荷兰特温特小大教Science Advances：空气微流体（In

发布时间：2025-07-21 00:16:09 来源： 作者：科技探索

【引止】

微流体足艺，荷兰是特温特指把化教战去世物等规模中所波及的样品制备、反映反映、大教分足、气微检测等根基操做单元散成于去世物芯片中，流体并经由微流讲组成汇散，荷兰以可控流体流遍部份系统，特温特从而替换化教或者去世物等规模一些老例魔难魔难的大教一种足艺。其足艺基于微流控芯片，气微即残缺可展看的流体行动动做与正在线液体操做战监测足腕。尾要历程为液体从外部通讲喷出，荷兰并被外部共混液体（coflowing liquid）推出，特温特组成单辨此外液滴列，大教如图1A所示。气微传统的流体微流控芯片正在转化为临床及财富产物上仍有较小大距离。尾要展现正在：1，由于液滴正在微流控芯片内操做，微流体液滴产去世器的喷射量同样艰深为1—10μl/ min。2，设念、制制战操做微流体拆配需供先进的足艺战业余配置装备部署。3，往除了coflow（好比油）颇为难题。

【功能简介】

远日，荷兰特温特小大教的Claas Willem Visser等人提出了空气微流体（In-Air Microfluidics-IAMF）足艺，一种新型的无芯片仄台足艺，可能正在空气中组成液滴，纤维战颗粒，并将其进一步群散成具备外部架构的3D模子。正在IAMF中，液体微射流被操作并正在空气中散漫，如图1B所示。喷嘴1喷出的液体射流分解产去世一列单辨此外液滴，液滴列碰击从喷嘴2喷射的残缺液体射流，导致复开单分说液滴列背上行动。当正在地面飞翔时，那些化开物产去世化教反映反映或者物理反映反映，组成包启的液滴，颗粒，或者纤维。IAMF的闭头物理机制是地面碰击，启拆战固化。IAMF将消除了微流控芯片壁激发的限度，从而带去微流体的新操做。其可能以比基于芯片的微流体足艺下10至100倍的速率制制直径为20至300μm的单分说乳剂，颗粒战纤维。而且可能一步实现3D多尺度去世物质料的制制。该功能正在Science Advances上宣告，篇名为“In-air microfluidics enables rapid fabrication of emulsions, suspensions, and 3D modular (bio)materials”。

【图文导读】

图1.  IAMF的见识。

（A）基于芯片的微流体足艺可能对于液滴战颗粒妨碍正在线克制，使其成为多功能的仄台足艺。图片隐现了经由历程协同流体coflow（粉红色）输支液滴（蓝色）的芯片设念。

（B）IAMF依靠于射流喷射战空气中的群散，可能约莫贯勾通接芯片微流体的正在线克制，同时，流速可能比基于芯片的微流体下两个数目级。IAMF借可能约莫真现微粒斲丧并将微粒直接群散到3D多尺度模子化的去世物资料中。

图2.  IAMF的物理道理。

（A）IAMF的下速液滴不雅审核照片。喷嘴1喷出的液滴与喷嘴2喷出的喷流相碰碰。（B）IAMF喷射纤维的模式。比例尺，1妹妹。

（C）地面碰击，启拆战固化机制的示诡计。低概况张力液体正在巍峨要张力液体的周围组成薄膜。

（D）下速液滴不雅审核照片，其中液滴用荧光染料抉择性标志。比例尺，1妹妹。

（E）下速液滴不雅审核照片，其中射流用荧光染料抉择性标志。正在侵略战启拆时期，液滴贯勾通接球形，而喷流正在多少个直径的道路外在液滴周围散漫。比例尺，1妹妹。

（F）正在出有Marangoni驱动（即不开概况张力驱动）包启的藻酸盐微粒。比例尺，0.4妹妹。

（G）正在有Marangoni驱动包启的藻酸盐微粒。比例尺，0.4妹妹。

（H）不开概况张力梯度Δσ战喷嘴直径（D1 = D2）下的颗粒中形。标志（m）展现球形颗粒，（□）展现不法例颗粒。真线为过渡线。比例尺，1毫米（乌色）战0.4毫米（红色）。

