液滴生成油和表面活性剂选择
基于液滴的微流体利用界面张力和流体剪切力之间的相互作用将连续流体分解成微通道内大小均匀的片段。油的粘度会严重影响例如油包水乳液,更准确地说是如何影响液滴尺寸和液滴生成率。
什么是表面活性剂?
微流体是一种每秒产生数千滴液滴的过程,通过微流控芯片,其中两种不混溶的流体在微通道网络中循环,形成乳液。为了稳定这些液滴,必须添加表面活性剂。表面活性剂是降低表面张力的两亲化合物。它在界面上自然吸附,因为它由亲水部分和疏水部分组成。在这方面,有必要找到与表面活性剂相容并且与所用材料(例如细胞)相容的油。
图 1:表面活性剂通过吸附在油水界面上,降低其界面张力并在内表面涂上一层亲水、非离子和生物相容的层(如聚乙二醇)来稳定液滴,该层可抵抗蛋白质吸附和对细胞无毒。
不同类型的油
通常,矿物油已与细胞一起使用,例如作为双细菌乳化系统进行筛选。在矿物油中,我们发现了烃油。因此,它们仅限于 PCR 等应用,其中感兴趣的对象(DNA 或 RNA 片段)不会在液滴之间交换。
氟化油是唯一通过长期培养生物体证明细胞存活和增殖的例子。氟化油的选择主要受两点驱动:首先,它们很有吸引力,因为大多数有机化合物不溶于这些油。封装在液滴中的化合物不应相分离,因此留在液滴中,解决了有机油和硅油的交换限制。氟化油的第二个优势是它们的生物相容性。此外,氟化油能够溶解气体,这对细胞活力至关重要。
油品与微流控材料的相容性
根据微流体装置的材料选择油也是一个不容忽视的参数。事实上,油与通道壁紧密接触,它们之间的化学反应对于预期的最终结果(例如形成精确尺寸的液滴)可能是关键的。因此,微流体系统材料的改变也需要改变所使用的油。事实上,为了在油中形成水滴而不是在水中形成油滴,油必须正确润湿壁。
因此,这个简短的部分将使您能够为制造微流体设备所用的材料选择合适的油。
氟化油
最容易制造的选择仍然是氟化油,因为它们与大多数金属、塑料和弹性体相容,其中最著名的是 FC 40。
硅油
硅油推荐用于由硅胶制成的微流体设备。它们还与 PDMS 或称为环烯烃共聚物 COC 的新材料兼容。
矿物油
关于矿物油,关于它们与微流体设备材料的兼容性的信息非常少。然而,据报道,这些油可以很好地用于由聚碳酸酯 (PC) 制成的设备。
油粘度对液滴尺寸的影响
从图2中可以看出,液滴尺寸随着油粘度的增加而减小。
图 2:不同粘度和流动压力条件下平均液滴尺寸的分析。
油粘度对液滴生成率的影响
随着在所有测试的流动压力条件下使用更粘稠的油,每单位时间产生的液滴数量减少,其中观察到强线性相关性(对于所有流动压力条件,R2 > 0.99)。
图2:不同粘度和流动压力条件下的液滴生成率分析
结论
油的选择主要取决于您的应用。但是,必须考虑其他参数,例如油-表面活性剂和油-材料相容性。由于连续相的物理参数会影响预期结果,因此重要的是要考虑油的粘度等。
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