微液滴的生成方法
早期使用的生成液滴方法主要有高速攪拌法、逐層組裝技術(shù)、膜乳化法和界面聚合法等, 均可生成微納米尺寸的液滴。 高速攪拌法工序少、操作簡(jiǎn)單、成本低; 逐層組裝技術(shù)通用性和可控性強(qiáng), 可用于構(gòu)建藥物控釋系統(tǒng), 靈活控制遞藥載體結(jié)構(gòu); 膜乳化法制備的高分子微球廣泛應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥、化工、電子等領(lǐng)域; 界面聚合法設(shè)備簡(jiǎn)單, 不要求嚴(yán)格的聚合物量比, 主要應(yīng)用于新型材料的制備。這些方法至今仍在其各自適合的領(lǐng)域發(fā)揮作用, 但在液滴穩(wěn)定性、均勻性、單分散性等方面仍存在不足。近年來(lái), 研究者在致力于傳統(tǒng)方法的設(shè)備更新、技術(shù)改進(jìn)的同時(shí), 也發(fā)展出多種不同原理的新方法。
微流控芯片作為一類制備微液滴的平臺(tái), 生成的液滴尺寸可控、擴(kuò)散性低、生成速度快、不易交叉污染, 適合進(jìn)行高通量分析。根據(jù)是否借助外力驅(qū)動(dòng), 基于微流控芯片的液滴生成方法一般可分為主動(dòng)法和被動(dòng)法兩類。主動(dòng)法常用方式包括電濕潤(rùn)法、氣動(dòng)法、熱驅(qū)動(dòng)法等, 其原理是借助外力作用在液體兩端產(chǎn)生壓差, 并利用液體在微流道交叉口處的剪切力和表面張力差形成液滴。被動(dòng)法利用流體流動(dòng)的剪切力和界面張力, 通過(guò)微管道結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)連續(xù)相和分散相的流速值及比例來(lái)生成液滴, 主要包括T型通道法、流動(dòng)聚焦法和共軸聚焦法等芯片結(jié)構(gòu)形式。其中,T型通道法芯片只有兩個(gè)入口, 是液滴微流控芯片中最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。流動(dòng)聚焦法的十字交叉結(jié)構(gòu)可視為是兩個(gè)T型結(jié)構(gòu)的結(jié)合, 中間通道為連續(xù)相流體, 兩側(cè)通道為分散相流體。主動(dòng)法系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜, 對(duì)芯片加工的要求較高, 增加了實(shí)驗(yàn)的難度及成本, 但主動(dòng)法可根據(jù)需要對(duì)單個(gè)液滴進(jìn)行控制, 在液滴的可操控性方面存在很大優(yōu)勢(shì)。被動(dòng)法系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單, 操作方便, 適合單純需要快速生成大量液滴的情況。除上述的微液滴制備方法外, 近年來(lái)涌現(xiàn)出了許多獨(dú)具特色的新方法。

液滴生成方法發(fā)展趨勢(shì)及展望
從液滴制備技術(shù)的發(fā)展歷程看, 微液滴的生成方法經(jīng)歷了傳統(tǒng)方法、微流控芯片方法和近年來(lái)出現(xiàn)的芯片外新方法, 即從無(wú)芯片到芯片再到脫離芯片的過(guò)程。 液滴制備方法各有特點(diǎn)及各自適用的領(lǐng)域, 且其實(shí)驗(yàn)設(shè)備、操作技術(shù)、應(yīng)用范圍隨著社會(huì)需求和科技的進(jìn)步不斷發(fā)展。在此過(guò)程中, 各類方法相互借鑒, 互為補(bǔ)充, 為推動(dòng)研究的深入發(fā)展提供了更多可能。
近年來(lái)出現(xiàn)的制備液滴的新型片外方法兼具傳統(tǒng)方法及微流控芯片方法的一些特點(diǎn),在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn), 在節(jié)省試劑、降低成本、高通量生成液滴、精確控制液滴等方面具有很大優(yōu)勢(shì), 能夠更好地滿足液滴制備的需求。 新方法中, SODA 引入編程系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化液滴生成與操控。超疏水“吸液器冶方法與傳統(tǒng)方法中的膜乳化法均是通過(guò)施加壓力使液體透過(guò)某種特殊材料制成的薄膜來(lái)形成液滴。超疏水“吸液器冶方法使用的超疏水網(wǎng)可在實(shí)驗(yàn)室自制, 方法簡(jiǎn)單易行。該方法還可實(shí)現(xiàn)液滴在疏水板上的均勻分散和選擇性捕獲等快速精確的液滴操控。手持?jǐn)?shù)字移液器將微流控芯片與傳統(tǒng)移液器結(jié)合, 設(shè)備簡(jiǎn)單, 可單手操作, 并且能夠?qū)蝹€(gè)液滴進(jìn)行精確操控, 故大大節(jié)省試劑用量并減小誤差。此外, 聲波打印技術(shù)則突破了噴墨打印技術(shù)對(duì)液滴生成材料的限制, 大大拓寬了液滴應(yīng)用領(lǐng)域。
基于芯片的液滴制備方法以體積小、試劑耗量少、生成液滴速度快且大小均一等突破性的優(yōu)勢(shì)奠定了其在生物、化學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)。但是, 微流控芯片方法在流體的控制、液滴運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化、液滴產(chǎn)生通量、控制的靈活性等方面仍然面臨著許多挑戰(zhàn)。此類技術(shù)對(duì)芯片的設(shè)計(jì)和加工、芯片系統(tǒng)外圍設(shè)備、專業(yè)人士的操作具有很強(qiáng)的依賴性。 脫離芯片的新技術(shù)、新方法將以往的液滴生成方法與界面作用、打印技術(shù)、材料特性等結(jié)合生成液滴, 可在一定程度上解決上述問(wèn)題。
目前, 研究者仍在努力發(fā)展各種微液滴生成方法。 未來(lái)微液滴的生成方法將是多種不同領(lǐng)域交叉作用的結(jié)果, 適用范圍不斷擴(kuò)大。 在各領(lǐng)域研究者的共同努力下, 可望出現(xiàn)更多簡(jiǎn)便快捷、可控、精細(xì)的方法, 滿足更為廣泛的應(yīng)用需求。
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審核編輯 黃宇