基于液滴的微流體利用界面張力和流體剪切力之間的相互作用將連續(xù)流體分解成微通道內(nèi)大小均勻的片段。油的粘度會(huì)嚴(yán)重影響例如油包水乳液，更準(zhǔn)確地說是如何影響液滴尺寸和液滴生成率。

什么是表面活性劑？

微流體是一種每秒產(chǎn)生數(shù)千滴液滴的過程，通過微流控芯片，其中兩種不混溶的流體在微通道網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)，形成乳液。為了穩(wěn)定這些液滴，必須添加表面活性劑。表面活性劑是降低表面張力的兩親化合物。它在界面上自然吸附，因?yàn)樗捎H水部分和疏水部分組成。在這方面，有必要找到與表面活性劑相容并且與所用材料（例如細(xì)胞）相容的油。

圖 1：表面活性劑通過吸附在油水界面上，降低其界面張力并在內(nèi)表面涂上一層親水、非離子和生物相容的層（如聚乙二醇）來穩(wěn)定液滴，該層可抵抗蛋白質(zhì)吸附和對(duì)細(xì)胞無毒。

不同類型的油

通常，礦物油已與細(xì)胞一起使用，例如作為雙細(xì)菌乳化系統(tǒng)進(jìn)行篩選。在礦物油中，我們發(fā)現(xiàn)了烴油。因此，它們僅限于 PCR 等應(yīng)用，其中感興趣的對(duì)象（DNA 或 RNA 片段）不會(huì)在液滴之間交換。

氟化油是唯一通過長(zhǎng)期培養(yǎng)生物體證明細(xì)胞存活和增殖的例子。氟化油的選擇主要受兩點(diǎn)驅(qū)動(dòng)：首先，它們很有吸引力，因?yàn)榇蠖鄶?shù)有機(jī)化合物不溶于這些油。封裝在液滴中的化合物不應(yīng)相分離，因此留在液滴中，解決了有機(jī)油和硅油的交換限制。氟化油的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是它們的生物相容性。此外，氟化油能夠溶解氣體，這對(duì)細(xì)胞活力至關(guān)重要。

油品與微流控材料的相容性

根據(jù)微流體裝置的材料選擇油也是一個(gè)不容忽視的參數(shù)。事實(shí)上，油與通道壁緊密接觸，它們之間的化學(xué)反應(yīng)對(duì)于預(yù)期的最終結(jié)果（例如形成精確尺寸的液滴）可能是關(guān)鍵的。因此，微流體系統(tǒng)材料的改變也需要改變所使用的油。事實(shí)上，為了在油中形成水滴而不是在水中形成油滴，油必須正確潤(rùn)濕壁。

因此，這個(gè)簡(jiǎn)短的部分將使您能夠?yàn)橹圃煳⒘黧w設(shè)備所用的材料選擇合適的油。

氟化油

最容易制造的選擇仍然是氟化油，因?yàn)樗鼈兣c大多數(shù)金屬、塑料和彈性體相容，其中最著名的是 FC 40。

硅油

硅油推薦用于由硅膠制成的微流體設(shè)備。它們還與 PDMS 或稱為環(huán)烯烴共聚物 COC 的新材料兼容。

礦物油

關(guān)于礦物油，關(guān)于它們與微流體設(shè)備材料的兼容性的信息非常少。然而，據(jù)報(bào)道，這些油可以很好地用于由聚碳酸酯 (PC) 制成的設(shè)備。

油粘度對(duì)液滴尺寸的影響

從圖2中可以看出，液滴尺寸隨著油粘度的增加而減小。

圖 2：不同粘度和流動(dòng)壓力條件下平均液滴尺寸的分析。

油粘度對(duì)液滴生成率的影響

隨著在所有測(cè)試的流動(dòng)壓力條件下使用更粘稠的油，每單位時(shí)間產(chǎn)生的液滴數(shù)量減少，其中觀察到強(qiáng)線性相關(guān)性（對(duì)于所有流動(dòng)壓力條件，R2 > 0.99）。

圖2：不同粘度和流動(dòng)壓力條件下的液滴生成率分析

結(jié)論

油的選擇主要取決于您的應(yīng)用。但是，必須考慮其他參數(shù)，例如油-表面活性劑和油-材料相容性。由于連續(xù)相的物理參數(shù)會(huì)影響預(yù)期結(jié)果，因此重要的是要考慮油的粘度等。