JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

ويتجلى جهاز تدفق المشارك انعكاس مرحلة لتوليد مونوديسبيرسي عالية اللزوجة قطرات أعلاه 1 نظام تقييم الأداء، التي من الصعب أن ندرك في ميكروفلويديكس الحبرية.

Abstract

جيل قطرات مونوديسبيرسي مع اللزوجة عالية كانت دائماً تحديا في ميكروفلويديكس الحبرية. هنا، علينا أن نظهر جهاز تدفق المشارك مرحلة انعكاس لتوليد موحدة عالية اللزوجة قطرات في سوائل منخفضة اللزوجة. الجهاز الشعرية موائع جزيئية قد هيكل تدفق المشارك مشترك مع خروج عن ربط أنبوب أوسع نطاقا. أولاً يتم تغليف ممدود قطرات من السوائل منخفضة اللزوجة بالسوائل عالية اللزوجة في هيكل تدفق المشارك. كما تدفق قطرات منخفض اللزوجة ممدود من خلال المخرج، الذي تعامل بأن تبلل بالسوائل منخفضة اللزوجة، انعكاس المرحلة هو ثم الناجمة عن انضمام قطرات اللزوجة منخفضة إلى غيض الخروج، مما يؤدي إلى عكس اللاحقة تغليف السوائل عالية اللزوجة. يمكن ضبط حجم قطرات اللزوجة العالية الناتجة عن طريق تغيير نسبة معدل تدفق السوائل منخفضة اللزوجة في السوائل عالية اللزوجة. علينا أن نظهر عدة أمثلة نموذجية من جيل قطرات اللزوجة عالية مع لزوجة ما يصل إلى 11.9 نظام تقييم الأداء، مثل حل الجلسرين والعسل والنشا والبوليمر. الأسلوب الذي يوفر نهجاً بسيطاً ومباشرا لتوليد قطرات اللزوجة عالية مونوديسبيرسي، والتي يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات المستندة إلى الحبرية، مثل توليف مواد وإيصال الأدوية وخلية التحليل، والهندسة الحيوية والأغذية هندسة.

Introduction

جيل قطرات أصبحت تكنولوجيا رئيسية في مجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل إيصال الأدوية وتوليف مواد، بيوبرينتينج 3D، فحوصات الخلية والغذاء الهندسة1،2،،من34 , 5 , 6-شارك تدفق موائع جزيئية الأجهزة مع تقاطع تي7،8،1،9، أو تدفق تركز الهياكل11 10،تستخدم على نطاق واسع لتوليد مونوديسبيرسي قطرات مستحلب واحد. اختيار مرحلة مستمرة أكثر لزوجة سيسهل تشكيل قطرات12، واللزوجة السوائل المستمر ومتناثرة على حد سواء عادة أقل 0.1 نظام تقييم الأداء في الحبرية ميكروفلويديكس13. مع ذلك، في العديد من التطبيقات، المرحلة المشتتة قد لزوجة عدة مئات إضعاف من المياه، مثل والغليسيرول14، الحلول التي تحتوي على جسيمات نانوية15أو16من البروتينات أو البوليمرات17 , 18 , 19، في حين أنه من الصعب تحقيق قطرات مونوديسبيرسي مباشرة من السوائل عالية اللزوجة مستقر تتساقط النظام11 في أجهزة موائع جزيئية، خاصة بالنسبة للسوائل مع لزوجة η > 1 Pa·s14 ،17،،من1819. وعلاوة على ذلك، كان المبلغ عنها13،18 أن تتطلب أساليب موائع جزيئية نموذجية لتشكيل قطرات السوائل اللزوجة منخفضة نسبيا ومعتدل توتر السطح البيني لتشكيل قطرات موحدة في نازف مستقرة النظام.

لمرحلة مشتتة بلزوجته أكبر قليلاً من 0.1 نظام تقييم الأداء، وهناك عدة نهج ممكنة لتسهيل تشكيل الحبرية مع تي تقاطع نموذجي أو تدفق المشارك أو أجهزة موائع جزيئية تركز تدفق: (1) انخفاض اللزوجة من المشتتين المرحلة باذابته في المذيبات المتطايرة11،20؛ (2) انخفاض نسبة اللزوجة فرقت-إلى-مستمر بزيادة اللزوجة من1،المستمر المرحلة11؛ (3) انخفاض معدل تدفق للمرحلة المشتتة إلى قيمة منخفضة للغاية، مع الحفاظ على تدفق مستمر لتفريق عالية معدل نسبة 14،19. بيد أن هذه النهج لا عمليا بالنسبة للسوائل مع اللزوجة أعلى بكثير، كما أنها سوف أقل بكثير معدل الإنتاج بينما كبير زيادة استهلاك المذيبات المتطايرة أو في مرحلة مستمرة. بالإضافة، أفيد أن بعض حلول البوليمر لزوجة عالية مع η > 1 Pa·s لا يزال عدم اقتحام قطرات مع النهج المذكورة أعلاه،من1719.

