微球微流控技術(shù)的核心在于通過精確的流體控制，實現(xiàn)液滴尺寸均一、形貌可控的微球制備。芯片流道結(jié)構(gòu)決定了兩相流體的相互作用方式，直接影響微球的粒徑、單分散性和制備通量。目前應用較為廣泛的是T型結(jié)構(gòu)和流動聚焦結(jié)構(gòu)，兩者在原理和適用條件上存在明顯差異。
T型結(jié)構(gòu)的工作原理
T型結(jié)構(gòu)芯片由兩條相互垂直的通道組成，分散相從側(cè)向通道進入，連續(xù)相從主通道流過，在交匯處被剪切力切割成液滴。液滴的生成主要由連續(xù)相對分散相的拖拽力和界面張力共同決定。
T型結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于加工簡單、幾何參數(shù)少、理論模型成熟。通過調(diào)節(jié)兩相流速比，可以在一定范圍內(nèi)改變液滴尺寸。當連續(xù)相流速提高或分散相流速降低時，生成的液滴通常更小。這種結(jié)構(gòu)對通道壁面潤濕性的要求相對寬松，適合粘度較高的分散相體系。
不過，T型結(jié)構(gòu)在生成小尺寸液滴時能力有限。當需要制備粒徑在十微米以下的微球時，往往需要壓縮通道尺寸，這會帶來壓降升高和堵塞風險。
流動聚焦結(jié)構(gòu)的特點
流動聚焦結(jié)構(gòu)采用對稱設計，分散相從中心通道進入，兩側(cè)的連續(xù)相同時擠壓，在下游狹窄孔口處將分散相拉斷成液滴。由于剪切力來自多個方向且分布均勻，液滴在形成過程中受力更對稱。
這種結(jié)構(gòu)能夠制備尺寸更小的液滴，且粒徑分布更集中?？卓趯挾?、通道深度、兩相流速和壓力差都是關(guān)鍵設計參數(shù)。當孔口尺寸縮小且連續(xù)相流速提升時，液滴尺寸可進一步降低。
流動聚焦結(jié)構(gòu)的局限在于對加工精度要求較高。中心通道與兩側(cè)通道的對中度、孔口邊緣的平整度都會影響對稱性。一旦加工存在偏差，液滴生成會變得不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)噴射流而非滴狀流。
兩種結(jié)構(gòu)的性能對比
在粒徑控制方面，流動聚焦結(jié)構(gòu)在制備小尺寸微球時表現(xiàn)更穩(wěn)定，粒徑變異系數(shù)通常處于較低水平。T型結(jié)構(gòu)在大粒徑區(qū)間同樣能夠保持良好的單分散性，工藝容忍度更高。
在通量方面，T型結(jié)構(gòu)單通道產(chǎn)量受限，但結(jié)構(gòu)簡單，便于并聯(lián)擴展。流動聚焦結(jié)構(gòu)單通道頻率較高，但并聯(lián)時對流量分配的一致性要求更嚴，需要配套高精度的分流設計。
在物料適應性方面，T型結(jié)構(gòu)對高粘度分散相和含顆粒體系的通過性更好。流動聚焦結(jié)構(gòu)孔口狹窄，遇到懸浮顆粒或預聚體時更容易發(fā)生堵塞。
流道設計的關(guān)鍵參數(shù)
無論采用哪種結(jié)構(gòu)，通道尺寸、深寬比、表面潤濕性和兩相流速比都是需要系統(tǒng)優(yōu)化的變量。通道表面需根據(jù)分散相性質(zhì)進行親水或疏水改性，確保分散相不會在壁面鋪展。流速比和毛細數(shù)的組合決定了流型，需要在滴狀流區(qū)間內(nèi)操作，避開層流和噴射流區(qū)域。
此外，下游的固化區(qū)設計同樣重要。光固化、熱固化或離子交聯(lián)的引入位置需要與液滴生成區(qū)保持適當距離，避免固化反應影響上游穩(wěn)定性。
選型建議
對于以粒徑均一性為首要目標、物料體系較為潔凈的小尺寸微球制備，流動聚焦結(jié)構(gòu)更為合適。對于粘度較高、含固量較大或?qū)庸こ杀久舾械捏w系，T型結(jié)構(gòu)更具實用價值。實際開發(fā)中，建議先通過單通道實驗確認流型窗口，再據(jù)此確定并行化的放大方案。
更新時間：2026-09-07
點擊次數(shù)：91
當前位置：