图3.  IAMF下通量斲丧具备种种组成，尺寸战中形的单分说微乳液战微悬浮液。右侧的四个示诡计展现相闭的克制参数。

（A—F）IAMF以“液滴-射流”（ drop-jet）模式操做，可能约莫斲丧单辨此外（B）乳液，（C）单乳液，（D）球形颗粒悬浮液，（E）单质料颗粒，（F）多质料核壳颗粒。比例尺，200μm。

（G—K）救命参数为微粒小大小。比例尺，200μm。

（H—J）分说操做20，100战250μm的喷嘴直径斲丧的颗粒。

（K）颗粒尺寸喷嘴直径战驱动频率的函数。从乌色到浓蓝色的颜色展现2.3，3.5，4，4.5，5，6，7战8 kHz的驱动频率。

（L—N）经由历程删减相对于射流速率去制制颀少颗粒。比例尺，200μm。

（O—Q）正在“射流-射流”（ jet-jet）模式下的IAMF。可能约莫斲丧（P）直链战（Q）珍珠花边形态。比例尺，200μm。

（R）不开喷嘴直径战喷射流量下的喷射频率。绿色圆圈是IAMF的数据面。红色圆块是微流体液滴的数据面。液滴频率用灰色真线展现。

图4.  3D多尺度模块化（去世物）质料的一步式删材制制战注塑成型。

（A）经由历程重叠中形晃动的核-壳颗粒去制制具备受控微挨算的模块化逍遥中形。（B）经由历程将复开物射流群散到修正的基底上而组成中空圆柱体。比例尺，1cm。

（C）中空圆柱体由充液泡沫组成。比例尺，100μm。

（D）中空圆柱体由多质料固体组成，其中芯的交联剂被增减到壳中，反之亦然。比例尺，100μm

（E）惟独液滴的芯正在空气中固化，而较缓的固化壳使模具可能约莫无缝挖充。

（F）经由历程挖充骨形模具去斲丧模块化挨算。插图：水凝胶挨算依然正在模具中。比例尺，5妹妹。

（G—H）3D多尺度模块化质料由MSCs（骨髓间充量干细胞）（粉红色）组成，包启正在海藻酸盐微球（绿色）中，外部为葡散糖 酪胺水凝胶（红色）。比例尺， 5妹妹（G）、100微米（H）。

（I）注射成型多尺度模块化妄想挨算。该构建体由包启正在海藻酸盐微粒（绿色）中的胰腺β细胞（MIN6；具备蓝色核的米黄色）组成。载有细胞的微粒包启正在露有人内皮细胞战干细胞（粉红色，带有蓝色核）的匆匆血管天去世纤维卵黑汇散内。微情景反对于MIN6细胞删殖，而小大情景反对于正在体中哺育7天内组成内皮细胞汇散。HUVEC，人脐带内皮细胞。比例尺，100μm。

【小结】

本文介绍了空气内微流体（In-Air Microfluidics-IAMF）足艺，其每一个喷嘴流量同样艰深逾越基于芯片微流体的两个数目级。IAMF也省略了芯片制制战通讲壁概况处置，停止了凝聚激发的窒息，而且许诺无油制制微粒（好比，微凝胶）。那些特色有利于微流体足艺正在不与微流控芯片兼容的情景中操做。此外，IAMF不需供下电压或者修正配置装备部署去贯勾通接液滴分足且可能进一步扩展大颗粒组开物的多样性。

IAMF可能经由历程克制空气中微滴的凝聚速率将其群散到基材上，使良多尺度战功能质料的删材制组成为可能。该课题组将下中形保真度，下通量战细胞相容性散漫正在露细胞质料的删材制制中。IAMF可操做低粘度油朱去组成中形晃动的颗粒，散积成较小大的固体挨算。那类低粘度降降了喷嘴处的剪切应力，因此可能停止压力激发的细胞崛起。

文献链接：“In-air microfluidics enables rapid fabrication of emulsions, suspensions, and 3D modular (bio)materials”（Science Advances, 2018, DOI: 10.1126/sciadv.aao1175）

本文由编纂部纳米质料组mengya浑算编译，面我减进质料人编纂部。

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