Fabbricando goccioline ad alta viscosità mediante capillare dispositivo microfluidico con struttura di co-flusso di inversione di fase

Riepilogo

Un dispositivo di co-flusso di inversione di fase è dimostrato per generare goccioline ad alta viscosità monodispersi sopra 1 Pas, che è difficile da realizzare in gocciolina microfluidica.

Abstract

La generazione di monodisperse goccioline ad alta viscosità è sempre stata una sfida in gocciolina microfluidica. Qui, dimostriamo un dispositivo di co-flusso di inversione di fase per generare goccioline ad alta viscosità uniforme in un fluido a bassa viscosità. Il dispositivo capillare di microfluidica ha una struttura comune di co-flow con relativa uscita di collegamento ad un tubo più largo. Allungata goccioline del liquido a bassa viscosità vengono incapsulate in primo luogo dal fluido ad alta viscosità nella struttura del co flusso. Le goccioline di bassa viscosità allungate scorrono attraverso l'uscita, che è trattata per essere bagnata dal liquido a bassa viscosità, inversione di fase quindi è indotta dall'adesione delle goccioline bassa viscosità fino alla punta dell'uscita, che si traduce nell'inverso successiva incapsulamento del fluido ad alta viscosità. La dimensione delle goccioline ad alta viscosità risultante può essere regolata modificando il rapporto di tasso di flusso del fluido bassa viscosità al fluido ad alta viscosità. Dimostriamo diversi esempi tipici della generazione di goccioline ad alta viscosità con viscosità fino a 11,9 Pas, come soluzione di glicerolo, miele, amido e polimero. Il metodo fornisce un approccio semplice e diretto per generare goccioline ad alta viscosità monodispersi, che possono essere utilizzate in una varietà di applicazioni basate su goccia, come sintesi dei materiali, consegna della droga, l'analisi delle cellule, Bioingegneria e cibo Ingegneria.

Introduzione

La generazione di goccioline sta diventando una tecnologia chiave in una varietà di applicazioni, come ad esempio la consegna della droga, sintesi di materiali, 3D multimateriali, analisi delle cellule e cibo ingegneria^{1,2,3,4 , 5 , 6}. dispositivi microfluidici con incrocio a t^7,8, co-flusso^1,9, o flusso di messa a fuoco^10,11 strutture sono ampiamente usati per generare monodispersi goccioline di emulsione singola. Selezione di una fase continua più viscosa faciliterà la formazione di goccioline¹², e la viscosità dei fluidi sia continui e dispersi sono comunemente sotto 0,1 Pas gocciolina microfluidica¹³. Tuttavia, in molte applicazioni, la fase dispersa può avere una viscosità diverse centinaia di volte superiore a quella dell'acqua, come il glicerolo¹⁴, soluzioni contenenti nanoparticelle¹⁵, proteine¹⁶o polimeri^{17 , 18 , 19}, mentre è difficile raggiungere le goccioline monodispersi direttamente da fluidi ad alta viscosità in una stalla grondante regime¹¹ in dispositivi microfluidici, soprattutto per fluidi con viscosità di η > 1 PA · s^{14 ,17,18,19}. Inoltre, è stato segnalato^13,18 che microfluidici tipici metodi per la formazione di goccioline richiedono fluidi con viscosità relativamente bassa e moderata tensione interfacciale per formare goccioline uniformi in un stabile gocciolante regime.

Per una fase dispersa con una viscosità leggermente maggiore di 0,1 Pas, ci sono diversi approcci possibili per facilitare la formazione della gocciolina con tipico incrocio a t, co-flow o flusso di messa a fuoco dispositivi microfluidici: (1) diminuzione della viscosità dei dispersi fase di diluirlo in un solvente volatile^11,20; (2) diminuire il rapporto di viscosità dispersi-a-continuo aumentando la viscosità della fase continua^1,11; (3) diminuire la portata della fase dispersa su un valore estremamente basso, mantenendo un alto flusso continuo--dispersi tasso rapporto ^14,19. Tuttavia, questi approcci non sono pratici per fluidi con viscosità molto più alto, come si abbasserà significativamente il tasso di produzione, aumentando drasticamente il consumo del solvente volatile o la fase continua. In aggiunta, è stato segnalato che alcune soluzioni di polimero ad alta viscosità con η > 1 PA · s ancora non hanno rotto in goccioline con gli approcci di cui sopra^17,19.

