微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸為數(shù)十到數(shù)百微米)處理或操縱微小流體(體積為皮升到納升)的系統(tǒng)所涉及的科學(xué)和技術(shù)。
層流:
層流與湍流相對(duì)應(yīng),是指流體的層狀流動(dòng),其流線與管壁相互平行。在粘性力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于慣性力,或雷諾數(shù)(Reynold number)小于3000時(shí),層流就會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)幾相不同顏色的流體從不同的入口進(jìn)入同一個(gè)微通道時(shí),即使它們互溶,也會(huì)形成層次分明的多相平行流動(dòng)。利用層流的這種幾何規(guī)律性,可以實(shí)現(xiàn)材料、化學(xué)環(huán)境和細(xì)胞在微通道中的有序排布。另外,在層流情況下,湍流基本消失,分子擴(kuò)散將成為微尺度下傳質(zhì)的主要途徑。由于擴(kuò)散速率與分子自身的特性有關(guān),利用分子在微通道中的不同擴(kuò)散距離可以將不同的分子進(jìn)行分離。也因?yàn)槿绱?,層流下的液體混合過程相對(duì)緩慢,但是,通過在微流控微通道中制作特殊結(jié)構(gòu),如不對(duì)稱魚骨狀的突起,可以加快傳質(zhì)過程和液體混合。
液滴:
當(dāng)兩相不互溶的液體(油和水)在微流控通道中流動(dòng)時(shí),在液/液界面張力和剪切力的作用下,其中一相流體會(huì)形成高度均一的間斷流,即液滴。在乳液制備的方法中,如果說基于攪拌的方法是自上而下的,那么微流控則是自下而上的方法。微流控能夠以非常高的通量制備高度單分散性的液滴乳液。常見的微通道結(jié)構(gòu)為T型和ψ型。在某些情況下,含有不同高分子聚合物的水相液體在微流控通道中也會(huì)形成不互溶的液滴。
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