وهناك أيضا عدة تصاميم تحسين أجهزة موائع جزيئية وإدخال مرحلة ثالثة للسوائل في النظام، مما يسهل إنتاج قطرات اللزوجة العالية. وتشمل الابتكارات: فقاعات أدخلت إلى خفض مؤشر ترابط نفث في قطيرات21، سائل تشابيرونينج قابلة للامتزاج مع لزوجة معتدلة، أدخلت كمرحلة متوسطة بين مرحلة ديبسيرسيد و مرحلة مستمرة18، و ميكروريكتورس عرض لتوليد عالية اللزوجة قطرات من اثنين السلائف اللزوجة منخفضة21،،من2223. ومع ذلك، كأحد أكثر مرونة تشارك في هذه العملية، يصبح النظام أكثر تعقيداً، والأجهزة عادة ما تعمل في نظام تدفق أضيق لكثير من الأجهزة نموذجية لتوليد قطيرات المستحلب واحد.

لإنشاء مونوديسبيرسي قطرات من سوائل عالية اللزوجة مع η > 1 Pa·s، أساليب انعكاس المرحلة تسيطر على السطح مباشرة وقد حقق24. كما جيل قطرات اللزوجة المنخفضة أسهل بكثير من أن12من قطرات اللزوجة العالية، ممدود قطرات اللزوجة منخفضة في مرحلة مستمرة عالية اللزوجة تتولد أولاً استخدام هيكل نموذجي تدفق المشارك، وانقسموا بعد ذلك الواجب لتغيير ويتابيليتي سطح المصب هيكل تدفق المشارك. السوائل منخفضة اللزوجة المفرج عنهم عكسيا بتغليف السوائل عالية اللزوجة المصب إلى قطيرات حيث أن اكتمال المرحلة انعكاس. وفقا لآلية انعكاس المرحلة، يمكن إنشاء مونوديسبيرسي عالية اللزوجة قطرات استناداً إلى جهاز تدفق المشارك نموذجي، حين خروج الجهاز تدفق المشارك المعالجة إلى أن تبلل بالسوائل منخفضة اللزوجة، وثم متصل بأنبوب أوسع24 ،25.

Protocol

1-إنتاج جهاز انعكاس مرحلة شعرية تدفق المشارك لمراقبة عملية توليد قطرات مائي، اللزوجة العالية التي يبلغ قطرها ~ 500 ميكرومتر.

ملاحظة: الأنبوب الخارجي ساحة المستخدمة هنا لالتقاط صور لعملية توليد قطرات اللزوجة العالية. إذا لم يكن هناك لا حاجة لالتقاط صور، ويمكن إجراء نسخة مبسطة من الجهاز وفقا للبروتوكول خطوة 2.