Ci sono anche parecchi disegni migliorati di dispositivi microfluidici che introducono una terza fase del fluido nel sistema, che facilita la generazione di goccioline ad alta viscosità. Le innovazioni includono: bolle introdotte per tagliare un filo di trivellazione a getto in goccioline²¹, un fluido chaperoning immiscibile con viscosità moderata, introdotto come la fase intermedia tra la fase di dipsersed e la fase continua¹⁸, e microreattori introdotto per generare goccioline ad alta viscosità da due precursori di bassa viscosità^21,22,23. Tuttavia, come un più fluido è coinvolto nel processo, il sistema diventa più complicato e i dispositivi di solito lavorano in un regime di flusso molto più ristretto rispetto ai tipici dispositivi per la generazione di goccioline di emulsione singola.

Per generare monodispersi goccioline direttamente da un fluido ad alta viscosità con η > 1 PA · s, metodi di inversione di fase controllata di superficie sono stati studiati²⁴. Come la generazione di goccioline di bassa viscosità è molto più facile di quello di goccioline ad alta viscosit๲, allungate bassa viscosità goccioline in una fase di continua ad alta viscosità innanzitutto vengono generate utilizzando una struttura tipica co-flow e quindi sono suddivisi in due al cambiamento di bagnabilità superficiale a valle della struttura co-flow. Il fluido rilasciato di bassa viscosità inversamente incapsula il fluido ad alta viscosità a valle in goccioline affinché inversione di fase è stata completata. Secondo il meccanismo di inversione di fase, possono essere generate goccioline ad alta viscosità monodispersi basato su un dispositivo tipico co-flow, mentre l'uscita del dispositivo co-flow è trattata per essere bagnata dal liquido a bassa viscosità e quindi collegato ad un tubo più largo^{24 ,25}.

Protocollo

1. produrre un dispositivo capillare a co-flusso inversione di fase per osservare il processo di generazione delle goccioline acquose, ad alta viscosità con un diametro di ~ 500 μm.

Nota: Il tubo quadrato esterno usato qui è per scattare immagini del processo di generazione delle goccioline ad alta viscosità. Se non c'è nessun bisogno di prendere le immagini, una versione semplificata del dispositivo può essere fatto secondo passaggio protocollo 2.

