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、化學穩(wěn)定性高等優(yōu)勢,單分散性良好的微液滴可廣泛應用于生物醫(yī)療、食品香料、化學工程、藥物科學和護膚等行業(yè)。近年來,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,所得液滴會受到各相流量波動的影響,從而造成液滴單分散性較差。相比之下,臺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用前景。本文設計并搭建了一種用于臺階乳化參數(shù)研究的實驗臺,結(jié)合數(shù)值模擬的研究方法,對基于臺階乳化的微液滴生成過程中的影響因素進行了綜合分析與研究。主要內(nèi)容如下:（1）自主設計了一種臺階芯片的制作加工方法,搭建液滴乳化實驗臺,完成基于臺階乳化的單分散性微液滴制備,探索乳化過程中的結(jié)構(gòu)參數(shù)、流體物性和界面參數(shù)對于液滴制備的影響。對比分析了不同流速下,臺階的長度、高度和通道寬度對所得液滴尺寸和生成頻率的影響;同時,研究了分散相粘度和界面張... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：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）復乳液滴，（d）Janus液滴，（e）特殊形態(tài)的單乳液滴

浙江大學碩士學位論文緒論5交叉型微通道是發(fā)展最早、結(jié)構(gòu)相對簡單的微通道，又名節(jié)點（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)生頻率均可以通過改變分散相或連續(xù)相的流速實現(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流動聚焦法制備了PLGA液滴，通過簡單的調(diào)節(jié)連續(xù)相或分散相的流率便可實現(xiàn)10-50μm范圍內(nèi)液滴尺寸的改變。此外，通過交叉型微通道的組合可以實現(xiàn)多重液滴的制備，液滴的層數(shù)、內(nèi)部包裹液滴的數(shù)量均可以通過調(diào)節(jié)交叉節(jié)點處的液滴斷裂頻率進行調(diào)控。Nisisako等[48]提出了一個包含32個交叉通道的三乳液滴（O1/O2/O3/W4）制備裝置，如圖1.2（e），該芯片由深反應離子刻蝕技術(shù)加工而成，每個液滴制備單元包含3條深度為200μm的十字型節(jié)點通道，通過四個同心圓控制四種流體的流動、斷裂和包裹。雖然該裝置可以有效的生成多重包裹液滴，但各個單元必須保證同一液滴產(chǎn)生頻率時才能實現(xiàn)包裹液滴的連續(xù)制備。（2）玻璃微管設備微管設備[50]是由幾支共軸的玻璃毛細管組合而成的三維設備，該設備中的分散相液滴通�？梢员贿B續(xù)相包裹其中，因此通道壁面的親/疏水性對液滴制備的影響較校圖1.3（a）（b）為結(jié)構(gòu)最簡單的微管芯片，兩種流體在管中形成同

浙江大學碩士學位論文緒論6軸同向或同軸對向流動[50,51]。同向流動形成的液滴大小通常和小孔的尺寸相近，而對向流動可產(chǎn)生比管孔尺寸小的液滴。圖1.3（a）對向流動示意圖，（b）同向流動示意圖及實驗圖[51]，（c）對向雙管流動示意圖，（d）對向雙管流動實驗圖[51]，（e）同向多管流動示意圖及實驗圖，（f）三乳液滴實驗電鏡圖[52]（比例尺1:200μm）在簡單的微管裝置基礎上，增加毛細管數(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，并對其生成規(guī)律進行了研究。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輪廓進行預測，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合乳液通過薄膜注入到連續(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，見圖1.4（a）；后者稱作預混合膜乳化，多用來制備包裹型復乳液滴，見圖1.4（b）。在沒有剪切力的條件下，膜乳化的液滴產(chǎn)率較低，此時液滴的生成主要來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]，該方法通過流體的流動提供液滴斷裂的剪切力；（e）（f）為震動膜乳化[55,56]，該裝置通過內(nèi)部桿件的順/逆時針的攪拌性轉(zhuǎn)動或上下運動，實現(xiàn)流體的流動剪切。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]新型樹狀接觸器中高通量單分散性乳液的制備及研究[D]. 周培培.華南理工大學 2018



本文編號：3141585