  1. إعداد ثلاثة أنابيب زجاجية بأحجام مختلفة لتجميع الجهاز الشعرية.
    1. أخذت أنبوب زجاج مربعة مع داخلية بحجم 1.05 ملم، وقطع قطعة من الأنبوب ~ 4 سم في الطول. وسيكون هذا الأنبوب الخارجي للجهاز.
    2. أنبوب زجاج جولة مع قطر داخلي (الهوية) من 580 ميكرومتر وقطر خارجي (نقلت) من 1 ملم، وقطع قطعة من الأنبوب ~ 3 سم في الطول. وسيكون هذا الأنبوب الأوسط من الجهاز.
    3. أخذ أنبوب زجاج جولة مع معرف = 200 ميكرومتر ونقلت = 330 ميكرومتر، وقطع قطعة من الأنبوب ~ 2 سم في الطول. وسيكون هذا الأنبوب الداخلي للجهاز.
  2. تعديل ويتابيليتي السطحية لواحدة من نهاية الأنبوب الوسط أن يكون عمود المصباح.
    1. تأخذ قنينة زجاجية 1 مل، وإضافة 0.3 مل من ثلاثي الكلور (أوكتاديسيل) silane (OTS) في قنينة الزجاج.
    2. يأخذ الأنبوب الأوسط مع معرف = 580 ميكرومترات أعد البروتوكول خطوة 1-1-2، وتراجع أحد أطرافها في محطة تكرير النفط في القنينة الزجاج ~ 10 s.
    3. إخراج الأنبوب الأوسط، وطرد أنبوب غاز النيتروجين من نهاية غير المعالجة.
  3. تعد الإبر لمداخل الجهاز الشعرية.
    1. أن تلميح فجة ز 20 الاستغناء عن الإبرة، وقص فتحه مع ~0.5 مم × 0.5 مم على حافة لوحة الوصل اللوير البلاستيك بشفرة.
      ملاحظة: هذه الإبرة سيكون بمثابة المدخل لمرحلة النفط منخفض اللزوجة.
    2. آخر نصيحة فجة ز 20 الاستغناء عن إبرة، وقطع اثنين من فتحات على حافة البلاستيك اللوير لوحة الوصل. قم بمحاذاة فتحات اثنين في خط يمر القطر من لوحة الوصل اللوير.
      ملاحظة: فتحه واحدة يبلغ حجم ~0.5 مم × 0.5 مم، بينما الفتحة الأخرى يبلغ حجم ~1.0 مم × 1.0 مم. إبرة هذا سيكون بمثابة المدخل للمرحلة الثانوية-اللزوجة مائي.
    3. آخر نصيحة فجة ز 20 الاستغناء عن إبرة، وقطع اثنين من فتحات على حافة البلاستيك اللوير لوحة الوصل. قم بمحاذاة فتحات اثنين في خط يمر القطر من لوحة الوصل اللوير.
      ملاحظة: فتحه واحدة يبلغ حجم ~1.5 مم × 1.5 مم؛ بينما الفتحة الأخرى يبلغ حجم ~1.0 مم × 1.0 مم. إبرة هذا سيكون بمثابة مدخل لأغراض التنظيف.
  4. تجميع الزجاج الأنابيب استناداً إلى الشكل 1A.
    1. تأخذ شريحة زجاج عادية 7.62 × 2.54 سم كالركيزة للجهاز الشعرية.
    2. وضع الأنبوب الخارجي مع معرف = 1.05 ملم، أعدت في البروتوكول خطوة 1.1.1، على الشريحة الزجاجية مع ~ 1 سم البثق الحافة القصيرة من الشريحة الزجاجية.
    3. يأخذ الأنبوب الأوسط مع معرف = 580 ميكرومترات، أعدت في الخطوة 1، 2، من البروتوكول وإدراج عمود المصباح نهاية الأنبوب الأوسط في الأنبوب الخارجي من نهاية على الشريحة الزجاجية، وإبقاء ~ 1 سم الأنبوبة الوسطى خارج الأنبوب الخارجي.
    4. يأخذ الأنبوب الداخلي مع معرف = 200 ميكرومتر، أعدت في البروتوكول خطوة 1-1-3، وإدراج أنبوب الأوسط واحدة من نهاية الأنبوب الداخلي، وإبقاء ~ 1 سم الأنبوب الداخلي خارج الأنبوب الأوسط.
    5. استخدام الإيبوكسي الغراء لإصلاح الأنابيب الثلاثة في الموضع على طول خط الوسط الشريحة الزجاجية. ثم انتظر دقيقة ~ 5 أو أطول للغراء ترسيخ تماما.
  5. تجميع المداخل على الجهاز الشعرية.
    1. تأخذ إبرة مدخل لمرحلة النفط منخفض اللزوجة، أعدت في البروتوكول خطوة 1.3.1، واسمحوا محور نظام تغطية نهاية الأنبوب الداخلي على الركازة، وثم استخدام الإيبوكسي الغراء لإصلاح نظام لوحة الوصل على الركازة.
    2. تأخذ إبرة مدخل للمرحلة مائي عالي اللزوجة، أعدت في البروتوكول خطوة 1-3-2، واسمحوا محور نظام تغطية مفترق الطرق بين الأنبوب الداخلي والأوسط الأنبوب، وثم استخدام الإيبوكسي الغراء لإصلاح نظام لوحة الوصل على الركازة.
    3. تأخذ مدخل الإبرة، أعدت في البروتوكول خطوة 1.3.3،، والتنظيف، اسمحوا محور نظام تغطية مفترق الطرق بين الأوسط الأنبوب والانبوب الخارجي، وثم استخدام الإيبوكسي الغراء لإصلاح نظام لوحة الوصل على الركازة.
    4. انتظر ~ 5 دقائق أو أطول للغراء ترسيخ تماما.
    5. استخدام الإيبوكسي الغراء لختم المحاور اللوير الإبر على الركازة.
  6. انتظر ~ 30 دقيقة أو أطول للغراء ترسيخ تماما، وبعد ذلك الجهاز جاهز للاستخدام.

2-جعل من انعكاس المرحلة، الجهاز الشعرية تدفق المشارك لاختلاق مائي عالي اللزوجة قطرات قطره ~ 500 ميكرومتر.

ملاحظة: الجهاز هنا نسخة مبسطة من الجهاز في الخطوة 1 من البروتوكول.