1. Preparare tre tubi di vetro con diverse dimensioni per l'assemblaggio del dispositivo capillare.
   1. Prendere un tubo di vetro quadrato con una dimensione interiore di 1,05 mm e tagliare un pezzo del tubo ~ 4 cm di lunghezza. Questo sarà il tubo esterno del dispositivo.
   2. Prendere un tubo di vetro rotondo con un diametro interno (I.D.) di 580 μm e diametro esterno (O.D.) di 1 mm e tagliare un pezzo del tubo ~ 3 cm di lunghezza. Questo sarà il tubo centrale del dispositivo.
   3. Prendere un tubo di vetro rotondo con diametro interno = 200 μm e O.D. = 330 μm e tagliare un pezzo del tubo ~ 2 cm di lunghezza. Questo sarà il tubo interno del dispositivo.
2. Modificare la bagnabilità superficiale di un'estremità del tubo centrale di essere idrofobo.
   1. Prendere un flacone di vetro da 1 mL e aggiungere 0,3 mL di tricloro (ottadecil) Silano (OTS) nel flaconcino di vetro.
   2. Prendere il tubo centrale con I.D. = 580 μm preparata al protocollo punto 1.1.2 e immergere una estremità di esso in OTS in flaconcino di vetro per ~ 10 s.
   3. Prendere il tubo centrale e lavare il tubo con gas azoto dalla fine non trattata.
3. Preparare gli aghi per le insenature del dispositivo capillare.
   1. Prendere una punta smussata 20G dell'ago di erogazione e praticare un taglio con ~0.5 x 0,5 mm sul bordo della plastica raccordo luer con una lama.
      Nota: Questo ago servirà come l'ingresso per la fase di olio a bassa viscosità.
   2. Prendere un'altra punta smussata 20g erogazione dell'ago e tagliare due aperture sul bordo della plastica raccordo luer. Allineare le due fessure in una linea che passa il diametro del mozzo Luer.
      Nota: Uno slot ha una dimensione di ~0.5 x 0,5 mm, mentre l'altro slot ha una dimensione di ~1.0 millimetri x 1,0 mm. Questo ago servirà come l'ingresso per la fase acquosa ad alta viscosità.
   3. Prendere un'altra punta smussata 20g erogazione dell'ago e tagliare due aperture sul bordo della plastica raccordo luer. Allineare le due fessure in una linea che passa il diametro del mozzo Luer.
      Nota: Uno slot ha una dimensione di ~1.5 x 1,5 mm; mentre l'altro slot ha una dimensione di ~1.0 millimetri x 1,0 mm. Questo ago servirà come l'aspirazione per la pulizia.
4. Montare il vetro tubi secondo Figura 1A.
   1. Prendere una lastra di vetro regolari 7,62 x 2,54 cm come il substrato del dispositivo capillare.
   2. Mettere il tubo esterno con I.D. = 1,05 mm, preparata al protocollo punto 1.1.1, sul vetrino con ~ 1 cm sul bordo corto del vetrino di estrusione.
   3. Prendere il tubo centrale con I.D. = 580 μm, preparata al protocollo punto 1.2 e inserire l'estremità idrofoba del tubo centrale nel tubo esterno dalla fine su vetrino e tenere ~ 1 cm del tubo centrale all'esterno del tubo esterno.
   4. Prendere il tubo interno con I.D. = 200 μm, preparata al protocollo punto 1.1.3, inserire un'estremità del tubo interno del tubo centrale e tenere ~ 1 cm del tubo interno all'esterno del tubo centrale.
   5. Utilizzare colla a resina epossidica per fissare i tre tubi in posizione lungo la linea centrale del vetrino. Quindi attendere ~ 5 min o più lungo per la colla per solidificare completamente.
5. Assemblare le insenature sul dispositivo capillare.
   1. Prendere l'ago di aspirazione per la fase di olio a bassa viscosità, preparata al protocollo punto 1.3.1 e lasciate il raccordo luer coprire l'estremità del tubo interno sul substrato e quindi utilizzare colla a resina epossidica per fissare il mozzo Luer sul substrato.
   2. Prendere l'ago di aspirazione per la fase acquosa ad alta viscosità, preparata al protocollo punto 1.3.2 e lasciate il raccordo luer coprire la giunzione tra il tubo interno e il tubo centrale e quindi utilizzare colla a resina epossidica per fissare il mozzo Luer sul substrato.
   3. Prendere l'ago di aspirazione, preparata al protocollo punto 1.3.3 e, per la pulizia, lasciare il raccordo luer coprire la giunzione tra il tubo centrale e il tubo esterno e quindi utilizzare colla a resina epossidica per fissare il mozzo Luer sul substrato.
   4. Attendere ~ 5 min o più lungo per la colla per solidificare completamente.
   5. Utilizzare colla a resina epossidica per sigillare i mozzi Luer degli aghi sul substrato.
6. Attendere circa 30 min o più lungo per la colla per solidificare completamente, e quindi il dispositivo è pronto all'uso.

