了解微流体装置中微小液滴的形成
乳液是两种不溶性液体的混合物，其中一种液体以小液滴在另一种液体中的分散体形式存在。它们在日常生活中很常见;牛奶、黄油、面霜、油漆和洗发水都是常见的例子。有趣的是，乳液在各个领域的实验室应用中也发挥着重要作用，包括分析化学、生物医学研究和材料科学等。
在大多数情况下，这些应用受益于分散液滴具有相似尺寸的乳液，也称为“单分散乳液”。科学家们一直在寻找有效的混合方法来生产这种高度控制的乳液。在这方面，微流控技术已成为一种有前景的方法。
特别是，微流体阵列后装置是一种以高通量获得具有所需液滴尺寸的乳液的有吸引力的方式。这些装置迫使微量的原油乳液通过一系列规则间隔的柱子。这些柱在撞击时会分解现有的液滴，直到获得更细、更单分散的乳液。然而，尽管这个过程看起来很简单，但微流控阵列后装置背后的详细物理原理很复杂，而且还没有被很好地理解。
在最近发表在《芯片实验室》杂志上的一项研究中，日本东京工业大学(Tokyo Tech)的一个研究小组着手解决这一知识差距。该团队包括 Shuzo Masui 博士和 Takasi Nisisako 副教授，进行了一系列详细的实验，以了解阵列后设备中的各种设计和操作参数如何影响所获得的乳液的特性。值得注意的是，这项研究被选为该杂志的封面图片。
该团队分析了两种输入液体的流速、粘度和比例对液滴尺寸和均匀性的影响，以及柱阵列的几何形状和材料的重要性。为此，他们使用一种称为软光刻的技术制造了几种定制的微流控阵列后设备。使用高速摄像机和图像分析算法，研究人员可以精确量化液滴尺寸并详细观察其形成。
结果强调了阵列后装置中有效毛细管数 (Ca eff ) 的重要性。简而言之，Ca eff是与毛细管现象相关的量度，是根据输入液体的粘度、速度和表面张力计算得出的。“我们发现，当 Ca eff超过特定阈值时，由于卫星或次级液滴的相对尺寸增加，液滴尺寸的变化从准单分散水平增加到多分散水平，”Masui 博士解释道。
此外，研究人员还发现了两种不同的液滴破碎模式，可以用类似于微流体 T 形接头的方程来描述，微流体 T 形接头相对更简单，并且作为一种液滴生成装置得到了充分研究。
总的来说，这项工作的发现揭示了后阵列器件背后的物理原理。正如 Masui 博士所说，这些知识对于提高其性能和适用性至关重要：“我们的研究有助于理解阵列后装置中的液滴破碎，并扩展了其独特的液滴生成特性，包括高通量、高分数、稳健、连续的乳化过程。”
如果幸运的话，这些努力将为高效生产高质量乳液铺平道路，不仅可以带来更好的化妆品和油漆，还可以通过先进的微流体技术实现化学和材料合成方面的创新以及生物学和医学方面的科学进步。
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