  1. إعداد اثنين من أنابيب زجاجية بأحجام مختلفة لتجميع الجهاز الشعرية.
    1. أخذ أنبوب زجاج جولة مع معرف = 580 ميكرومتر ونقلت = 1 مم، وقطع قطعة من الأنبوب مع ~ 3 سم في الطول. وسيكون هذا الأنبوب الأوسط من الجهاز.
    2. أخذ أنبوب زجاج جولة مع معرف = 200 ميكرومتر ونقلت = 330 ميكرومتر، وقطع قطعة من الأنبوب مع ~ 2 سم في الطول. وسيكون هذا الأنبوب الداخلي للجهاز.
  2. تعديل ويتابيليتي السطحية لواحدة من نهاية الأنبوب الوسط أن يكون عمود المصباح.
    1. أضف 0.3 مل من محطة تكرير النفط في قنينة زجاجية 1 مل.
    2. يأخذ الأنبوب الأوسط مع معرف = 580 ميكرومترات، أعدت في البروتوكول خطوة 2.1.1، وتراجع أحد أطرافها في محطة تكرير النفط في القنينة الزجاج ~ 10 s.
    3. إخراج الأنبوب الوسط، وثم مسح أنبوب غاز النيتروجين من النهاية غير المعالجة.
  3. تعد الإبر لمداخل الجهاز الشعرية.
    1. إعداد تلميح فجة ز 20 الاستغناء عن الإبرة، الذي سيكون بمثابة المدخل لمرحلة النفط منخفض اللزوجة. بعد ذلك، قص فتحه ~0.5 مم × 0.5 مم مع شفرة على حافة لوحة الوصل اللوير البلاستيك.
    2. آخر نصيحة فجة ز 20 الاستغناء عن إبرة، وقطع اثنين من فتحات على حافة البلاستيك اللوير لوحة الوصل. قم بمحاذاة فتحات اثنين في خط يمر القطر من لوحة الوصل اللوير.
      ملاحظة: فتحه واحدة يبلغ حجم ~0.5 مم × 0.5 مم، بينما الفتحة الأخرى يبلغ حجم ~1.0 مم × 1.0 مم. هذا الإبرة الثانية سيكون بمثابة المدخل للمرحلة الثانوية-اللزوجة مائي.
  4. تجميع الزجاج الأنابيب استناداً إلى الشكل 1A .
    1. تأخذ شريحة زجاج عادية 7.62 × 2.54 سم كالركيزة للجهاز الشعرية.
    2. وضع أنبوب الأوسط مع معرف = 580 ميكرومترات، أعدت في البروتوكول خطوة 2.2، على الشريحة الزجاجية مع نهاية مسعور البثق ~ 1 سم فوق حافة قصيرة من الشريحة الزجاجية.
    3. يأخذ الأنبوب الداخلي مع معرف = 200 ميكرومتر، أعدت في البروتوكول خطوة 2.1.2، وإدراج واحدة من نهاية الأنبوب الداخلي في الأنبوب الأوسط من النهاية غير المعالجة على الشريحة الزجاجية، وإبقاء ~ 1 سم الأنبوب الداخلي خارج الأنبوب الأوسط.
    4. استخدام الإيبوكسي الغراء لإصلاح الأنابيب اثنين في الموضع على طول خط الوسط الشريحة الزجاجية.
    5. الانتظار لدقيقة ~ 5 أو أكثر للغراء ترسيخ تماما.
  5. تجميع المداخل على الجهاز الشعرية.
    1. تأخذ إبرة مدخل لمرحلة النفط منخفض اللزوجة، أعدت في البروتوكول خطوة 2.3.1، واسمحوا محور نظام تغطية نهاية الأنبوب الداخلي على الركازة، وثم استخدام الإيبوكسي الغراء لإصلاح نظام لوحة الوصل على الركازة.
    2. تأخذ إبرة مدخل للمرحلة مائي عالي اللزوجة، أعدت في البروتوكول خطوة 2.3.2، واسمحوا محور نظام تغطية مفترق الطرق بين الأنبوب الداخلي والأوسط الأنبوب، وثم استخدام الإيبوكسي الغراء لإصلاح نظام لوحة الوصل على الركازة.
      ملاحظة: على الطرف الآخر من الأنبوب الأوسط هو المنفذ للجهاز.
    3. انتظر ~ 5 دقائق أو أطول للغراء ترسيخ تماما.
    4. استخدام الإيبوكسي الغراء لختم المحاور اللوير الإبر على الركازة.
  6. انتظر ~ 30 دقيقة أو أطول للغراء ترسيخ تماما.
  7. الاتصال مجاناً نهاية الأنبوب الأوسط مع مخرج الأنبوب، أي.، أنابيب البولي إيثيلين مع معرف = 0.86 و ~ 20 ملم في الطول.
    ملاحظة: تشوه طفيف من الأنبوب الخارجي سوف ضمان ختم الاتصال، حيث أنه لم يكون هناك حاجة الغراء هنا. بمثابة مخرج الأنبوب أنبوب خارجي الأوسع نطاقا لعكس المرحلة. عند هذه النقطة، أن الجهاز جاهز للاستخدام.

3-جعل انعكاس مرحلة تدفق المشارك الشعرية جهاز لمراقبة عملية توليد مائي عالي اللزوجة قطيرات قطرها ~ 200 ميكرومتر.

ملاحظة: الجهاز هنا نسخة مصغرة من الجهاز للبروتوكول الخطوة الأولى لجعل قطرات أصغر.