2. fare un'inversione di fase, il dispositivo capillare co-Flow per fabbricare acquose ad alta viscosità goccioline con un diametro di ~ 500 μm.

Nota: Il dispositivo fatto qui è una versione semplificata del dispositivo in fase di protocollo 1.

1. Preparare due provette in vetro con diverse dimensioni per l'assemblaggio del dispositivo capillare.
   1. Prendere un tubo di vetro rotondo con diametro interno = 580 μm e O.D. = 1 mm e tagliare un pezzo del tubo con ~ 3 cm di lunghezza. Questo sarà il tubo centrale del dispositivo.
   2. Prendere un tubo di vetro rotondo con diametro interno = 200 μm e O.D. = 330 μm e tagliare un pezzo del tubo con ~ 2 cm di lunghezza. Questo sarà il tubo interno del dispositivo.
2. Modificare la bagnabilità superficiale di un'estremità del tubo centrale di essere idrofobo.
   1. Aggiungere 0,3 mL di OTS in un flaconcino di vetro da 1 mL.
   2. Prendere il tubo centrale con I.D. = 580 μm, preparata al protocollo punto 2.1.1 e immergere una estremità di esso in OTS in flaconcino di vetro per ~ 10 s.
   3. Prendere il tubo centrale e quindi svuotare il tubo con gas azoto dalla fine non trattata.
3. Preparare gli aghi per le insenature del dispositivo capillare.
   1. Preparare una punta smussata 20g erogazione dell'ago, che servirà come l'ingresso per la fase di olio a bassa viscosità. Quindi, tagliare una fessura di ~0.5 x 0,5 mm con una lama sul bordo della plastica raccordo luer.
   2. Prendere un'altra punta smussata 20g erogazione dell'ago e tagliare due aperture sul bordo della plastica raccordo luer. Allineare le due fessure in una linea che passa il diametro del mozzo Luer.
      Nota: Uno slot ha una dimensione di ~0.5 x 0,5 mm, mentre l'altro slot ha una dimensione di ~1.0 millimetri x 1,0 mm. Questo secondo ago servirà come l'ingresso per la fase acquosa ad alta viscosità.
4. Montare il vetro tubi secondo Figura 1A .
   1. Prendere una lastra di vetro regolari 7,62 x 2,54 cm come il substrato del dispositivo capillare.
   2. Inserire il tubo centrale con I.D. = 580 μm, preparata al protocollo punto 2.2, il vetrino con l'estremità idrofobe estrusione ~ 1 cm sopra il bordo corto del vetrino.
   3. Prendere il tubo interno con I.D. = 200 μm, preparata al protocollo punto 2.1.2, inserire un'estremità del tubo interno del tubo centrale dal lato non trattato il vetrino e mantenere ~ 1 cm del tubo interno all'esterno del tubo centrale.
   4. Utilizzare colla a resina epossidica per fissare i due tubi in posizione lungo la linea centrale del vetrino.
   5. Attendere per ~ 5 min o più per la colla per solidificare completamente.
5. Assemblare le insenature sul dispositivo capillare.
   1. Prendere l'ago di aspirazione per la fase di olio a bassa viscosità, preparata al protocollo punto 2.3.1 e lasciate il raccordo luer coprire l'estremità del tubo interno sul substrato e quindi utilizzare colla a resina epossidica per fissare il mozzo Luer sul substrato.
   2. Prendere l'ago di aspirazione per la fase acquosa ad alta viscosità, preparata al protocollo punto 2.3.2 e lasciate il raccordo luer coprire la giunzione tra il tubo interno e il tubo centrale e quindi utilizzare colla a resina epossidica per fissare il mozzo Luer sul substrato.
      Nota: L'altra estremità del tubo centrale è l'uscita del dispositivo.
   3. Attendere ~ 5 min o più lungo per la colla per solidificare completamente.
   4. Utilizzare colla a resina epossidica per sigillare i mozzi Luer degli aghi sul substrato.
6. Attendere circa 30 minuti o più per la colla a solidificare completamente.
7. Collegare l'estremità libera del tubo centrale con il tubo di uscita, vale a dire., tubo in polietilene con I.D. = 0,86 e ~ 20 mm di lunghezza.
   Nota: La leggera deformazione del tubo esterno garantisce la tenuta della connessione, modo che la colla non è necessario qui. Il tubo di uscita agisce come un tubo esterno più ampio per l'inversione di fase. A questo punto, il dispositivo è pronto all'uso.

3. fare inversione di fase co-flusso capillare periferica per osservare il processo di generazione di acquose ad alta viscosità goccioline con un diametro di ~ 200 μm.

Nota: Il dispositivo fatto qui è una versione più piccola del dispositivo di passaggio protocollo 1 per rendere più piccole goccioline.

1. Preparare tre tubi di vetro con diverse dimensioni per l'assemblaggio del dispositivo capillare.
   1. Prendere un tubo di vetro quadrata con I.D. = 400 μm e tagliare un pezzo del tubo ~ 4 cm di lunghezza, che sarà il tubo esterno del dispositivo.
   2. Prendere un tubo di vetro rotondo con diametro interno = 200 μm e O.D. = 330 μm e tagliare un pezzo del tubo ~ 3 cm di lunghezza, che sarà il tubo centrale del dispositivo.
   3. Prendere un tubo di vetro rotondo con diametro interno = 100 μm e O.D. = 170 μm e tagliare un pezzo del tubo ~ 2 cm di lunghezza, che sarà il tubo interno del dispositivo.
2. Modificare la bagnabilità superficiale di un'estremità del tubo centrale di essere idrofobo.
   1. Prendere un flacone di vetro da 1 mL e aggiungere 0,3 mL di OTS in flaconcino di vetro.
   2. Prendere il tubo centrale con I.D. = 200 μm, preparata al protocollo punto 3.1.2 e immergere una estremità di esso in OTS in flaconcino di vetro per ~ 10 s.
   3. Prendere il tubo centrale e quindi svuotare il tubo con gas azoto dalla fine non trattata.
3. Preparare gli aghi per le insenature del dispositivo capillare.
   1. Preparare una punta smussata 20g erogazione dell'ago, che servirà come l'ingresso per la fase di olio a bassa viscosità. Poi, con una lama, tagliare un ~0.2 slot x 0,2 mm sul bordo della plastica raccordo luer.
   2. Preparare un'altra punta smussata 20g erogazione dell'ago e tagliare due aperture sul bordo della plastica raccordo luer. Allineare le due fessure in una linea che passa il diametro del mozzo Luer.
      Nota: Uno slot ha una dimensione di ~0.2 x 0,2 mm, mentre l'altro slot ha una dimensione di ~0.4 millimetri x 0,4 mm. Questo secondo ago servirà come l'ingresso per la fase acquosa ad alta viscosità.
   3. Prendere un'altra punta smussata 20g erogazione dell'ago e tagliare due aperture sul bordo della plastica raccordo luer. I due slot sono allineati in una linea che passa il diametro del mozzo Luer.
      Nota: Uno slot ha una dimensione di ~0.8 x 0,8 mm, mentre l'altro slot ha una dimensione di ~0.4 millimetri x 0,4 mm. Questo terzo ago fungerà da un'insenatura per scopi di pulizia.
4. Seguire passaggi protocollo 1.4-1.6 per completare il dispositivo, usando i tubi di vetro preparati al protocollo punto 3.1 invece di quelli preparati nel protocollo passaggio 1.1 e usando gli aghi preparati al protocollo punto 3.3 anziché quelli preparata al protocollo punto 1.3.

4. osservando la generazione di goccioline di glicerolo in paraffina liquida

Nota: Per scattare le immagini mostrate in figure 1B - D, utilizzare il dispositivo preparato nel passaggio del protocollo 1; per scattare immagini illustrate nella Figura 3, utilizzare il dispositivo preparato nel protocollo passaggio 3.

1. Preparare le soluzioni per essere utilizzato nell'esperimento.
   1. Utilizzare il glicerolo come fase acquosa ad alta viscosità e aggiungere 0,5 w.t.% O blu di toluidina per tingerlo blu.
   2. Usare paraffina liquida come la fase di olio a bassa viscosità e aggiungere 1% w.t. Span 80 in esso come tensioattivo.
2. Preparare tre siringhe da 1 mL e tre pompe a siringa.
   Nota: Tre siringhe per i fluidi preparati nel protocollo punto 4.1: uno per l'iniezione di glicerolo ad alta viscosità, preparata al protocollo punto 4.1.1 e gli altri due per iniettare la paraffina liquida a bassa viscosità, preparata al protocollo punto 4.1.2, rispettivamente.
   1. Collegare la siringa contenente glicerolo per l'ingresso al tubo centrale.
   2. Collegare una siringa contenente paraffina liquida all'ingresso del tubo interno, mentre l'altro collegamento verso l'ingresso per la pulizia.
3. Posizionare il dispositivo preparato nel protocollo passaggio 1 su un microscopio invertito e posizionare un pezzo di un Kimwipe sotto l'uscita del tubo esterno per assorbire il liquido fuoriuscito.
   Attenzione: Non lasciare che la fuoriuscita di fluido all'esterno dell'area di Kimwipe.
4. Impostare le portate delle pompe siringa.
   Nota: Utilizzare la pompa a siringa collegata al tubo esterno per la pulizia quando ci sono bolle intrappolate o goccioline intorno all'uscita del tubo centrale. In caso contrario, basta lasciare la pompa fermata.
   1. Impostare la portata di iniezione di glicerolo al tubo centrale del Q_w = 10 μL/min.
   2. Impostare la portata di iniezione di paraffina liquida per il tubo interno di Q_o = 30 μL/min.
   3. Eseguire le due pompe per generare goccioline di glicerolo.
5. Attendere ~0.5 min fino a quando i flussi sono stabilizzati e le goccioline di glicerolo vengono generate in modo uniforme alle uscite del tubo centrale. Prendere video o immagini del processo di generazione della gocciolina.
   Nota: Immagini in figure 1B-C può essere assunto utilizzando il dispositivo preparato nel passaggio di protocollo 1, mentre le immagini in Figura 3A possono essere prese utilizzando il dispositivo preparato nel protocollo passaggio 3. Interrompere tutte le pompe come video o immagini sono prese e prendere subito il dispositivo spento al microscopio.
6. Preparare per la raccolta le goccioline ad alta viscosità.
   1. Posizionare l'apparecchio su un piano verticale con la presa puntato verso il basso e mettere una capsula Petri sotto l'uscita. Utilizzare nastro per fissare il dispositivo con la presa di ~ 2 mm sopra il fondo del piatto petri.
   2. Versare alcuni paraffina liquida preparata al protocollo punto 4.1.2 nella piastra di petri e basta immergere l'uscita del dispositivo.
7. Eseguire i due siringa pompe nuovamente al Q_w = 10 μL/min e Q_o = 30 μL/min e raccogliere le goccioline di glicerolo in di Petri.
   Nota: Attesa di ~ 1 min fino a quando i flussi sono stabilizzati e le goccioline di glicerolo vengono generate in modo uniforme alle uscite del tubo esterno, l'immagine delle gocce in di Petri può essere preso, come illustrato nella Figura 1 per il dispositivo preparato nel protocollo n. 1 , o Figura 3B per il dispositivo preparato nel protocollo passaggio 3.

5. generare e raccogliere le goccioline di glicerolo in paraffina liquida con il dispositivo semplificato preparato nel passaggio 2.

Nota: Questo è per prendere le immagini delle goccioline glicerolo generate in rapporto di tasso di flusso differenti di Q_o/Q,_we misura la corrispondente dimensione variazione delle gocce per i punti dati nella Figura 2.

1. Preparare le soluzioni per essere utilizzato nell'esperimento seguendo passo protocollo 4.1.
2. Preparare due siringhe da 1 mL e due pompe a siringa.
   Nota: Due siringhe per i fluidi preparati nel protocollo punto 4.1: uno per l'iniezione di glicerolo ad alta viscosità, preparato al protocollo punto 4.1.1 e l'altro per iniettare la paraffina liquida a bassa viscosità, preparata al protocollo punto 4.1.2, rispettivamente.
   1. Collegare la siringa contenente glicerolo 0,8 mL per l'ingresso al tubo centrale.
   2. Collegare la siringa contenente il paraffina liquida 0,8 mL verso l'ingresso del tubo interno.
3. Preparare per la raccolta le goccioline ad alta viscosità.
   1. Posizionare l'apparecchio su un piano verticale con la presa puntato verso il basso e mettere una capsula di Petri sotto l'uscita da 35 mm. Utilizzare nastro per fissare il dispositivo con la presa di ~ 2 mm sopra il fondo del piatto petri.
   2. Versare alcuni paraffina liquida preparata al protocollo punto 4.1.2 nella piastra di petri e basta immergere l'uscita del dispositivo.
4. Impostare le portate delle pompe siringa.
   Nota: Per ogni rapporto di tasso di flusso in Figura 2, fissare il tasso di flusso di glicerolo Q_w = 2 μL/min, mentre aumenta il tasso di flusso di paraffina liquida Q_o a valori diversi secondo i rapporti dei tassi di flusso richiesto di Q _o/Q_w. Per ciascun rapporto di tasso di flusso, è necessario attendere ~ 1 min fino a quando i flussi sono stabilizzati e goccioline di glicerolo uniforme sono raccolte in di Petri, poi scattare immagini delle goccioline.
   1. Impostare la portata del glicerolo iniettato nel tubo centrale del Q_w = 2 μL/min.
   2. Impostare la portata di paraffina liquida iniettato nel tubo interno di Q_o = 6 μL/min.
   3. Eseguire le due pompe per generare goccioline di glicerolo.
      Nota: Il processo di generazione delle goccioline può essere osservato direttamente con una fotocamera del cellulare o una fotocamera digitale montata su un treppiede.
5. Attendere ~ 1 min fino a quando i flussi sono stabilizzati e modificare un nuovo piatto di petri per la raccolta di goccioline di glicerolo uniforme.

6. generare altre goccioline ad alta viscosità in paraffina liquida utilizzando il dispositivo di co-flusso inversione di fase.

Nota: Questo è per le immagini in Figura 4. Tutta la fase di olio a bassa viscosità utilizzata negli esperimenti è lo stesso utilizzato nel passaggio di protocollo 4.1.2.

1. Utilizzare miele puro come la fase acquosa ad alta viscosità per Figura 4A.
2. Preparare soluzione di amido w.t.% 6 Figura 4B.
   Attenzione: Utilizzare una bottiglia di vetro ad alta temperatura corretta media e un tappo ad alta temperatura. Indossare guanti resistenti al calore.
   1. Aggiungere 47 g di acqua in una bottiglia di 100 mL vetro media e mettere un ancoretta in bottiglia.
   2. Mettere la bottiglia in un bagno d'acqua e impostare la temperatura a 100 ° C.
   3. Aggiungere 3 g di polvere di amido in acqua calda dopo bagno d'acqua raggiunge i 100 ° C.
   4. Coprire il tappo della bottiglia e continuate a mescolare per ~ 4 h fino a quando la soluzione è limpida.
   5. Lasciar raffreddare la soluzione a temperatura ambiente prima dell'uso.
3. Preparare 10 w.t.% soluzione di PVA-124 per Figura 4.
   Attenzione: Utilizzare una bottiglia di vetro ad alta temperatura corretta media e un tappo ad alta temperatura. Indossare guanti resistenti al calore.
   1. Aggiungere 45 g di acqua in una bottiglia di 100 mL vetro media e mettere un ancoretta in bottiglia.
   2. Mettere la bottiglia in un bagno d'acqua e impostare la temperatura a 70 ° C.
   3. Aggiungere 5 g di polvere di PVA-124 nella bottiglia dopo bagno d'acqua raggiunge i 70 ° C.
   4. Coprire il tappo della bottiglia e continuate a mescolare per ~ 1 h fino a quando la soluzione è limpida.
   5. Lasciar raffreddare la soluzione a temperatura ambiente prima dell'uso.
4. Generare le goccioline ad alta viscosità in paraffina liquida.
   1. Seguire il protocollo passaggio 5 tramite i fluidi ad alta viscosità preparati al punto 6.1-6.3, invece il glicerolo nel passaggio di protocollo 5.
   2. Utilizzare le impostazioni di tasso di flusso di Q_w = 1 μL/min e Q_o = 5 μL/min per Figura 4.

Risultati

Un dispositivo di microfluidica capillare con un'inversione di fase, struttura del co-flusso è stato progettato per generare monodispersi acquoso goccioline ad alta viscosità, come mostrato in Figura 1A. Nella Figura 1, la fase acquosa ad alta viscosità è stato il glicerolo, che ha una viscosità di η_w = 1,4 Pas; la fase di olio a bassa viscosità era paraffina liquida, che ha una viscosità di η

Discussione

Il dispositivo di inversione di fase del co-flusso fornisce un metodo semplice e dritto in avanti per generare goccioline ad alta viscosità monodispersi. Questo dispositivo ha una struttura simile ai comuni dispositivi di co-flow, come la struttura di base del co-flusso è costituito da un tubo interno inserito nel tubo centrale, l'uscita di cui è collegato al tubo di uscita. Tuttavia, ci sono due principali differenze tra il dispositivo di co-flusso inversione di fase e comune co-flusso dispositivo per la generazione ...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
VitroTubes Glass Tubing	VitroCom	8240	Square - Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=0.4mm, OD=0.8mm
VitroTubes Glass Tubing	VitroCom	CV2033	Round - Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=0.2mm, O.D.=0.33mm
VitroTubes Glass Tubing	VitroCom	CV1017	Round - Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=0.1mm, O.D.=0.17mm
VitroTubes Glass Tubing	VitroCom	Q14606	Square - Miniature Hollow Glass Tubing, I.D.=1.05mm+0.1/-0, OD=1.5mm
Standard Glass Capillaries	WPI	1B100-6	Round - Glass Tubing, I.D.=0.58mm, O.D.=1.00mm
Glycerol	Sinopharm Chemical Reagent Beijing	10010618
Paraffin Liquid	Sinopharm Chemical Reagent Beijing	30139828
Poly(vinyl alcohol), PVA-124	Sinopharm Chemical Reagent Beijing	30153084
Span 80	Sigma-Aldrich	85548
Starch	Sigma-Aldrich	S9765
Trichloro(octadecyl)silane	Sigma-Aldrich	104817
Toluidine Blue O	Sigma-Aldrich	T3260
Honey			Chaste tree honey, common food product purchased from supermarket
DEVCON 5 Minute Epoxy	ITW		Epoxy glue
Blunt Tip Stainless Steel Dispensing Needles (Luer Lock)	Suzhou Lanbo Needle, China	LTA820050	20G x 1/2"
Tungsten/Carbide Scriber	Ullman	1830	For cutting glass tubing
Microscope Slides	Sail Brand	7101	76.2 mm x 25.4 mm, Thickness 1 - 1.2 mm
Polyethylene Tubing	Scientific Commodities	BB31695-PE/5	I.D. = 0.86 mm, O.D. = 1.32 mm
Syringe Pumps	Longer Pump, China	LSP01-1A	3 pumps needed for the experiments