孔隙动力：微流体装置中的高速液滴产生

过去二十年来，微流控装置（利用技术产生微米级液滴）已成为各种应用的关键。这些应用涵盖化学反应、生物分子分析、软物质化学和精细材料的生产。

此外，液滴微流体技术还使这是传统方法无法实现的。它可以塑造粒子的尺寸并影响其形态和各向异性。然而，传统的生成在单个微通道结构中，速度通常很慢，从而限制了生产。

在 2024 年 1 月 21 日出版的期刊上发表的一项最新研究中芯片实验室由千叶大学工程研究生院应用化学与生物技术系副教授山田真澄领导的研究小组推出了一种微流体系统，该系统利用多孔“逆胶体晶体”（ICC）结构显著提高微液滴生成的效率。

“我们认为，通过使用 ICC 结构表面形成的大量微孔作为液滴形成喷嘴，可能实现高效液滴形成。然而，据我们所知，尚未有关于将逆胶体晶体结构集成到微流体通道中及其在高效液滴形成中的应用的研究报告。”

“因此，我们决定开发一种新的微加工技术，将这些结构集成到微流体通道中，以实现高效的液滴形成，”山田博士强调说。

这项研究将海绵状 ICC 结构与扁平微通道整合在一起，其功能类似于微型喷嘴，产生液滴的速度比传统微流体装置快 1,000 倍左右。液滴的大小也可以通过调节液体的流量、性质和微小开口的大小来改变。

此外，该方法还生产了由多糖和蛋白质等天然生物聚合物制成的单个微米级颗粒。这种新方法通过提高液滴形成速度并使该过程更易于创建和操作，改进了现有的液滴微流体概念。

由于液滴形成的效率和控制能力有所提高，这种新方法预计将对不同领域和产品类别产生广泛影响。其中包括医药、食品、化妆品、专用油墨和涂料、生物分离筛分基质以及显示器和半导体应用的功能性颗粒的制造。

“微滴、生物聚合物颗粒和由它们制成的囊泡作为支架被广泛用于医疗应用，例如和“”。

山田博士设想道：“此外，该方法有望应用于各种物质的生产，包括用于控制药物输送的载体、用于细胞培养的支架、用于细胞转化的试剂、用于细胞免疫治疗的抗原载体以及用于诊断的功能性微粒。”

综上所述，研究人员已经开发出一种快速形成液滴的方法，用于通过将三维 ICC 结构集成到传统的平面微通道中。应用该技术生产用于多种用途的材料有望推动改善人们生活和支持整体福祉的技术发展。

更多信息：Shota Mashiyama 等人，突破微流体液滴生产效率的极限：通过无缝实现的 3D 逆胶体晶体设计微通道，芯片实验室(2023)。DOI: 10.1039/D3LC00913K