一种通用的聚碳酸酯基微流体工具，用于研究微滴中的晶体成核

（论文部分内容摘抄）

在工业结晶过程中，晶体成核是控制产品性能的重要环节。为了研究结晶现象，依赖显微体积的方法在过去十年中得到了应用。微流体装置适合于基于一组纳米范围内的大量单个液滴进行结晶实验。在这项工作中，我们提出了一种简单的方法，用聚碳酸酯制造这种器件，作为传统的聚(二甲基硅氧烷)芯片的替代品。微流体装置由两个主要功能部件组成：用于产生液滴的T型连接件和用于存储和观察多达400个单个液滴的部分。使用这些制造装置，可以很容易地制造和存储高度单分散的液滴，这些液滴需要微通道的亲水或疏水表面。由于晶体成核是一个随机过程，它取决于样品体积，因此可再生产的液滴体积对结晶实验非常重要本发明证明了所制备的装置对于用于不同结晶应用的物质的通用适用性，例如溶液结晶(硝酸钾水溶液)和熔体结晶(乙二醇双硬脂酸酯)。结论我们证明了在我们的实验装置中制造的微流控装置可以用于进行晶体成核测量。

(a)   微流控的芯片设计和示意图：

1：分散相和连续相的入口；2：分散相和连续相的入口；3：用于插入热电偶的通道；4：一个出口；

左虚线框标记：用于产生液滴的T接点；右虚线标记：存储区域;

(b)制造的微流控芯片的图像。

小样品体积的结晶对于各种工业结晶过程(例如乳液结晶过程)很重要，闪速结晶微流体学是研究离散体积结晶现象的一种有效方法。微流控技术为例，在蛋白质结晶领域得到了广泛的应用。此外，该技术已被用作在溶液结晶领域中进行结晶实验的工具。由于小体积中的晶体成核是一个随机过程，因此必须在大量的“微型反应器”上进行实验。使用经典的液滴法，这些微反应器由单个的微液滴表示。可再现的液滴体积和微液滴的高度单分散性是动力学测量的基本条件，因为液滴体积可以影响晶核的形成。连续相需要优先润湿整个分散相的通道壁，以便微流体装置可以形成液滴。分散相中通道壁的部分润湿将导致不稳定液滴的产生。可以通过调节通道壁的湿润特性(疏水性或亲水性)来克服这一问题。在这些条件下，由于连续相的薄层，被分离相与通道壁之间的接触被阻止。由于通道壁可作为活性成核介质，这对晶体成核实验也具有重要意义。

实验装置与芯片设计

(a)实验微流体装置：

1：德国PCO高速相机(pco.edge5.5)；2：显微镜；3：两个注射泵的恒温箱；4：偏振器；5：用微流控装置测量细胞。

(b)带微流控装置的温度控制单元的三维CAD模型：

1：芯片安装；2：微流控设备；3：带导热箔(s=0.2mm)的铝板(s=2mm) ；4：珀尔帖元件；5：恒温铝合金块

该装置集成到实验微流控装置进行结晶实验。

该装置包括一个CCD相机(PCO德国pco.edge5.5)和一个体视显微镜，具有两个注射泵的盒子，该两个注射泵由加热风扇和用于微流体装置的温度控制单元进行恒温，如图所示。使用冷却微流体设备以诱导结晶，可以快速建立超饱和。将铝板置于元件和微氟化物装置之间，该铝板覆盖有导热箔，以避免温度梯度小。由于需要去除元件的排气热量，所以将元件中放置在带有热源的铝块上。在结晶实验过程中，该块保持在一个通过使用恒温器保持温度。

本文论证了一种简单的通用微流控工具对结晶研究的适用性。由于用于结晶实验的微流体器件，这种聚碳酸酯基的工具可以被视为一种替代品。由于PC是一种具有良好加工性能的材料，我们利用铣床验证了在芯片几何形状上具有高柔性的明确的微流体器件的制造。用电子显微镜和无损光学方法对通道表面进行检查表明，表面粗糙度与通用结晶设备所用材料的大小相同。PC的另一个好处是可以很容易地实现可靠的表面改性。由于液滴的成功生成在很大程度上取决于微流控装置的表面湿润特性，这允许需要疏水性或亲水性表面支撑的两种物质的液滴的生成。在我们的工作中，我们展示了使用T结在高度单分散的液滴中对 KNO3 水溶液和EGDS的可控分割。在使用同一微流控装置的几组实验中，未发现液滴生成和体积有明显变化。

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