911爆料工厂

1.2实验过程

1.2.1同轴玻璃管微流控器件的制备

通过拉伸仪将内径0.55 mm、外径0.96 mm的圆柱形玻璃管和内径1.00 mm、外径1.40 mm的圆柱形玻璃管一端拉伸成锥状，并利用砂纸将锥状管口分别打磨至300和600μm.管口尺寸通过体显微镜进行精确测量。然后将外径0.96 mm的玻璃管（内管）插入内径1.00 mm的玻璃管（外管），分别制备内管管口内缩300μm、内/外管管口平齐、内管管口伸出300μm、内管管口内缩300μm外管管口不拉伸的同轴微流控器件，最后通过AB胶环氧树脂固定。

1.2.2微流控器件制备水/水微囊

内/外相各成分含量均为质量分数：内相为0.2%黄原胶（增稠剂、稳定剂）、0.1%透明质酸钠（保湿剂）、2%普鲁兰多糖（抗氧化剂）、5%甘油（保湿剂）的水溶液（以下简称黄原胶水溶液），由内管注入微流控器件；外相为1%海藻酸钠（包材，可被钙离子交联形成稳定囊壁）、0.05%十二烷基硫酸钠（表面活性剂）的水溶液，由外管注入微流控器件。内相在外相的剪切下形成液滴，同时外相在重力作用下脱离管口生成水包水的水/水微囊，并进一步通过接收池（质量分数为5%氯化钙水溶液）中的钙离子交联海藻酸钠水凝胶网络，形成稳定的核壳结构。为了便于观察水/水微囊的特征，采用黄色染色剂对内相进行染色。通过系统改变内相流速和外相流速，研究微流控器件结构对水/水微囊成型的影响，最终确定水/水微囊的制备相图。

1.2.3流速对水/水微囊制备的影响

内管管口内缩300μm的同轴微流控器件制备水/水微囊具有较好的稳定性，若无特别说明，后续均采用该种设计。保持外相流速不变，研究内相流速对水/水微囊直径和壁厚的影响。然后保持内相流速不变，研究外相流速对水/水微囊直径和壁厚的影响。水/水微囊的直径和壁厚通过随机选取100颗微囊进行测量计算得到。内相流速为40 mL/h，外相流速为20 mL/h，制备得到的水/水微囊具有较薄的壁厚，若无特别说明，后续均采用该内相/外相流速。

1.2.4水/水微囊形成过程的数值模拟

数值模拟采用SolidWorks软件建立几何模型，使用ANSYS Workbench完成网格划分和模拟过程。模拟器件参数与实验器件参数保持一致，即内管外径0.96μm、内径0.55 mm、管口300μm，外管外径1.40 mm、内径1.00 mm、管口600μm，内管管口内缩300μm.由于同轴微流控器件通道结构具有轴对称性，将模型简化为二维模型。模型总体尺寸为20 mm×5.4 mm，包括上方微通道结构和下方20 mm长的空气域。微通道结构和内外相采用非结构化四边形网格划分。几何模型分别设置20，25，30，35，40和45μm等6种网格尺寸对模型进行网格无关性检验，最后选取网格尺寸为30μm，对应微囊直径为2.756 mm.内相和外相进口为速度型入口，出口为压力型出口，壁面为静止无滑移的疏水表面。初始化后，内相充满内通道，外相充满外通道。流动模型设置为层流模型，瞬态求解过程中的压力速度耦合采用SIMPLE算法，残差收敛精度为10?5，时间步长为10?4 s.数值模拟研究两相流速、界面张力及两相黏度对水/水微囊直径和壁厚的影响时，模拟采用的温度为25℃，操作压力为0 Pa，外相/空气界面张力为30 mN/m，内相/外相界面张力为0.5 mN/m，内相0.2%黄原胶水溶液密度为1200 kg/m3，黏度为0.48 Pa·s，外相1.0%海藻酸钠水溶液密度为1135 kg/m3，黏度为0.30 Pa·s，空气密度为1.225 kg/m3，黏度为1.79×10?5 Pa·s.

1.2.5水/水微囊的辫贬响应和可控释放

分别用贬颁濒溶液和柠檬酸钠调节溶液辫贬为1.0或8.0，静置观察水/水微囊在酸性或碱性溶液中随时间的变化。

1.2.6平行放大微流控器件的设计和水/水微囊的高通量制备

首先通过微通道流动阻力分析，设计平行放大10通道微流控器件，微流控器件内相主管道直径4.0 mm，内相分管道直径0.5 mm，外相主管道直径3.5 mm，外相分管道直径1.2 mm.然后通过三维建模软件SolidWorks建立微流控器件模型。最后通过光固化3D打印机直接打印微流控器件。