基于手工剃刀图案的水滴微流体磁带原型制作——芯片和尖端

液滴微流体的手工剃须刀图案化磁带原型制作

19 OCT 2017

赛弗拉隆^抗体＊W郑^乙和ST托罗德森^一

^一理工科，新利手机客户端阿卜杜拉国王科技大学，新利手机客户端（凯斯特）Thuwal24955-6900，沙特阿拉伯。
^乙先进能源技术研究所，京浦国立大学，大邱韩国
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为什么它有用？

在化学研究人员中，液滴微流体的研究越来越重要。新利手机客户端物理和生物学，因此，它在药物输送方面得到了应用，封装，单细胞分析，皮克林乳剂和相分离。为了产生单分散液滴，微流控器件的构造方法多种多样。变异系数小于等于5%的乳状液以前曾在T型接头报告过，流动聚焦同轴的，以及其他类型的微流体装置。尺寸小于等于100微米的微滴在工业和生物领域有着诱人的应用。洁净室软光刻技术获得的小通道直径是制造微流体器件的最精确技术。^1，二该技术广泛应用于基于PDMS设备的主模具制造。^三然而，关于成本和复杂性，在经济困难的国家和实验室安装洁净室软光刻机是困难的。因此，成本和特殊的洁净室培训限制了其广泛的应用。开发低成本、稳健的技术；喷墨打印，数控加工，xurography或剃刀书写，印刷电路技术，在没有洁净室技术的情况下，已经对印刷和剥离（PAP）微加工和三维印刷进行了测试，以制造微流体装置。通过非洁净室技术在100微米尺寸范围内形成液滴具有挑战性，且易于升级。最近，本文报道了一种利用激光图形带快速制作微流体模型的方法。^四这项技术依靠计算机控制_二激光束。这项工作进一步简化了手工剃刀图案化磁带为基础的原型哺乳动物细胞图案化。^五基于这个原型概念，我们扩展了这个概念，通过在平面玻璃表面上重叠剃刀图案的胶带（直角），在100微米大小的抹布下产生单分散液滴。在100微米尺寸范围内生产单分散乳剂在制药和化妆品行业有着巨大的用途。因此，我们的方法很可能是制造液滴微流控发生器最简单的方法之一。

我需要什么？

单面胶带（Temflex 1500电气，厚度150微米）
平板玻璃载玻片，比如显微镜载玻片
30cm不锈钢金属尺
锋利的刀片
PDMS基和固化剂的未固化混合物（10:1 w/w）
氧等离子体
烤箱或热板
一种用于钻孔的微流体PDMS冲床
去离子水（D.I.水）和20 cSt和10 cSt硅油

我该怎么办？

图1概述了原型制作过程。原型制作首先将胶带贴在平板玻璃基板上。用锋利的刀片，胶带被切成平行的细条。胶带的厚度（150微米）决定了微通道的深度，但这可以通过将多层胶带相互重叠来增加。接下来，从细条之外的区域取出胶带。

要建造交叉路口，一条胶带被提起，并以90_的角度水平放置在另一条上。轻轻按压接头，确保条带连接良好。这些胶带作为基于PDMS的复制品铸造的母带。

将聚二甲基硅酮弹性体基料和固化剂（比例为10:1）的混合物倒入塑料培养皿中的母料顶部。将混合物在真空下脱气1 h，并在65℃下固化4 hr。然后从主服务器上剪切和剥离固化的PDMS副本。按照上述步骤，可以重复使用主控形状来制作PDMS副本的多个副本。入口和出口孔通过PDMS副本钻取，然后粘合在玻璃基板上，复制品和玻璃都暴露在氧等离子体中后。图1（g）显示了产生单分散油包水（w/o）乳液的PDMS装置。该技术很容易扩展到制造T型结或双T型结原型（图1h和i）。

图1。（a）用于液滴微流体的手动剃须刀图形胶带原型制作（b）由锋利的剃须刀刀片和直尺切割的平板玻璃基板上的胶带带，（c）PDMS铸件，将聚二甲基硅氧烷弹性体基料和固化剂的混合物倒入塑料容器中。（d）在固化后切割和剥离复件。（e）最终组装的交叉接头微流体PDMS装置。（f）在光学显微镜下与注射泵相连的微流体装置。（g）显示流动聚焦原型油滴形成中的水的视频帧。面板（h）和（i）显示了剃刀图案的基于胶带的T型接头和双T型接头原型，分别。

图2。（a）以10 kfps记录的视频图像序列，显示交叉路口处形成水滴。后续帧之间的时间为200微秒。（b）基于连续相的粘度和流速（20 cSt硅油）的毛细管数函数的水滴大小，对于面板中的通道（c），对于水平线上方300微米宽的通道，以及（d），对于水平线下方150微米的通道，使用10 cSt硅油。（c）从视频中提取的图像，显示了作为流量函数的流态和液滴大小，通道宽度为300微米，通道深度为150微米。（d）150微米宽和深度的较小方形通道的视频帧。

图2（a），演示了我们基于磁带的微流体装置中交叉连接处的液滴形成，通道宽度和深度分别为300微米和150微米。在图2（c）中，我们将水相的流速保持在25μl/min，系统地增加外部连续油相的流速（20 cSt硅油）。随着外部流速的增加，发现该状态从低流速下的滴落转变为高流速下的喷射（图2（c））对于最低流速，水相破裂成细长的塞子，在较高的流速下，规则液滴被挤压掉。各种因素影响液滴的大小，但它主要是由连续相的粘性应力之间的竞争决定的。f_V~u/d它会撕裂液滴和界面张力f_S ~ SD它试图保持水滴的附着。在这里γ是外相和U是它的速度；虽然S是水和油之间的界面张力，S= 0.040 N/m.对于小频道，特征长度标度D这两种力是相同的，因此它会失去平衡，当f_V~f_S那么无量纲毛细管数Ca＝u/S表征它们的相对强度。图2b显示了液滴大小与CA.当油相流速达到65微升/分钟时，液滴的尺寸达到约100μm，液滴在距交叉点较远的地方破碎。图2（d）显示了通道宽度为150微米、通道深度为150微米的水滴形成。在这种情况下，液滴尺寸达到约73微米，当油相（10 cSt）以25μl/min流动且水相以10μl/min流动时。