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．

2022年，我们进行了以下研究。（1）微通道装置的制作：①设计并制作了一个结合微通道（MC）乳化喷嘴阵列和DLD微柱阵列的装置，以产生油包水（W/O）液滴。喷嘴（最大开口宽度 175 um，深度 9 um）和 DLD 柱（深度 90 um，直径 100 um，间隙 80 um，分离直径 37 um）以与前一年相同的方式模制到 PDMS 上。通过使用氧等离子体处理将模制的PDMS片和涂有PDMS薄膜的载玻片粘合，流道的整个内壁被制成适合W/O液滴生成的疏水壁表面。 (2)使用MC喷嘴和DLD柱的海藻酸钙凝胶颗粒生成试验：将2wt%海藻酸钠水溶液作为分散相送至上述装置的MC乳化喷嘴阵列中，以玉米油和钙离子作为分散相。含有(Ca2+)和玉米油的W/O乳液作为三个平行流引入。经证实，在玉米油中形成了直径约80μm、CV值为3％的海藻酸钠水主液滴以及喷嘴处的卫星液滴。此外，当卫星液滴沿着玉米油流流动并在通道侧壁附近的柱子之间编织时，主要液滴采取倾斜轨迹并侵入我检查的W/O乳液的平行流。。当我们观察从W/O乳液流进入邻近玉米油流的主要液滴时，我们确认水滴含有通过离子交换反应交联的海藻酸钙凝胶颗粒。 (3)凝胶颗粒的溶液置换试验：在上述试验中，在远离MC喷嘴一侧的玉米油流旁边额外引入甘油水溶液(80wt％)作为平行流，产生钙我们研究了这是否可以以实际的方式完成。经证实，W/O乳液流中通过凝胶化反应生成的凝胶颗粒继续沿倾斜轨迹运动，并且能够穿过玉米油和甘油水溶液之间的界面。