微通道装置的液滴隔断控制研究：尺寸效应与表面修饰

本文主要探讨了一种由PDMS（聚二甲基硅氧烷）微丝模塑工艺构建的十字交叉沟通微通道装置在液滴隔断生成能力方面的研究。这项创新由蒋稼欢和马晓东两位研究人员在重庆大学生物工程学院进行，他们针对该装置的沟通通孔在气液两相流控操纵中的性能进行了深入实验。 实验的核心是使用纯水和压缩氮气作为工作介质，研究了不同直径（20-80微米）微通道交叉处沟通通孔的流体通过能力。研究发现，随着通道直径的增大，液滴推进所需的压力差（ΔP1，即液滴推进压力）和液滴截取所需的气体压力差（ΔP2，即液滴截取压力）均呈现降低的趋势。这意味着在较大直径的微通道中，实现相同液滴隔断效果所需的外部压力更小，提高了操作的效率。 实验还揭示了一个关键参数，即当PDMS微通道内表面为亲水性时，液滴隔断的阈值量为0.157 picoliter（pl）（对应20微米直径通道内的液柱长度为5微米），而经过磷脂修饰后，这个阈值量显著降低至0.064 pl（约为2微米）。这表明微通道表面性质对液滴生成有着显著影响，适当的表面处理可以优化微液滴的生成效率。 文章进一步指出，这种微通道结构结合气/液流控技术，可以有效地按需生成纳米级别的微液滴，这对于各种应用领域如生物技术、化学反应和光学设备制造等具有重要意义。这些应用包括但不限于微墨水打印、微点样、微阵列形成、光学微透镜、微混合与反应、纳米粒子合成，以及生命科学中的PCR、DNA分析、蛋白质结晶、无细胞蛋白质表达和酶动力学研究等。 总结来说，这项研究不仅深化了对PDMS微通道在微流控中的性能理解，也为微液滴技术的实际应用提供了重要的设计指导，特别是在需要精确控制微液滴生成的高精度实验和工业生产场景中。