微型文章：好东西是小包装的——芯片博客上的实验室

微粒子：好东西装在小包装里。

11军2018

通过布库古古斯库.

微粒子最初是在1967年由彼得·沃尔夫描述的，医生，AS微粒材料当他研究人类血浆中的血小板活性时。它们最初被用作药物递送剂，因为它们的大小和花粉，很容易进入人体。在实现了微粒的巨大前景后不久，今天我们在许多应用中使用微粒，包括药物，生物医学生物工程，化妆品，印刷，以及食品科学。新利手机客户端广泛使用并不是巧合，它们可以由多种材料合成，即金属，聚合物，凝胶等。特别是聚合物微粒，在尺寸上具有很大的通用性，形状，和化学，新利手机客户端在工业上得到了更多的关注。就像他们的使用区域一样，微粒制备技术差异很大。聚合物微粒的生产通常有两种方式：第一批微流体辅助技术，包括基于液滴的制造，基于流式光刻技术的制造，微型喷射；第二种其他技术包括离心，电动流体力学，成型。着眼于微流体辅助技术，我们带来了一些值得注意和商业化的研究高产量生产球形和不规则形状的微粒，请注意。

球形微粒

当使用同轴微流控器件时，粒子的单分散性必须受到影响，才能产生高血栓。这两个特点在医疗应用和工业中都是非常需要的。幸运的是，作为一个液滴制造技术，微粒的高通量步进乳化解决这个基本问题。David Weitz哈佛大学的研究小组最近报告了一种带有135个步进乳化剂喷嘴的微滴发生器芯片，该微滴发生器可以以10000 ml/h的超常处理量生产聚合物的单分散乳液（图1a）。^一这意味着，用该装置生产的单分散微粒是高出数千倍比一个典型的液滴发生器微芯片和一个液滴制造机和10毫升/小时的吞吐量。芯片是用PDMS制作，这是一种柔韧又便宜的材料。高流速下的单分散性通过并联喷嘴阵列连接的微通道保持（图1b）。在每个喷嘴和连续相通道之间的台阶处形成微粒。形成可以用拉普拉斯压力喷嘴和对称聚合物灯泡之间的差异发展，导致分散相吸进灯泡。由于分散相的耗尽，生长的聚合物球会增加压力梯度，并且在喷嘴和球之间形成一个颈部。导致液滴释放。这种几何结构可以产生球形微粒。生产效率与液滴直径成线性关系（图1c）。韦茨演示了在水中生产油微胶囊的设想，通过将乳化剂转换成移液管尖端，使工艺标准化。这种技术可以取代现有的移液器技术工具，包括多井和机器人。该方法可用于封装化学分析和生物分析的并行化和自动化。这项技术最近由瑞士一家名为Microcaps的初创公司引入市场。

作为另一个概念，空气微流体基于在不使用微流体通道的情况下以更高的流速产生液滴的想法。在德莱夫洛斯和马塞尔·卡佩里恩在特文特大学，使用两个喷嘴生成微粒，其中一个喷嘴安装在振动压电元件上（图1d）。从第一喷嘴喷出的液体射流的破裂导致单分散液滴的形成，它撞击了从第二个喷嘴喷射出来的连续液体射流。通过“会议点”后，两种液体相互作用形成物理包裹的微粒。此技术提供微粒生产速度提高数百到数千倍与同轴微芯片相比。这样的结构在组织工程，快速制造具有多种电池类型的多尺度材料是一个持续的挑战。这项技术最近被一家名为iamfluidics的荷兰初创公司引入市场。

图1。生产单分散液滴的小型步进乳化装置。（a）整个微流控芯片的原理图，在水滴中积极生产油。（b）乳化过程。（c）根据液滴直径绘制的每个喷嘴的最大生产率，比例尺为400微米。图像由Stolovicki等人修改。（见以下参考文献）。（d）基于芯片的微流体与空气中的微流体的比较。

不规则形状的微粒

另一个微流体辅助制造的概念是停止流光刻，由麻省理工学院的PatrickDoyle研究小组介绍。^二在这个概念中，当两个（或更多）单体流并排流过由PFPE涂层制成的微通道时二甲基硅氧烷，流通过光罩暴露在间歇的紫外线照射下，有选择地阻挡光线。由于紫外线引发的化学反应，液体凝固，形成单个微粒（图2a）。聚合后，凝胶颗粒不粘在聚偏氟乙烯微通道壁，允许通过氧气润滑层产生自由漂浮颗粒。当紫外线通过光罩投射到水流上时，每个粒子都呈现出面具的形状，使微粒可定制（图2b）。由多个单体组成的微粒可通过组合多个单体流来制造。单步生产有利于降低生产成本，然而，粒子形状受到光掩模和微通道几何结构的限制，不允许产生球形粒子。对于概念验证演示，上转换纳米晶体合成了负载微粒，并发射出均匀可见光谱。该技术可以在不损失均匀发射特性的情况下合成条纹微粒。微粒也用多点图案编码。（图2C）每一种都是特定于目标分子（如DNA），与粒子中的其他成分发生反应。这种反应导致微粒中形成荧光颜色，所以反应可以用显微镜进行追踪。该技术已由萤火虫生物工厂（ABCAM于2015年收购）引入市场。以及Motif Micro（2018年被YPB Systems收购）的初创公司。