マイクロ多相流横断を介した機能性微粒子生成プロセス

通过微多相流交叉生成功能颗粒的过程

基本信息

批准号：
20K21104
负责人：
西迫貴志
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K21104/
关键词：
マイクロプロセス

项目摘要

2022年度は以下の研究を実施した．(1)マイクロ流路デバイスの作製：①Water-in-Oil（W/O）液滴生成を目的とした，マイクロチャネル（MC）乳化用ノズルアレイとDLDマイクロピラーアレイを組み合わせたデバイスの設計・制作を行った．ノズル（開口部最大幅175um，深さ9um）とDLDピラー（深さ90um，直径100um，ギャップ80um，分離直径37um）のPDMSへの型取りは前年度と同様に行った．型取りしたPDMS片とPDMS薄膜をコーティングしたスライドガラスを酸素プラズマ処理により接合することで，流路内壁の全てをW/O液滴生成に適した疎水性壁面とした．(2)MCノズルとDLDピラーを用いたアルギン酸カルシウムゲル粒子生成試験：上記デバイスのMC乳化用ノズルアレイに分散相としてアルギン酸ナトリウムの2wt%水溶液を送液し，連続相として，コーン油，カルシウムイオン（Ca2+）を含むW/Oエマルション，コーン油を3つの並行流として導入した．ノズルにおいて直径約80um，CV値3%のアルギン酸ナトリウム水滴の主滴がサテライト滴と共にコーン油中に生成する様子を確認した．さらに，サテライト滴はコーン油の流れに沿って流路側壁近傍のピラー間を縫うように流動するのに対し，主滴は斜行軌道を取り，W/Oエマルションの並行流に侵入していく様子を確認した．W/Oエマルション流からさらにその隣のコーン油流に侵入した主滴を観察したところ，イオン交換反応による架橋されたアルギン酸カルシウムゲル粒子が水滴内部に含まれていることを確認した．(3)ゲル粒子の溶液置換試験：上記試験において，MCノズルから遠い側のコーン油流の隣にグリセロール水溶液（80wt%）を並行流として追加導入し，アルギン酸カルシウム粒子の生成と溶液置換が連続的に行えるかの検討を行った．W/Oエマルション流内におけるゲル化反応を経て生成したゲル粒子が，そのまま斜行軌道を継続し，コーン油とグリセロール水溶液の界面を通過できることを確認した．

在2022财年中，进行了以下研究：（1）制备微流通道设备：1）将微通道（MC）乳化喷嘴阵列和DLD微柱阵列组合的设备设计和生产，以生成生成水中（W/O）液滴的目的。喷嘴（最大开口宽度为175UM，9UM的深度）和DLD支柱（90UM的深度，直径为100UM，间隙为80UM，分离直径为37UM），以与上一年相同的方式将其模制成PDM。通过将模制PDM的碎片和通过氧血浆处理涂有PDMS薄膜涂层的滑动玻璃，流动路径的所有内壁都被制成适合于生产W/O液滴生产的疏水壁。（2）使用MC喷嘴和DLD支柱的藻酸钙凝胶颗粒生产测试：藻酸钠的2WT％水溶液被作为分散阶段，以分散上述设备的MC乳化喷嘴阵列，并将三个平行流量作为连续阶段引入：连续的相位：玉米油，含钙油，含有钙离子的钙离子和油（CA2+）和油。我们证实，直径约为80UM的藻酸钠水滴的主要液滴与卫星液滴一起在玉米油中产生3％的CV值。此外，尽管卫星液滴沿着玉米油的流动，缝在流路路径侧壁附近的支柱之间，而主液滴则采用倾斜的轨道，进入带有乳液的平行流。当我们观察到从W/O乳液流中渗透到下一个玉米油流中的主液滴时，我们确认水滴已通过离子交换反应交联的藻酸钙凝胶颗粒交联。（3）对凝胶颗粒的溶液置换测试：在上述测试中，将水甘油溶液（80 wt％）引入了远离MC喷嘴的玉米油流旁边的平行流量，并且研究是否可以连续进行藻酸盐颗粒和溶液的产生。已经证实，通过乳液流中的凝胶反应产生的凝胶颗粒继续在倾斜的轨道上继续，并穿过玉米油和水甘油溶液之间的界面。