  1. إعداد ثلاثة أنابيب زجاجية بأحجام مختلفة لتجميع الجهاز الشعرية.
    1. أخذ أنبوب زجاج مربعة مع معرف = 400 ميكرومتر، وقطع قطعة من الأنبوب ~ 4 سم في الطول، والذي سيكون الأنبوب الخارجي للجهاز.
    2. أخذ أنبوب زجاج جولة مع معرف = 200 ميكرومتر ونقلت = 330 ميكرومتر، وقطع قطعة من الأنبوب ~ 3 سم في الطول، والتي سوف تكون أنبوب الأوسط من الجهاز.
    3. أخذ أنبوب زجاج جولة مع معرف = 100 ميكرومتر ونقلت = 170 ميكرومتر، وقطع قطعة من الأنبوب ~ 2 سم في الطول، والذي سيكون الأنبوب الداخلي للجهاز.
  2. تعديل ويتابيليتي السطحية لواحدة من نهاية الأنبوب الوسط أن يكون عمود المصباح.
    1. أخذ قنينة زجاجية 1 مل، وإضافة 0.3 مل من محطة تكرير النفط في قنينة الزجاج.
    2. يأخذ الأنبوب الأوسط مع معرف = 200 ميكرومتر، أعدت في البروتوكول خطوة 3.1.2، وتراجع أحد أطرافها في محطة تكرير النفط في القنينة الزجاج ~ 10 s.
    3. إخراج الأنبوب الوسط، وثم مسح أنبوب غاز النيتروجين من النهاية غير المعالجة.
  3. تعد الإبر لمداخل الجهاز الشعرية.
    1. إعداد تلميح فجة ز 20 الاستغناء عن الإبرة، الذي سيكون بمثابة المدخل لمرحلة النفط منخفض اللزوجة. ثم، مع شفرة، قطع فتحه ~0.2 مم × 0.2 مم على حافة لوحة الوصل اللوير البلاستيك.
    2. إعداد آخر نصيحة فجة ز 20 الاستغناء عن الإبرة، وقص فتحتين على حافة لوحة الوصل اللوير البلاستيك. قم بمحاذاة فتحات اثنين في خط يمر القطر من لوحة الوصل اللوير.
      ملاحظة: فتحه واحدة يبلغ حجم ~0.2 مم × 0.2 مم، بينما الفتحة الأخرى يبلغ حجم ~0.4 مم × 0.4 مم. هذا الإبرة الثانية سيكون بمثابة المدخل للمرحلة الثانوية-اللزوجة مائي.
    3. آخر نصيحة فجة ز 20 الاستغناء عن إبرة، وقطع اثنين من فتحات على حافة البلاستيك اللوير لوحة الوصل. يتم محاذاة فتحات اثنين في خط يمر القطر من لوحة الوصل اللوير.
      ملاحظة: فتحه واحدة يبلغ حجم ~0.8 مم × 0.8 ملم، بينما الفتحة الأخرى يبلغ حجم ~0.4 مم × 0.4 مم. هذا الإبرة الثالثة ستكون بمثابة مدخل لأغراض التنظيف.
  4. اتبع الخطوات البروتوكول 1.4-1.6 الانتهاء من الجهاز، واستخدام أنابيب زجاجية أعدت في البروتوكول خطوة 3.1 بدلاً من تلك المعدة في البروتوكول خطوة 1.1، واستخدام الإبر أعد البروتوكول خطوة 3.3 بدلاً من تلك التي أعدت في البروتوكول خطوة 1.3.

4-مراقبة إنتاج قطرات والغليسيرول في البارافين السائل

ملاحظة: لأخذ الصور تظهر في الأرقام 1B-د، استخدام الجهاز أعد البروتوكول خطوة 1؛ لأخذ الصور المبينة في الشكل 3، استخدم الجهاز إعدادها في الخطوة 3 من البروتوكول.

  1. إعداد حلول لاستخدامها في التجربة.
    1. استخدام الجلسرين كمرحلة مائي عالي اللزوجة، وإضافة w.t.% 0.5 O أزرق تولويدين لصبغ والأزرق.
    2. استخدام البارافين السائل كمرحلة منخفضة اللزوجة النفط، وإضافة 1% وزن 80 تمتد فيه كخافض للتوتر السطحي.
  2. إعداد ثلاثة 1 مل المحاقن وثلاثة المحاقن مضخات.
    ملاحظة: المحاقن ثلاثة للسوائل أعدت في البروتوكول خطوة 4.1: واحدة للحقن والغليسيرول اللزوجة العالية، أعدت في البروتوكول خطوة 4.1.1، والاثنان الآخران لحقن البارافين السائل منخفض اللزوجة، أعد البروتوكول خطوة 4.1.2، على التوالي.
    1. قم بتوصيل حقنه تحتوي على الجلسرين إلى مدخل إلى أنبوب الأوسط.
    2. قم بتوصيل أحد حقنه تحتوي على البارافين السائل إلى مدخل الأنبوبة الداخلية، أثناء الاتصال الأخرى إلى مدخل لأغراض التنظيف.
  3. وضع الجهاز إعدادها في الخطوة 1 من البروتوكول المعني مجهر مقلوب ثم ضع قطعة من كيمويبي تحت مخرج الأنبوب الخارجي لامتصاص السوائل المتسربة.
    تنبيه: لا تدع تسرب السوائل خارج منطقة كيمويبي.
  4. تعيين معدلات تدفق المضخات المحاقن.
    ملاحظة: استخدام المحاقن مضخة متصلة بالانبوب الخارجي لأغراض التنظيف عندما تكون هناك فقاعات المحاصرين أو قطرات حول خروج الأنبوب الأوسط. وبخلاف ذلك، مجرد ترك المضخة توقفت.
    1. تعيين معدل تدفق والغليسيرول الحقن إلى أنبوب الأوسط من Qw = 10 ميكروليتر/دقيقة.
    2. تعيين معدل التدفق بالحقن البارافين السائل إلى الأنبوب الداخلي من سس = 30 ميكروليتر/دقيقة.
    3. تشغيل مضختين لتوليد قطرات والغليسيرول.
  5. انتظر دقيقة ~0.5 حتى استقرت التدفقات وقطرات والغليسيرول يتم إنشاؤها بشكل موحد في خروج الأنبوب الأوسط. بعد ذلك، تأخذ أشرطة الفيديو أو الصور لعملية توليد الحبرية.
    ملاحظة: يمكن أخذ صور في الأرقام التي يمكن اتخاذها 1B-C باستخدام الجهاز إعدادها في الخطوة 1، من البروتوكول مع الصور في الشكل 3A استخدام الجهاز إعدادها في الخطوة 3 من البروتوكول. إيقاف جميع المضخات أقرب الصور أو ملفات الفيديو يتم اتخاذها، ويسلب حق الجهاز قبالة المجهر.
  6. التحضير لجمع قطرات اللزوجة العالية.
    1. مكان الجهاز في طائرة عمودية مع المنفذ أشار إلى أسفل، ووضع طبق بتري تحت المنفذ. استخدام الشريط لإصلاح الجهاز بمنفذ ملم ~ 2 أعلاه أسفل طبق بيتري.
    2. من أجل بعض البارافين السائل أعد البروتوكول خطوة 4.1.2 في طبق بتري، وتزج بمأخذ الجهاز فقط.
  7. تشغيل اثنين المحاقن مضخات مرة أخرى في Qw = 10 ميكروليتر/min وسس = 30 ميكروليتر/دقيقة، وجمع قطرات والغليسيرول في طبق بتري.
    ملاحظة: انتظر دقيقة ~ 1 حتى استقرت التدفقات وقطرات والغليسيرول يتم إنشاؤها بشكل موحد في خروج الأنبوب الخارجي، صورة القطرات في طبق بتري يمكن اتخاذها، كما هو مبين في الشكل 1 للجهاز أعد في البروتوكول 1 ، أو الشكل 3B للجهاز إعدادها في الخطوة 3 من البروتوكول.

