Geração de tamanho controlado poli (etileno glicol) Diacrylate gotículas através de Semi-3-Dimensional Flow focando Microfluidic dispositivos

Sistemas baseados em gotículas microfluidic têm a capacidade de produzir altamente monodisperso gotículas de nanômetros de micrômetro de diâmetro faixa¹ e mantenha o grande potencial no elevado-throughput droga descoberta², síntese de biomoléculas^{3 ,4}e o diagnóstico teste⁵. Devido as vantagens únicas de gotículas menores, tais como a maior área de superfície a relação entre o volume e as aplicações em grande escala com consumo de alguns microlitros de amostra, a tecnologia tem atraído interesse extensa em uma ampla gama de campos. A emulsificação de dois líquidos imiscíveis é um dos métodos mais comuns para gerar gotículas. Em relatórios anteriores no campo, os pesquisadores desenvolveram uma variedade de geometrias de formação diferente da gota, incluindo entroncamento, fluxo de focagem e co fluindo geometrias. A geometria do entroncamento, a fase dispersa é entregue através de um canal perpendicular para o canal principal, na qual a fase contínua flui^6,7. A típica bidimensional (2D) fluxo de focagem^8,9 , na geometria do fluxo de fase dispersa é cortado de lateral; e para o co fluindo geometria^10,11, por outro lado, um capilar introduzindo o fluxo da fase dispersa é colocado co-axial dentro de um capilar maior para a geometria co fluindo, para que o fluxo da fase dispersa é cortado de todas as direções.

O tamanho da gota é controlado ajustando a relação de taxa de tamanho e fluxo de canal, e o tamanho mínimo produzido por co fluindo ou entroncamento é limitado a dezenas de micrômetros. Para o sistema de formação de gotículas fluxo de focagem, três modos de separação da gota formam ajustando a relação de pressão de duas fases e a concentração de surfactante, incluindo o gotejamento regime, o regime de jorrando e streaming de ponta¹⁵. Dica-fluxo contínuo modo também é chamado de formação do segmento e a aparência de uma fina será observado o segmento de desenho da ponta do cone de fluxo da fase dispersa. Estudos anteriores demonstraram gotículas menor que alguns micrômetros poderiam ser gerados que ponta-fluxo contínuo processo em 2D ou 3D semi fluxo-foco dispositivo^8,12. No entanto, como uma solução aquosa contendo uma concentração muito baixa de PEGDA foi usada como a fase dispersa, a taxa de encolhimento de partículas PEGDA era cerca de 60% de gotas de diâmetro originais após foto-polimerização, enquanto PEGDA sem diluição como o fase dispersa levou ao modo instável streaming de ponta¹². Tensão interfacial é um parâmetro importante do processo de emulsão e diminuirá devido à adição de tensoativo para o líquido da fase contínua, levando à diminuição do tamanho das gotas, maior frequência de geração¹³, ponta altamente curvada, e prevenção de instabilidade¹⁴. Além disso, quando a concentração de surfactante em massa é muito maior do que a concentração crítica micelle, a tensão interfacial é aproximadamente invariável no estado saturado¹³ e o modo streaming de ponta pode ocorrer¹⁵.

Baseia as observações acima, neste trabalho, desenvolvemos uma abordagem superficial para geração de gotículas PEGDA usando um semi-3D fluxo de focagem microfluidic dispositivo, fabricado pelo método de litografia macia multi-camada. Diferentes do dispositivo de fluxo de focagem 2D típico, o dispositivo de fluxo de focagem semi-3D tem um canal raso fase dispersa e um canal de fase profunda contínua, para que a fase dispersa pode ser cortada de cima e para baixo ao lado lateral. Isso fornece maior gama de ajuste para o modo de fluxo-foco, reduzindo a energia e a pressão necessária para a separação da gota. Diferente do anterior relatório¹², a fase dispersa é puro PEGDAcontaining foto-iniciador, certificando-se que a taxa de encolhimento de partículas PEGDA é inferior a 10%,¹⁶; e a fase contínua é a mistura de hexadecano dissolvendo-se com uma concentração alta em massa de tensoativo não iônico à base de silicone. Gotículas de tamanho controlável e uniformes foram produzidas, ajustando a relação de pressão de duas fases. O diâmetro de gotas muda de 80 µm a 1 µm, como a separação da gota processa alterações do modo jorrando para o modo streaming de ponta. Além disso, a partícula PEGDA foi sintetizada através do processo de foto-polimerização sob exposição aos raios UV. O sistema de microfluidic de geração de gotículas com facilidade de fabricação irá fornecer mais possibilidades para aplicações biológicas.