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苏州汶颢微流控技术股份有限企业

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微流控双乳液滴基础常识

2020-05-09 13:03:54 苏州汶颢微流控技术股份有限企业 已读

乳液(emulsions)是两种或两种以上互不相溶液体的混合物,其中,离散相以液滴的形式分布于连续相中。双乳液(double emulsion)则是一种分散相液滴中包裹着更小液滴的高度结构化流体,外液滴在内液滴的周围形成了一层屏蔽层,有效地隔离了内液滴与连续相,如下图所示。

乳液

双乳液又被称为乳液中的乳液或包裹性液滴,常见的类型主要分为W/O/W型和O/W/O型。以下图的O/W/O型为例,内部分散相和外部分散相为油相,中间相为水相,这种结构统称为油包水包油型双重乳液。

双乳液液滴

双乳液滴的主要优势:

1)双乳液滴内部可以进行多种生物、化学反应,所需样品试剂量少、消耗低;

2)在一定的工作条件下,双乳液滴的尺寸、数量可控,且可定量地分析内部的反应条件和结果;

3)双乳液滴作为一个封闭的反应体系,避免了反应物浓度的改变以及不同反应之间的交叉污染;

4)微乳滴的尺寸小,比表面积较大,传质、传热效率高。

凭借这些特定的优势,双乳液滴广泛地应用于化妆品、药物生产、细胞医学、食品科学、石油工业、化学合成、环境监测等领域。

目前,双乳液滴的制备有传统的化学乳液合成法和微流控制备方法,微流控制备双乳液滴从液滴成型方式上可以分为主动式和被动式。主动式需要使用磁力、激光等外界动力进行乳化,对设备和成本要求较高。被动式可以通过微通道的结构设计和多相流的流速控制来控制流场,从而使两相流在界面张力、黏性力以及惯性力等综合作用下完成乳化。被动式制备双乳液的工艺主要有协流式(同轴流)、交叉流式以及流动聚焦式,如下图所示。

双乳液制备方法

其中,协流式或同轴流方法主要是由多个共轴的微通道组成,其中,连续相包裹分散相呈同轴流动,相界面在R-P不稳定性的作用下产生波动,进而破裂形成液滴。当同轴流芯片的各个通道在同一个轴线上时,双乳液滴的尺寸均匀性和生成频率才能达到最优。当前,同轴流芯片主要采用玻璃毛细管进行搭建。交叉流式主要是基于T形结构的微通道,其中,内流体以一定的角度进入外流体,在外流体的剪切力作用下将产生动量失稳,破碎成小液滴,连续的两个T形通道就能实现双重乳液的制备。流动聚焦式主要是十字型结构的芯片,主要是利用了毛细不稳定性来乳化液滴。如上图c中所示,由伯努利方程可知在窄缩口处流体流速会急剧增大,导致外相流对内相流对称的剪切力作用的增大,流体在窄缩口的挤压下产生聚焦效果完成乳化。

微流控乳液制备方法

手持式PDMS打孔器

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