基于组合式微流控芯片的双核液滴制备方法研究.pdf

在现代微流控技术领域，微流控芯片液滴制备技术作为其中的关键技术之一，已经广泛应用于生物学和化学的研究中。本文的研究主题是基于组合式微流控芯片的双核液滴制备方法研究。在进行详细解读之前，首先需要了解几个核心概念。 微流控芯片是一种用于精确操作小体积液体的技术，常用于控制微升至纳升量级流体。这一技术的特点在于减少了样品和试剂的使用量，缩短了反应时间，同时能够避免交叉污染，并且易于集成和自动化。微液滴技术，特别是双核液滴制备技术，是微流控技术的延伸和深化。双核液滴，顾名思义，是指由两种不同流体包裹而成的微小液滴，这种液滴因其独特的双层结构，在药物输送、细胞培养等研究领域具有广泛的应用前景。 在传统的流体技术中，存在用量大、操作复杂、交叉污染等问题。微流控芯片液滴制备技术的出现，有效地解决了上述问题。例如，在细胞激活和微反应等生物学过程中，传统技术往往需要大量反应物的混合，过程缓慢且操作繁琐，而微液滴技术通过将反应时间缩短至微秒级，仅需微量液体，即能完成复杂实验，显著提高效率。 当前，双核液滴的制备方法主要有两种。第一种基于微通道法，即利用微通道内不同流体的对撞和切割原理来形成双核液滴。第二种是基于共流聚焦法，利用玻璃毛细管组成微流控芯片，以实现对流体的精确控制和包裹，从而生成双核液滴。本研究中提到的组合式微流控芯片，是利用微型接头和毛细管组合而成，可生成高通量和高均匀度的水包油（W/O）型或油包水（O/W）型双核液滴。研究还使用了三维仿真模型对液滴生成过程进行模拟，并通过改变流量等参数，得到了高通量和高均匀度的液滴。 对于微流控芯片的制造工艺，常见的有光刻、软光刻以及微机械加工等。这些方法各有优缺点，但共同的问题是需要昂贵的设备和洁净室环境，且加工周期较长、成本相对较高。因此，为满足实际应用需求，发展多样化复合液滴生成技术至关重要。本研究通过结合仿真软件，对微液滴生成过程进行优化，进而利用十型微流控芯片成功制备了水包油包水（W/O/W）型双核液滴。 在仿真研究部分，本研究通过设置仿真条件，采用有限元仿真软件（如COMSOL）对两相流制备液滴的过程进行模拟。仿真条件假设了两相流体的流动状态为层流，且为不可压缩流体。研究还提出了在恒温条件下，系统与外界无能量交换的假设，并通过水平集方法计算了液滴生成过程。 本研究验证了组合式微流控芯片在双核液滴制备中的有效性，并指出该方法无需专业设备，能简便、低成本地生产双核液滴。研究不仅为微流控技术在多核液滴制备方面的应用提供了参考，也为未来在该领域的研究方向提供了新的思路。结合国家自然科学基金项目的资助，本研究的完成标志着在低成本、高效率的微流控芯片设计和制造方面取得了重要进展。