaardigd door multi-layer zachte lithografie methode. Anders dan de typische 2D stroom-gericht apparaat, de semi-3D stroom-focusing apparaat heeft een ondiepe verspreide fase kanaal en een diep continue fase kanaal, zodat de verspreide fase kan worden geschoren uit omhoog en omlaag naast laterale. Dit biedt grotere aanpassing assortiment voor stroom-focusing modus door vermindering van de energie en de druk die nodig is voor druppel uiteenvallen. Anders dan de vorige verslag-¹², de verspreide fase is pure PEGDAcontaining foto-initiator, ervoor te zorgen dat de verhouding van de krimp van PEGDA deeltjes lager dan 10%^{16 is}; en de continue fase is het mengsel van hexadecaan ontbinding met een hoge bulk-concentratie van de siliconen gebaseerde nonionic oppervlakteactieve stof. Grootte-controleerbaar en uniforme druppels werden geproduceerd door het aanpassen van de verhouding van de druk van twee fasen. De diameter van de druppels verandert van 80 µm 1 µm zoals de druppel uiteenvallen wijzigingen ten opzichte van de jetting modus naar de tip-streaming modus verwerkt. Bovendien werd het PEGDA deeltje gesynthetiseerd door foto-polymerisatie proces onder UV-belichting. De druppel generatie microfluidic systeem met gemak van fabricage zal het verstrekken van meer mogelijkheden voor biologische toepassingen.