基于旋转圆台的非微流控高通量微液滴生成装置

液滴微流控（Microdroplet）是一项在微尺度的通道内通过多相流体剪切形成单分散的液滴，并对其进行操控的技术。作为微流控技术的重要分支，液滴微流控技术在生物医学、化学以及纳米技术等多学科交叉领域有着广泛的应用价值。目前主流的基于微流控的微液滴生成结构包括流动聚焦 (Flow-focusing)、T形汇流 (T-junction) 和共轴协流 (co-flow) 三种，这些方法在高速均一液滴生成方面大大突破了传统方法。然而，其复杂的微制造工艺、相对较低的通量，以及对专业硬件和操作技能的高要求阻碍了研究人员充分发挥这一强大平台的潜力。因此，研究如何进一步简化液滴制备方法，实现高通量、低成本、更加可控的皮纳升液滴生成，具有重要意义。

澳大利亚伍伦贡大学（University of Wollongong）李卫华（Weihua Li）教授和唐诗杨（Shi-Yang Tang）博士领导的课题组最近开发的集成微液滴生成装置很好的弥补了上述缺憾。该发生器的主体为一个旋转的圆台，利用圆台的快速旋转，引入剪切流和一个沿圆台表面向下的涡流，实现了大小可控的均一液滴的制备。该方法突破了传统液滴微流控平台通量小以及过度依赖微加工技术等缺点，只需要一台注射泵和控制圆台旋转速度的直流电机即可大通量地快速制备多种微液滴。实验发现，液滴的大小主要取决于圆台的转速以及针头的直径。通过调整圆台转速，可以实现对液滴大小的主动与被动控制。

除了水液滴外，研究人员还使用该装置制备了难以在常规微控平台中生产的具有高表面张力的液滴，例如镓铟合金液态金属微液滴（表面张力大约八倍于水）。此外，研究人员还进一步演示了利用该装置集成紫外光并产生聚乙二醇固体水凝胶和纤维的过程。最后，研究团队探索了使用该发生器混合两种不混液体形成双重乳化微液滴的能力。液滴尺寸的灵活控制、简单低成本的装置以及多种功能的集成是该工作的亮点。鉴于该平台展示的卓越能力和微液滴的巨大应用潜力，这种用户友好的方法有可能改变基于液滴的化学合成和生物分析等应用的未来。