Tuna-step：基于可调并行化阶梯乳化与动态体积控制的液滴生成用于3D打印功能梯度多孔材料
流体动力学
2023-07-12 v1 材料科学
软凝聚态物质
摘要
我们提出 Tuna-step，一种基于阶梯乳化的新型微流控模块，可可靠地生成不同尺寸的液滴。迄今为止，利用阶梯乳化生成的液滴尺寸被固化在阶梯乳化喷嘴的几何结构中。为克服此限制，我们在阶梯喷嘴下方集成一层可由压力驱动的薄膜，从而实现按需调节喷嘴尺寸。通过可控地降低喷嘴高度，我们成功实现了液滴体积跨越三个数量级的变化，而无需调整两相的流速。我们进一步开发并应用了一种新的亲水表面改性方法以增强系统，确保了长期稳定性并在生成水包油（Oil-in-Water）液滴时防止器件溶胀。我们将该系统用于制造具有可调孔隙率和材料含量的功能梯度软材料。通过将我们的微流控器件与定制3D打印机结合，我们在琼脂糖凝胶浴中生成并挤出油包水乳液，从而能够创建独特的自支撑3D水凝胶结构，其孔隙率与流速解耦且外相具有组成梯度。我们通过并行设置14个可驱动喷嘴对 Tuna-step 进行放大，提供了一种基于阶梯乳化、可满足通量、液滴体积、流速和表面化学等多方面需求的单芯片解决方案。
引用
@article{arxiv.2307.05259,
title = {Tuna-step: Tunable Parallelized Step Emulsification for the Generation of Droplets with Dynamic Volume Control to 3D Print Functionally Graded Porous Materials},
author = {Francesco Nalin and Maria Celeste Tirelli and Piotr Garstecki and Witold Postek and Marco Costantini},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.05259},
year = {2023}
}