T 型微通道中液滴半阻塞不对称分裂行为研究*

邓梓龙 李鹏宇 张璇 刘向东2)†

1) (东南大学能源与环境学院, 能源热转换及其过程测控教育部重点实验室, 南京 210096)

2) (扬州大学电气与能源动力工程学院, 扬州 225127)

液滴不对称分裂是获得不同尺寸微液滴的优选方法, 研究液滴不对称分裂行为对于生物医学、能源化工及食品工程等领域具有重要意义.本文研制T 型微通道芯片并设计搭建T 型微通道液滴半阻塞不对称分裂行为可视化实验平台, 研究流量调控对微液滴分裂比的影响规律, 并建立理论模型对分裂比进行预测, 得到以下结论: 液滴不对称挤压分裂过程分为挤压前期、挤压后期和快速夹断阶段, 在挤压前期, 液滴颈部宽度随时间呈线性变化, 在挤压后期, 颈部宽度随时间呈指数关系, 而在快速夹断阶段, 液滴颈部向心收缩的界面附加压力占主导, 液滴颈部宽度剧烈收缩, 呈断崖式减小; 调控分支通道流量可对液滴不对称分裂比进行调控,且调控作用受毛细数影响较大; 基于液液流动压降模型的液滴分裂比预测模型能够有效预测液滴分裂比.

1 引 言

20 世纪90 年代初, 微型全分析系统(miniaturized total chemical analysis systems, µTAS)的提出, 拉开了微流控技术发展的序幕.微流控技术在微米甚至纳米尺度下控制流体进行质量、能量和动量传递[1−3], 使其在药物传输[4]、病毒检测[5]、生物筛选[6,7]和功能材料合成[8−11]等众多领域得到了极大的发展.其中, 微通道中的液滴分裂技术能够主动调控获得数量、组分及体积可控的单分散微液滴, 得到……