近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院蔣卓副教授課題組基于微立體光刻3D打印技術(shù),利用光敏樹脂材料實(shí)現(xiàn)微流控芯片的制備。此工作利用一種新技術(shù)制造了單乳液和雙乳液的微流控生成芯片。這些芯片采用微納微尺度3D打印技術(shù)制作，實(shí)現(xiàn)宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合，可以同時(shí)滿足不同乳液類型的制備和生成，清洗后可多次重復(fù)使用。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了五個(gè)平行通道的單乳液生成，為高通量微流控技術(shù)的改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。基于此，該微流控芯片成功實(shí)現(xiàn)了W/O/W（水/油/水）和O/W/O（油/水/油）雙重乳液的制備。此外，由于制備芯片所使用的樹脂材料對(duì)油和水都具有良好的潤(rùn)濕性，因此不需要使用有機(jī)試劑對(duì)芯片進(jìn)行局部改性。該工作以“Microfluidicdroplet formation in co-flow devices fabricated by micro 3D printing”為題發(fā)表在Journal of FoodEngineering上，第一作者是華南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士生張佳。

1

微流控芯片的設(shè)計(jì)及3D打印制得的裝置

基于Co-flow原理，通過3D打印技術(shù)，制備了單乳液生成芯片（圖1），五個(gè)平行流道的單乳液生成芯片以及雙重乳液生成芯片（圖2）。

圖1 單乳液生成裝置

圖2 五個(gè)平行流道的單乳液生成裝置和雙重乳液生成裝置

2

微流控芯片的評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證和評(píng)估該裝置的可用性，我們選取不同的乳液配方進(jìn)行試驗(yàn)。選取不同的油包水和水包油乳液，對(duì)乳液生成過程進(jìn)行記錄，并對(duì)收集后的乳液進(jìn)行分析（圖3）。收集到的油包水乳液?jiǎn)畏稚⑿暂^好，其CV為2.7%。同一裝置上實(shí)現(xiàn)了水包油乳液的生成，所得液滴的CV僅為2.2%。

圖3 單乳液生成裝置用于油包水（a、b）和水包油（c、d）乳液的生成及其分散性

利用五個(gè)平行流道的單乳液生成裝置進(jìn)行試驗(yàn)，可以在同一裝置上實(shí)現(xiàn)油包水和水包油兩種不同類型乳液的生成（圖4），所得油包水液滴的CV為2.6%，水包油液滴的CV為3.1%。本研究使用的微流控芯片制作簡(jiǎn)單，集成度高，可重復(fù)使用。但其生產(chǎn)效率和液滴直徑仍需進(jìn)一步提高，這也是我們后續(xù)研究的重點(diǎn)。

圖4 五個(gè)平行流道的單乳液生成裝置用于油包水（b、c）和水包油（d、e）乳液的生成及其液滴的分散性

基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們進(jìn)行了雙重乳液的生成。在實(shí)驗(yàn)中，通過改變內(nèi)相、中間相和外相的速度可以調(diào)節(jié)液滴的尺寸和核殼比例。圖5展示了不同流量下W/O/W雙乳狀液的形成過程和收集的液滴，可以看到明顯的核-殼層。對(duì)于O/W/O雙乳狀液的形成(圖6)，實(shí)驗(yàn)過程中可以清楚地看到乳狀液的形成過程，但收集后的乳液穩(wěn)定性極差，不能觀察到均勻分散的雙乳狀液滴，嘗試了多種O/W/O乳液配方，暫未得到可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖5 采用雙乳液生成裝置在不同流速下生成和收集W/O/W雙重乳液

圖6 采用雙乳液生成裝置生成O/W/O雙重乳液

目前，對(duì)于3D打印微流控芯片的性能評(píng)價(jià)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，所使用的乳液配方是在現(xiàn)有參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改的。為了進(jìn)一步促進(jìn)微流體在食品工業(yè)中商業(yè)化，需要進(jìn)一步開發(fā)相關(guān)的乳液配方。此外，微流體的一些問題需要解決，如高通量，穩(wěn)定性，生物相容性等。

參與該工作的合作者有華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院的碩士生徐文華，工程學(xué)院的徐鳳英教授，無限極（中國(guó)）有限公司的魯旺旺、張晨，深圳摩方材料科技有限公司的周建林等。