5-توليد وجمع قطرات والغليسيرول في البارافين السائل مع جهاز مبسط إعدادها في الخطوة 2.

ملاحظة: هذا لالتقاط صور لقطرات والغليسيرول المولدة في إطار نسبة معدل تدفق مختلفة من سس/فث، وقياس المقابلة لها حجم اختلاف القطرات لنقاط البيانات في الشكل 2.

  1. إعداد حلول لاستخدامها في التجربة باتباع البروتوكول خطوة 4.1.
  2. إعداد اثنين 1 مل المحاقن ومضختين للمحاقن.
    ملاحظة: المحاقن اثنين للسوائل أعدت في البروتوكول خطوة 4.1: واحدة للحقن والغليسيرول اللزوجة العالية، أعدت في البروتوكول خطوة 4.1.1، وأخرى لحقن البارافين السائل منخفض اللزوجة، أعد البروتوكول خطوة 4.1.2، على التوالي.
    1. قم بتوصيل حقنه تحتوي على الجلسرين 0.8 مل إلى مدخل إلى أنبوب الأوسط.
    2. قم بتوصيل حقنه تحتوي على 0.8 مل البارافين السائل إلى المدخل الأنبوب الداخلي.
  3. التحضير لجمع قطرات اللزوجة العالية.
    1. مكان الجهاز في طائرة عمودية مع المنفذ أشار إلى أسفل، ووضع 35 مم طبق بيتري تحت المنفذ. استخدام الشريط لإصلاح الجهاز بمنفذ ملم ~ 2 أعلاه أسفل طبق بيتري.
    2. من أجل بعض البارافين السائل أعد البروتوكول خطوة 4.1.2 في طبق بتري، وتزج بمأخذ الجهاز فقط.
  4. تعيين معدلات تدفق المضخات المحاقن.
    ملاحظة: لإصلاح كل نسبة معدل التدفق في الشكل 2، معدل تدفق والغليسيرول Qw = 2 ميكروليتر/دقيقة، مع زيادة معدل تدفق السائل البارافين سس بقيم مختلفة وفقا لنسب معدل التدفق المطلوب من ف س/Qw. لكل نسبة معدل التدفق، انتظر دقيقة ~ 1 حتى استقرت التدفقات وقطرات والغليسيرول موحدة تجمع في طبق بتري، ثم التقاط صور للقطرات.
    1. تعيين معدل تدفق والغليسيرول يحقن أنبوب الأوسط من Qw = 2 ميكروليتر/دقيقة.
    2. تعيين معدل تدفق السائل البارافين حقن الأنبوب الداخلي من سس = 6 ميكروليتر/دقيقة.
    3. تشغيل مضختين لتوليد قطرات والغليسيرول.
      ملاحظة: عملية توليد القطرات يمكن مباشرة ملاحظة مع كاميرا الهاتف المحمول أو كاميرا رقمية التي شنت على ترايبود.
  5. انتظر ~ 1 دقيقة حتى التدفقات استقرت، وتغيير طبق بيتري جديد لجمع قطرات والغليسيرول موحدة.

6-توليد أخرى قطرات اللزوجة العالية في البارافين السائل باستخدام جهاز تدفق المشارك انعكاس المرحلة.

ملاحظة: هذا للصور في الشكل 4. كل مرحلة منخفضة اللزوجة النفط المستخدمة في التجارب هي نفسها المستخدمة في البروتوكول خطوة 4.1.2.

