1.2實(shí)驗過(guò)程

1.2.1同軸玻璃管微流控器件的制備

通過(guò)拉伸儀將內徑0.55 mm、外徑0.96 mm的圓柱形玻璃管和內徑1.00 mm、外徑1.40 mm的圓柱形玻璃管一端拉伸成錐狀，并利用砂紙將錐狀管口分別打磨至300和600μm.管口尺寸通過(guò)體顯微鏡進(jìn)行精確測量。然后將外徑0.96 mm的玻璃管（內管）插入內徑1.00 mm的玻璃管（外管），分別制備內管管口內縮300μm、內/外管管口平齊、內管管口伸出300μm、內管管口內縮300μm外管管口不拉伸的同軸微流控器件，最后通過(guò)AB膠環(huán)氧樹(shù)脂固定。

1.2.2微流控器件制備水/水微囊

內/外相各成分含量均為質(zhì)量分數：內相為0.2%黃原膠（增稠劑、穩定劑）、0.1%透明質(zhì)酸鈉（保濕劑）、2%普魯蘭多糖（抗氧化劑）、5%甘油（保濕劑）的水溶液（以下簡(jiǎn)稱(chēng)黃原膠水溶液），由內管注入微流控器件；外相為1%海藻酸鈉（包材，可被鈣離子交聯(lián)形成穩定囊壁）、0.05%十二烷基硫酸鈉（表面活性劑）的水溶液，由外管注入微流控器件。內相在外相的剪切下形成液滴，同時(shí)外相在重力作用下脫離管口生成水包水的水/水微囊，并進(jìn)一步通過(guò)接收池（質(zhì)量分數為5%氯化鈣水溶液）中的鈣離子交聯(lián)海藻酸鈉水凝膠網(wǎng)絡(luò )，形成穩定的核殼結構。為了便于觀(guān)察水/水微囊的特征，采用黃色染色劑對內相進(jìn)行染色。通過(guò)系統改變內相流速和外相流速，研究微流控器件結構對水/水微囊成型的影響，最終確定水/水微囊的制備相圖。

1.2.3流速對水/水微囊制備的影響

內管管口內縮300μm的同軸微流控器件制備水/水微囊具有較好的穩定性，若無(wú)特別說(shuō)明，后續均采用該種設計。保持外相流速不變，研究?jì)认嗔魉賹λ?水微囊直徑和壁厚的影響。然后保持內相流速不變，研究外相流速對水/水微囊直徑和壁厚的影響。水/水微囊的直徑和壁厚通過(guò)隨機選取100顆微囊進(jìn)行測量計算得到。內相流速為40 mL/h，外相流速為20 mL/h，制備得到的水/水微囊具有較薄的壁厚，若無(wú)特別說(shuō)明，后續均采用該內相/外相流速。

1.2.4水/水微囊形成過(guò)程的數值模擬

數值模擬采用SolidWorks軟件建立幾何模型，使用ANSYS Workbench完成網(wǎng)格劃分和模擬過(guò)程。模擬器件參數與實(shí)驗器件參數保持一致，即內管外徑0.96μm、內徑0.55 mm、管口300μm，外管外徑1.40 mm、內徑1.00 mm、管口600μm，內管管口內縮300μm.由于同軸微流控器件通道結構具有軸對稱(chēng)性，將模型簡(jiǎn)化為二維模型。模型總體尺寸為20 mm×5.4 mm，包括上方微通道結構和下方20 mm長(cháng)的空氣域。微通道結構和內外相采用非結構化四邊形網(wǎng)格劃分。幾何模型分別設置20，25，30，35，40和45μm等6種網(wǎng)格尺寸對模型進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢驗，最后選取網(wǎng)格尺寸為30μm，對應微囊直徑為2.756 mm.內相和外相進(jìn)口為速度型入口，出口為壓力型出口，壁面為靜止無(wú)滑移的疏水表面。初始化后，內相充滿(mǎn)內通道，外相充滿(mǎn)外通道。流動(dòng)模型設置為層流模型，瞬態(tài)求解過(guò)程中的壓力速度耦合采用SIMPLE算法，殘差收斂精度為10?5，時(shí)間步長(cháng)為10?4 s.數值模擬研究?jì)上嗔魉?、界面張力及兩相黏度對?水微囊直徑和壁厚的影響時(shí)，模擬采用的溫度為25℃，操作壓力為0 Pa，外相/空氣界面張力為30 mN/m，內相/外相界面張力為0.5 mN/m，內相0.2%黃原膠水溶液密度為1200 kg/m3，黏度為0.48 Pa·s，外相1.0%海藻酸鈉水溶液密度為1135 kg/m3，黏度為0.30 Pa·s，空氣密度為1.225 kg/m3，黏度為1.79×10?5 Pa·s.

1.2.5水/水微囊的pH響應和可控釋放

分別用HCl溶液和檸檬酸鈉調節溶液pH為1.0或8.0，靜置觀(guān)察水/水微囊在酸性或堿性溶液中隨時(shí)間的變化。

1.2.6平行放大微流控器件的設計和水/水微囊的高通量制備

首先通過(guò)微通道流動(dòng)阻力分析，設計平行放大10通道微流控器件，微流控器件內相主管道直徑4.0 mm，內相分管道直徑0.5 mm，外相主管道直徑3.5 mm，外相分管道直徑1.2 mm.然后通過(guò)三維建模軟件SolidWorks建立微流控器件模型。最后通過(guò)光固化3D打印機直接打印微流控器件。