Fabriceren van dikvloeibaar druppels Microfluidic capillaire apparaat met fase-omkering co flow structuur

De generatie van de druppels wordt steeds een sleuteltechnologie in een verscheidenheid van toepassingen, zoals drug delivery, materialen synthese, 3D bioprinting, cellen, en voedsel engineering^{1,2,3,4 , 5 , 6}. Microfluidic apparaten met de t-splitsing^7,8, vloeien samen^1,9, of stroom-focusing^10,11 structuren worden veel gebruikt voor het genereren van monodispers enkele emulsie druppels. Selectie van een meer viskeuze continue fase vergemakkelijkt de vorming van druppels¹²en de viscositeit van de continue en verspreide vloeistoffen zijn gewoonlijk onder 0.1 Pas in druppel microfluidics¹³. Echter in vele toepassingen wellicht de verspreide fase een viscositeit verschillende honderd keer hoger dan die van water, zoals glycerol¹⁴, oplossingen met nanodeeltjes¹⁵, eiwitten¹⁶of polymeren^{17 , 18 , 19}, terwijl het is moeilijk te bereiken monodispers druppels rechtstreeks vanuit dikvloeibaar vloeistoffen in een stal druipend regime¹¹ in microfluidic apparaten, met name voor vloeistoffen met een viscositeit van η > 1 Pa·s^{14 ,17,18,19}. Bovendien is het gerapporteerde^13,18 , dat typische microfluidic methoden voor druppel vorming vereisen vloeistoffen met een relatief lage viscositeit en matige Interfaciale spanning om te vormen van uniforme druppels in een stabiele druip regime.

Voor een verspreide fase met een iets groter dan 0.1 Pas viscositeit, zijn er verschillende mogelijke benaderingen om de vorming van de druppel met typische t-splitsing, co debiet of flow-focusing microfluidic apparaten: (1) daling van de viscositeit van de verspreide fase door verdunning van het in een vluchtige oplosmiddelen^11,20; (2) verlagen de verhouding verspreid-naar-continu viscositeit door verhoging van de viscositeit van de continue fase^1,11; (3) het verlagen van het debiet van de verspreide fase tot een uiterst lage waarde, terwijl het houden van een hoge continu aan-verspreide stroom tarief verhouding ^14,19. Deze benaderingen zijn echter niet praktisch voor vloeistoffen met veel hogere viscositeit, zoals ze zal de productieomvang aanzienlijk lager terwijl drastisch verhogen van de consumptie van de vluchtige oplosmiddelen of door de continue fase. Ter addtion, werd er gemeld dat sommige hoge viscositeit Polymeeroplossingen met η > 1 Pa·s nog niet in druppeltjes met de benaderingen die bovengenoemde^{17,19 breken deed}.

Er zijn ook verschillende verbeterde ontwerpen van microfluidic-apparaten die een derde fase van de vloeistof in het systeem, dat de generatie van dikvloeibaar druppels vergemakkelijkt introduceren. Innovaties zijn: bubbels ingevoerd om een jetting draad in druppeltjes²¹, een onmengbare chaperoning vloeistof met matige viscositeit, geïntroduceerd als de middelste fase tussen de fase van de dipsersed en de continue fase¹⁸, gesneden en microreactors ingevoerd voor het genereren van dikvloeibaar druppels van twee lage viscositeit precursoren^21,–^22,23. Echter als een meer vloeistof bij het proces betrokken is, het systeem wordt ingewikkelder, en de apparaten werken meestal in een veel smaller flow-regime dan de typische apparaten voor de generatie van één emulsie druppels.

Onderzocht²⁴voor het genereren van monodispers druppels rechtstreeks vanuit een dikvloeibaar vloeistof met η > 1 Pa·s, oppervlakte-gecontroleerde fase-omkering methoden geweest. Als de generatie van lage viscositeit druppels veel gemakkelijker dan is dat van dikvloeibaar druppels¹², langwerpige lage viscositeit druppels in een dikvloeibaar continue fase zijn eerst gegenereerd met behulp van de structuur van een typische co stroom en dan einddatum zijn opgedeeld met de wijziging van oppervlakte bevochtigbaarheid stroomafwaarts van de co stroom structuur. De downstream dikvloeibaar vloeistof de vloeistof lage viscositeit vrijgegeven omgekeerd ingekapseld in druppeltjes zodat fase inversie is voltooid. Volgens de fase inversie mechanisme, kunnen monodispers dikvloeibaar druppels worden gegenereerd op basis van een typische co stroom apparaat, terwijl de uitgang van het apparaat co stroom is behandeld door de lage viscositeit vloeistof worden bevochtigd en vervolgens op een bredere buis^{24 aangesloten ,25}.