液滴微流控技术发展前景：工业化集成放大研究进展

液滴微流控技术可以在微通道内合成各种功能微球，被广泛应在生物 、医疗 、制药 、环境等行业。但由于单个液滴制备微流控单元的产量低，阻碍了液滴微流控技术在工业化市场上的应用。若要达到工业化应用级别，需要上千甚至上万个液滴制备微流控单元同时运行，需要投入大量的流体泵、流体储罐和相关的基础设施，设备投资成本高，且操作难度大。因此，液滴微流控的集成化放大成为了液滴微流控技术面向工业应用的技术难点。

近年来液滴微流控集成化放大方法的主要研究进展，主要为基于剪切力形成液滴、基于界面张力形成液滴和基于被动分裂形成液滴。

一、基于剪切力形成液滴的微流控集成放大：

图1、基于剪切力形成液滴的微流控单元

图2 基于剪切力形成液滴微流控单元的集成化放大:梯形网络并联流动聚焦型液滴制备微流控单元的集成化放大装置内部。

（a）液滴的制备过程光学图；

（b）液滴粒径分布图 ；

（c）树形网络并联流动聚焦型液滴制备微流控单元的集成化放大装置；

（d）其制备的液滴光学图；

（e）液滴粒径分布图；

（f）和液滴制备过程光学图

二、基于界面张力形成液滴的微流控：

图3、基于界面张力形成液滴的微流控单元

图4 、基于界面张力形成液滴微流控单元的集成化放大。

（a）梯形网络并联台阶乳化液滴制备微流控单元的集成化放大装置；

（b）其制备的液滴光学图；

（c）树形网络并联台阶乳化液滴制备微流控单元的集成化放大装置内部液滴的制备；

（d）每个喷嘴的*大液滴制备量随液滴直径的变化。

三、基于被动分裂形成液滴的微流控：

图五、基于被动分裂形成液滴的微流控单元

图6、基于被动分裂形成液滴微流控单元的集成化放大。

（a）树形网络并联被动分裂液滴制备微流控单元的集成化放大装置内部单乳液滴；

（b）双重乳液滴的制备过程光学图。

总结：

尽管通过类型各异的液滴制备微流控单元的集成化放大，已经可大批量实现单分散液滴模板的制备，但还是存在很多问题需待解决：

• 在流体分配网络分配均匀的前提下，制造误差对液滴模板的均一性影响较大；因此，开发更高精度的微通道制造技术是实现更加均匀、尺寸更小的单分散液滴和微球的微流控法大量制备的重要保障。
• 目前流体分配网络的设计均基于等效假设和简化推导，网络的实际流体分配均匀程度未得到模拟或实验的流体分配数据直接验证。
• 目前微流控单元集成化放大装置的应用合成体系多为光引发聚合、溶剂挥发等体系，操作过程简单、容易实现；但对于许多高附加值单分散微球的大量制备，比如可用于生物医用等领域的海藻酸钙、壳聚糖、聚乙烯醇等功能材料单分散微球的大量制备，仍需拓展微流控单元集成化放大装置的应用合成体系。
• 液滴模板进一步合成功能微球时一般为非连续生产过程，需要二次操作合成微球，大量液滴模板保存以及二次操作过程时导致液滴易聚并，液滴及功能微球的均匀性降低；因此，如何通过液滴模板实现大量单分散功能微球的连续生产仍是一个挑战。

FluidicLab致力于微流体控制设备、微流控芯片等研发和制造，可为客户提供微流控技术工业化放大生产技术咨询服务。

文章来源：邓传富、汪伟、谢锐、巨晓洁、刘壮、褚良银；液滴微流控的集成化放大方法研究进展；化工学报 2021年 第72卷 第12期5965-5974。

免责声明：本文资讯编译来自以上学术期刊，仅供学习交流使用，版权归原作者所有。