微流控射流冲击：铺展、飞溅、软基底变形与注入

针头注射会引起恐惧、疼痛与污染风险。每年数十亿次注射还在材料消耗与废弃物方面造成环境负担。受控微流控射流注射系统提供了一种无针替代方案。然而，需理解射流参数与所得注射深度间的关系，以实现针对特定皮肤层的靶向，并改善各类治疗化合物的药代动力学。皮肤的复杂性、不透明性及非线性力学特性构成了技术挑战。因此，使用替代物对于理解如何无针注射至关重要。特别地，减少射流冲击时不必要的飞溅与注射后的液体挤出，是降低感染风险与确保准确剂量的需要。故此，本文探究微流控射流特性如何影响一系列作为皮肤替代物的材料上的冲击结果。速度介于 7–77 m/s、直径 35–130 $\mu$m 的射流被导向剪切模量介于 0.2 kPa 与 26 GPa 的基底。依据射流惯性与基底剪切模量，我们发现七种不同的状态。此外，识别出三个不同的过渡区作为状态间阈值：i）铺展/飞溅阈值，ii）凹坑形成阈值，iii）塑性/弹性变形阈值。这些阈值可预测注入已知剪切模量基底所需的射流速度与直径。我们发现，相较于韦伯数，射流速度是注射深度更好的预测量，因为射流直径不影响注射深度。我们的发现与推进无针注射研究相关，因为皮肤的剪切模量取决于多种因素，如种族、身体部位与环境条件。