  1. استخدم العسل الصافي كمرحلة مائي عالي اللزوجة الشكل 4A.
  2. إعداد 6 w.t.% نشأ حل الشكل 4B.
    تحذير: استخدام زجاجة وسائط مناسبة ذات درجة الحرارة العالية زجاج وقبعة ذات درجة الحرارة العالية. ارتداء قفازات مقاومة للحرارة.
    1. إضافة 47 غراما مياه في وسائل الإعلام زجاجة 100 مل ووضع شريط ضجة في الزجاجة.
    2. وضع الزجاجة في حمام مائي وتعيين درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية.
    3. إضافة 3 غرام مسحوق النشا في الماء الساخن بعد حمام المياه تصل إلى 100 درجة مئوية.
    4. تغطي غطاء الزجاجة وتبقى إثارة ح ~ 4 حتى الحل الواضح.
    5. الانتظار حتى الحل يبرد إلى درجة حرارة الغرفة قبل الاستعمال.
  3. إعداد 10 w.t.% بولي-124 حل الرقم 4.
    تحذير: استخدام زجاجة وسائط مناسبة ذات درجة الحرارة العالية زجاج وقبعة ذات درجة الحرارة العالية. ارتداء قفازات مقاومة للحرارة.
    1. إضافة 45 جم من الماء في وسائط الإعلام زجاجة 100 مل ووضع شريط ضجة في الزجاجة.
    2. وضع الزجاجة في حمام مائي وتعيين درجة الحرارة إلى 70 درجة مئوية.
    3. إضافة 5 غم مسحوق بولي-124 إلى القمقم بعد حمام المياه تصل إلى 70 درجة مئوية.
    4. تغطي غطاء الزجاجة وتبقى إثارة ح ~ 1 حتى يتم الحل واضح.
    5. الانتظار حتى الحل يبرد إلى درجة حرارة الغرفة قبل الاستعمال.
  4. توليد قطرات اللزوجة العالية في السائل البارافين.
    1. اتبع الخطوة 5 باستخدام السوائل عالية اللزوجة إعدادها في الخطوة 6، 1-6-3، بدلاً من الجلسرين في الخطوة 5 من البروتوكول من البروتوكول.
    2. استخدام إعدادات معدل التدفق Qw = 1 ميكروليتر/min وسس = 5 ميكروليتر/دقيقة الرقم 4.

النتائج

صمم جهاز شعرية موائع جزيئية مع مرحلة انعكاس، هيكل تدفق المشارك لتوليد مونوديسبيرسي مائي عالي اللزوجة قطرات، كما هو مبين في الشكل 1 ألف. في الشكل 1، كان مرحلة مائي عالي اللزوجة والغليسيرول ولزوجته ηw = 1.4 نظام تقييم الأداء؛ وكانت ا...

Discussion

يوفر الجهاز تدفق المشارك المرحلة عكس أسلوب بسيطة ومباشرة إلى الأمام لتوليد مونوديسبيرسي عالية اللزوجة قطرات. هذا الجهاز لديه بنية مماثلة لأجهزة تدفق المشارك الشائعة، كما يتألف هيكل تدفق المشارك الأساسي من الأنبوب الداخلي إدراجها في أنبوب الأوسط، الخروج منها متصلاً بمنفذ أنابيب. ومع ذلك...

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

وأيد هذا العمل "مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية" (رقم 51420105006 و 51322501). ونحن نشكر دانيال له مناقشة مفيدة حول أفكار لزوجة عالية.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
VitroTubes Glass TubingVitroCom8240Square - Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=0.4mm, OD=0.8mm
VitroTubes Glass TubingVitroComCV2033Round - Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=0.2mm, O.D.=0.33mm
VitroTubes Glass TubingVitroComCV1017Round - Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=0.1mm, O.D.=0.17mm
VitroTubes Glass TubingVitroComQ14606Square - Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=1.05mm+0.1/-0, OD=1.5mm
Standard Glass CapillariesWPI1B100-6Round - Glass Tubing, I.D.=0.58mm, O.D.=1.00mm
GlycerolSinopharm Chemical Reagent Beijing10010618
Paraffin LiquidSinopharm Chemical Reagent Beijing30139828
Poly(vinyl alcohol), PVA-124Sinopharm Chemical Reagent Beijing30153084
Span 80Sigma-Aldrich85548
StarchSigma-AldrichS9765
Trichloro(octadecyl)silaneSigma-Aldrich104817
Toluidine Blue OSigma-AldrichT3260
HoneyChaste tree honey, common food product purchased from supermarket
DEVCON 5 Minute EpoxyITW Epoxy glue
Blunt Tip Stainless Steel Dispensing Needles (Luer Lock)Suzhou Lanbo Needle, ChinaLTA82005020G x 1/2" 
Tungsten/Carbide ScriberUllman1830For cutting glass tubing
Microscope SlidesSail Brand710176.2 mm x 25.4 mm, Thickness 1 - 1.2 mm
Polyethylene TubingScientific CommoditiesBB31695-PE/5I.D. = 0.86 mm, O.D. = 1.32 mm
Syringe PumpsLonger Pump, ChinaLSP01-1A3 pumps needed for the experiments

