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微液滴融合的控制方法

目前常用的基于微流體的液滴形成方法有主被動法和被動法。主動畫片。

采用熱、氣壓、壓電、微閥、磁場等外場驅動,可實現液滴的形成。無源生成方法不需要施加外部作用,直接利用微通道幾何結構的限制促進流場交界面變形,增加界面不穩定性,產生離散相液滴。利用被動液滴產生連續液滴串,不僅可以獲得均勻的尺寸、良好的單分散度和均勻的空間分布,還可以有效避免外界干擾,消除交叉污染。根據微流體的材料和通道結構,被動微流體設備可分為以下三類。

1  微液滴融合采用表面活性劑。

除上述利用流場和流場特性促進液滴融合的方法外,還在微通道連續相中加入表面活性劑。

降低界面張力是液滴融合的另一種方式。研究了油包水乳液,用一種離子表面活性劑穩定,用另一種具有相反電荷的離子表面活性劑溶液融合。但表面活性劑的使用具有雙重性質。結果表明,隨著表面活性劑濃度的增加,液滴尺寸逐漸減小,不易融合。此外,當表面活性劑的重量增加到5%時,附加試劑會導致液滴分離而不融合。

本文提出了確定微通道內液滴融合的有效方法。通過降低外流油相表活性劑的含量,降低液滴表面活性劑的對合。結果表明,無活性劑會縮短液滴的融合時間;然而,不使用表面活性劑也有其缺點,如意外融合和融合后的進一步融合,控制液滴是有限制的。

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2  采用液滴主動融合的外場作用。

在小通道中,很難準確控制液滴的運動規律。為了捕捉液滴進行融合反應,可能需要施加外力。目前場融合是目前最常用的主動融合方式之一,其原理是通過電誘導的反向電荷實現液滴融合。在靜電的作用下,液滴可能相互接近和融合,或者電場引起的麥克斯韋應力使液滴界面變形和破裂,促進液滴融合。在電場的作用下,電壓為1~103V,頻率在DC到幾kHz之間,可以很好地控制液滴的融合。此外,當液滴與電場融合時,電極可以嵌入離通道幾毫米或幾毫米的地方,電場方向可以平行或垂直。

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3 .液滴融合過程中流場特性的研究。

利用流體力學實驗方法和顯微流場測速技術,研究液滴融合過程中的流場特性,深入研究液滴融合機理,已成為當前研究的重要組成部分。研究了液滴在收斂通道中的融合過程。觀察結果表明,液滴融合是通過接觸、排液、融合、滲透或包裝進行的,主要取決于通道的幾何尺寸和各種力。直道內,后面的液滴瞬間滲入前面的液滴,即合。收斂通道內,后部液滴包圍前部液滴,產生強渦流。

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在十字通道的交界處,研究了液滴擠壓和旋轉的內部速度場,分析了剪切應力。由于剪切力的影響,液滴之間相互擠壓,使液滴之間的速度矢量沿垂直方向移動,有利于液膜排出和融合。由于速度向量場完全不同,剪切力不對稱,液滴的移動對液膜排出沒有幫助,所以液滴旋轉后不會融合。



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