微液滴通常是指粒徑范圍在1¹000μm的微型液滴,基于其體積小、比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì),單分散性良好的微液滴可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)療、食品香料、化學(xué)工程、藥物科學(xué)和護(hù)膚等行業(yè)。近年來(lái),微流控技術(shù)的日益發(fā)展為單分散性微液滴的制備提供了便利的環(huán)境,但交叉型微通道、同軸流、聚焦流等常用的液滴制備方法均依賴于連續(xù)相的剪切力,所得液滴會(huì)受到各相流量波動(dòng)的影響,從而造成液滴單分散性較差。相比之下,臺(tái)階乳化是在拉普拉斯壓力差作用下的一種液滴自發(fā)斷裂的微流控方法,這種斷裂原理使得液滴尺寸受流量的影響減小,因此在高單分散性微液滴的制備方面有著極大的應(yīng)用前景。本文設(shè)計(jì)并搭建了一種用于臺(tái)階乳化參數(shù)研究的實(shí)驗(yàn)臺(tái),結(jié)合數(shù)值模擬的研究方法,對(duì)基于臺(tái)階乳化的微液滴生成過(guò)程中的影響因素進(jìn)行了綜合分析與研究。主要內(nèi)容如下:（1）自主設(shè)計(jì)了一種臺(tái)階芯片的制作加工方法,搭建液滴乳化實(shí)驗(yàn)臺(tái),完成基于臺(tái)階乳化的單分散性微液滴制備,探索乳化過(guò)程中的結(jié)構(gòu)參數(shù)、流體物性和界面參數(shù)對(duì)于液滴制備的影響。對(duì)比分析了不同流速下,臺(tái)階的長(zhǎng)度、高度和通道寬度對(duì)所得液滴尺寸和生成頻率的影響;同時(shí),研究了分散相粘度和界面張... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

各形態(tài)液滴的示意圖：（a）雙乳液滴，（b）三乳液滴，（c）復(fù)乳液滴，（d）Janus液滴，（e）特殊形態(tài)的單乳液滴

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論5交叉型微通道是發(fā)展最早、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的微通道，又名節(jié)點(diǎn)（junction）通道，可分為T型[42,43]、Y型[44,45]和十字型[46,47]等等。該通道一般是采用軟光刻方法加工而得的二維通道結(jié)構(gòu)，因此通道的親疏水性對(duì)于液滴的制備有著決定性作用。交叉微通道中，兩種或多種互不相融的流體在表面張力、剪切力、粘滯力等共同作用下發(fā)生液滴斷裂行為，所得的液滴尺寸及產(chǎn)生頻率均可以通過(guò)改變分散相或連續(xù)相的流速實(shí)現(xiàn)[19]。圖1.2（a）雙T型通道示意圖；（b）雙十字形通道示意圖；（c）聚焦流通道示意圖；（d）三乳液滴制備裝置示意圖；（e）O1/O2/O3/W4電鏡圖[48]Xu等[49]利用PDMS流動(dòng)聚焦法制備了PLGA液滴，通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)連續(xù)相或分散相的流率便可實(shí)現(xiàn)10-50μm范圍內(nèi)液滴尺寸的改變。此外，通過(guò)交叉型微通道的組合可以實(shí)現(xiàn)多重液滴的制備，液滴的層數(shù)、內(nèi)部包裹液滴的數(shù)量均可以通過(guò)調(diào)節(jié)交叉節(jié)點(diǎn)處的液滴斷裂頻率進(jìn)行調(diào)控。Nisisako等[48]提出了一個(gè)包含32個(gè)交叉通道的三乳液滴（O1/O2/O3/W4）制備裝置，如圖1.2（e），該芯片由深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)加工而成，每個(gè)液滴制備單元包含3條深度為200μm的十字型節(jié)點(diǎn)通道，通過(guò)四個(gè)同心圓控制四種流體的流動(dòng)、斷裂和包裹。雖然該裝置可以有效的生成多重包裹液滴，但各個(gè)單元必須保證同一液滴產(chǎn)生頻率時(shí)才能實(shí)現(xiàn)包裹液滴的連續(xù)制備。（2）玻璃微管設(shè)備微管設(shè)備[50]是由幾支共軸的玻璃毛細(xì)管組合而成的三維設(shè)備，該設(shè)備中的分散相液滴通常可以被連續(xù)相包裹其中，因此通道壁面的親/疏水性對(duì)液滴制備的影響較校圖1.3（a）（b）為結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的微管芯片，兩種流體在管中形成同

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論6軸同向或同軸對(duì)向流動(dòng)[50,51]。同向流動(dòng)形成的液滴大小通常和小孔的尺寸相近，而對(duì)向流動(dòng)可產(chǎn)生比管孔尺寸小的液滴。圖1.3（a）對(duì)向流動(dòng)示意圖，（b）同向流動(dòng)示意圖及實(shí)驗(yàn)圖[51]，（c）對(duì)向雙管流動(dòng)示意圖，（d）對(duì)向雙管流動(dòng)實(shí)驗(yàn)圖[51]，（e）同向多管流動(dòng)示意圖及實(shí)驗(yàn)圖，（f）三乳液滴實(shí)驗(yàn)電鏡圖[52]（比例尺1:200μm）在簡(jiǎn)單的微管裝置基礎(chǔ)上，增加毛細(xì)管數(shù)量并按需求串聯(lián)重組，所得到的微管裝置可以輕松地制備更為復(fù)雜的包裹型液滴。Utada等[51]采用同向雙管制備了核殼型雙乳液滴，并對(duì)其生成規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該同向流型下所得的雙乳液滴的尺寸大小可以從其流動(dòng)輪廓進(jìn)行預(yù)測(cè)，且雙乳液滴的產(chǎn)量依賴于單液滴的斷裂頻率（100～5000Hz）。Chu等[52]通過(guò)增加更多的裝置環(huán)節(jié)得到了各式各樣的三重液滴，液滴內(nèi)相及中間相的數(shù)量和大小均可精確地控制，見(jiàn)圖1.3（f）所示。（3）膜乳化膜乳化（MembraneEmulsification）是Nakashima等[53]在1991年提出的微液滴制備方法，是將分散相或粗略混合后的復(fù)合乳液通過(guò)薄膜注入到連續(xù)相中，前者稱為直接膜乳化，是形成單組份液滴的主要方式，見(jiàn)圖1.4（a）；后者稱作預(yù)混合膜乳化，多用來(lái)制備包裹型復(fù)乳液滴，見(jiàn)圖1.4（b）。在沒(méi)有剪切力的條件下，膜乳化的液滴產(chǎn)率較低，此時(shí)液滴的生成主要來(lái)源于表面張力的作用；增加剪切力可提高液滴產(chǎn)率，圖1.4（c）（d）為攪拌單元乳化方法[54]，該方法通過(guò)流體的流動(dòng)提供液滴斷裂的剪切力；（e）（f）為震動(dòng)膜乳化[55,56]，該裝置通過(guò)內(nèi)部桿件的順/逆時(shí)針的攪拌性轉(zhuǎn)動(dòng)或上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)流體的流動(dòng)剪切。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3141585