References

  1. Shah, R. K., Shum, H. C., Rowat, A. C., Lee, D., Agresti, J. J., Utada, A. S., Chu, L. Y., Kim, J. W., Fernandez-Nieves, A., Martinez, C. J., Weitz, D. A. Designer emulsions using microfluidics. Mater. Today. 11, 18-27 (2008).
  2. Park, J. I., Saffari, A., Kumar, S., Günther, A., Kumacheva, E. Microfluidic synthesis of polymer and inorganic particulate materials. Annu. Rev. Mater. Res. 40, 415-443 (2010).
  3. Heath, J. R., Ribas, A., Mischel, P. S. Single-cell analysis tools for drug discovery and development. Nat. Rev. Drug Discovery. 15, 204-216 (2016).
  4. Murphy, S. V., Atala, A. 3D Bioprinting of tissues and organs. Nat. Biotechnol. 32, 773-785 (2014).
  5. Du, G., Fang, Q., den Toonder, J. M. Microfluidics for cell-based high throughput screening platforms-a review. Anal. Chim. Acta. 903, 36-50 (2016).
  6. Ushikubo, F. Y., Oliveira, D. R. B., Michelon, M., Cunha, R. L. Designing food structure using microfluidics. Food Eng. Rev. 7, 393-416 (2015).
  7. Xu, J. H., Li, S. W., Tan, J., Wang, Y. J., Luo, G. S. Preparation of highly monodisperse droplet in a T-junction microfluidic device. AIChE Journal. 52, 3005-3010 (2006).
  8. van Steijn, V., Kleijn, C. R., Kreutzer, M. T. Flows around confined bubbles and their importance in triggering pinch-off. Phys. Rev. Lett. 103, 214501 (2009).
  9. Utada, A. S., Fernandez-Nieves, A., Stone, H. A., Weitz, D. A. Dripping to jetting transitions in coflowing liquid streams. Phys. Rev. Lett. 99, 094502 (2007).
  10. Anna, S. L., Bontoux, N., Stone, H. A. Formation of dispersions using "flow focusing" in microchannels. Appl. phys. lett. 82, 364-366 (2003).
  11. Utada, A. S., Lorenceau, E., Link, D. R., Kaplan, P. D., Stone, H. A., Weitz, D. A. Monodisperse double emulsions generated from a microcapillary device. Science. 308, 537-541 (2005).
  12. Teh, S. Y., Lin, R., Hung, L. H., Lee, A. P. Droplet microfluidics. Lab Chip. 8, 198-220 (2008).
  13. Nunes, J. K., Tsai, S. S. H., Wan, J., Stone, H. A. Dripping and jetting in microfluidic multiphase flows applied to particle and fiber synthesis. J. Phys. D: Appl. Phys. 46, 114002 (2013).
  14. Cubaud, T., Mason, T. G. Capillary threads and viscous droplets in square microchannels. Phys. Fluids. 20, 053302 (2008).
  15. Shestopalov, I., Tice, J. D., Ismagilov, R. F. Multi-step synthesis of nanoparticles performed on millisecond time scale in a microfluidic droplet-based system. Lab Chip. 4, 316-321 (2004).
  16. Zheng, B., Roach, L. S., Ismagilov, R. F. Screening of protein crystallization conditions on a microfluidic chip using nanoliter-size droplets. J. Am. Chem. Soc. 125, 11170-11171 (2003).
  17. Nie, Z. H., Xu, S. Q., Seo, M., Lewis, P. C., Kumacheva, E. Microfluidic production of biopolymer microcapsules with controlled morphology. J. Am. Chem. Soc. 127, 8058-8063 (2005).
  18. Abate, A. R., Kutsovsky, M., Seiffert, S., Windbergs, M., Pinto, L. F., Rotem, A., Utada, A. S., Weitz, D. A. Synthesis of monodisperse microparticles from non-Newtonian polymer solutions with microfluidic devices. Adv. Mater. 23, 1757-1760 (2011).
  19. Seo, M., Nie, Z., Xu, S., Mok, M., Lewis, P. C., Graham, R., Kumacheva, E. Continuous microfluidic reactors for polymer particles. Langmuir. 21, 11614-11622 (2005).
  20. Duncanson, W. J., Lin, T., Abate, A. R., Seiffert, S., Shah, R. K., Weitz, D. A. Microfluidic synthesis of advanced microparticles for encapsulation and controlled release. Lab Chip. 12, 2135-2145 (2012).
  21. Song, H., Chen, D. L., Ismagilov, R. F. Reactions in droplets in microfluidic channels. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 7336-7356 (2006).
  22. Chen, H., Zhao, Y., Li, J., Guo, M., Wan, J., Weitz, D. A., Stone, H. A. Reactions in double emulsions by flow-controlled coalescence of encapsulated drops. Lab Chip. 11, 2312-2315 (2011).
  23. Wang, P., Li, J., Nunes, J., Hao, S., Liu, B., Chen, H. Droplet micro-reactor for internal gelation to fabricate ZrO2 ceramic microspheres. J. Am. Ceram. Soc. 100, 41-48 (2017).
  24. Chen, H., Man, J., Li, Z., Li, J. Microfluidic generation of high-viscosity droplets by surface-controlled breakup of segment flow. ACS Appl. Mater. Interfaces. 9, 21059-21064 (2017).
  25. Man, J., Li, Z., Li, J., Chen, H. Phase inversion of slug flow on step surface to form high viscosity droplets in microchannel. Appl. Phys. Lett. 110, 181601 (2017).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

134

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved