液滴微流控（一）：液滴制备方法

基于液滴的微流控系统，因其提供了方便处理微流体(μL，pL)的混合、封装、分选等多种操控的可行性，并适合高通量实验，在近几十年期间，得到高速发展。

什么是液滴？液滴微流控有哪些应用？如何搭建液滴制备系统？有关液滴的诸多问题，将会是我们近期所要分享的内容。

什么是液滴？

微流控里的液滴，可以理解为两种互不相溶的液体，在特定条件下发生“融合”，变成了一个个微弹的，类似皮球状的微球（见下图A），通常可分为水包油和油包水两种液滴，当对已经生成的液滴进行再次包裹，便会得到双乳滴（见下图B）。

液滴制备所用的两种互不相溶的液体，又被称为连续相（Continuous phase）和分散相（Dispersed phase），液滴生成的大小将会受到连续相和分散相的流量比，两相之间的界面张力和用于生成液滴的结构等因素的影响。

如何制备液滴？

液滴制备可分为“主动”与“被动”两种方式，两者相比，前者需要一些外部能量才能进行液滴操控，如：电、磁或离心力，而后者，仅需要几种简单的微流控芯片结构，便可产生液滴，因此，“被动”制备液滴方法应用得更为广泛。

常见的“被动”制备液滴方法可分为3种[1]：

1. T型结构法（T-junction）

此方法由Thorsen[2]等人于2001年首先提出，是Z简单的一种液滴制备方法。在此结构中，连续相和分散相在T形口处汇聚，分散相逐渐进入主干道，在连续相的剪切下，Z终“断裂”，形成液滴。

2. 流动汇聚法（Flow focusing）[3]

此结构中，分散相直接进入主干道，连续相垂直于分散相从分散相两侧注入，分散相被“夹住”，由于粘性力与两相间表面张力的作用下，Z终形成液滴。与T形结构相比，Zda区别在于其对称性。

3. 共轴聚焦法(Co-flow)[4]

此方法设计了两个同心的毛细管结构，内部毛细管注入分散相，外部毛细管注入连续相，当分散相逐步进入主干道时，连续相所产生的的粘性力会促使分散相“断裂”，从而形成液滴。

参考文献：

[1] Zhu P , Wang L . Passive and active droplet generation with microfluidics: a review[J]. Lab on a Chip, 2016, 17.

[2] Thorsen T , Roberts R W , Arnold F H , et al. Dynamic Pattern Formation in a Vesicle-Generating Microfluidic Device[J]. Physical Review Letters, 2001, 86(18):4163-4166.

[3] Anna S L , Bontoux N , Stone H A . Formation of dispersions using “flow focusing” in microchannels[J]. Applied Physics Letters, 2003, 82(3):364-366.

[4] Glawdel T , Elbuken C , Ren C L . Droplet Generation in Microfluidics[M]. Springer US, 2013.