微流控微滴生成方法
微滴制备是微流控技术中应用最广泛的操作之一。其基本原理是在微通道中，两种不可混溶的液体相互垂直流动并相遇，从而形成微米级、高度单分散的微滴。
最常见的微滴类型是油包水（water-in-oil）结构。 在本节中，我们将介绍微流控通道中微滴的形成原理，以及不同的微滴生成模式及其优缺点。
微滴微流控的定义
微滴微流控是一种强大的技术，能够生成和操控微米级的单分散微滴。基于微流控的微滴控制与生成技术具有以下优势：
- 高度单分散微滴的生产，优于传统的批量乳化法，可实现”在线”连续微滴生产。
- 单个微滴作为独立的微量（pL 级）生化反应器。
- 通过微滴生成技术，实现生产和生物分析设备的小型化。
基于微流控技术的微滴具有广泛的应用，例如颗粒合成[1]和物理化学分析[2]。
高精度的微滴控制还能应用于单细胞分析[3]、药物筛选[4][5]等领域。
微滴是如何在微流控系统中生成的？
微流控微滴生成的方法基于两种不可混溶的液体，通常为油相和水相，并借助微流控芯片来形成微滴。根据微流控芯片的设计和材料的不同，微滴生成方式涉及不同的物理机制。目前，微流控微滴生成领域常用的三种设计是：
共流（Co-flow）、T 型交汇（T-junction）和流体聚焦（Flow-focusing） [6][7][8][9].
共流（Co-flow）设计的微滴生成
共流设计采用同轴毛细管结构，内管传输分散相，外管传输连续相。当分散相进入主流通道时，连续相的粘性应力会拉伸界面，直至其破裂形成微滴[7][10][11][12][13]。
优点：设计简单，易于制造。
缺点：微滴尺寸及生成频率受限。
T 型交汇（T-junction）设计的微滴生成
该技术最早由 Thorsen 等人 在 2001 年提出[16]，它是最简单且应用最广泛的微滴生成方法，可实现对微滴生成的精确控制。在 T 型交汇（T-junction） 结构中，分散相（内相） 垂直注入 连续相（外相） 的流动中，从而生成微流控微滴。
当两种不可混溶的液体到达 T 形交叉点 时，分散相逐渐进入主流通道，而此时连续相的剪切作用开始显现。分散相在两相的界面处形成弯曲结构，随着分散相不断向主通道推进，界面弯曲处逐渐变窄，直至界面断裂，形成独立的微滴，并沿着通道流动[17][18][19]。
T 型交汇设计的优势 在于：结构简单，易于制造和操作；微滴断裂机制已被深入研究，便于精准控制微滴生成过程；微滴频率与尺寸控制方便。
缺点：微滴的频率和尺寸范围 仍受限于芯片的设计与材料。
流体聚焦（Flow-focusing）设计的微滴生成
该方法由 Anna 等人 在 2003 年提出[14]。
在流体聚焦设计中，分散相 直接注入主流通道，而 连续相 通过两侧垂直布置的支流道注入。连续相从两侧对分散相施加挤压力，使其受控流动，并在两相交界面上，由于粘性力与表面张力的竞争作用，最终形成微滴[15]。
与 T 型交汇设计 相比，流体聚焦设计的一个显著特点是流动的对称性。对称的流体动力学效应使该设计在微滴尺寸和生成频率方面更具灵活性，并且微滴生成过程对两相流量的变化更敏感。然而，对微滴断裂机制的认知和控制仍然存在一定的局限性。
哪种微滴生成模式满足我的需求？
在微流控微滴生成过程中，根据实验条件的不同，可以观察到多种微滴形成模式：
挤压模式（Squeezing Regime）：在该模式下，微滴呈柱塞状（plug-shaped），占据整个通道的宽度，且长度大于宽度（长宽比>1）。生成的微滴尺寸主要取决于分散相与连续相的流速比。柱塞状微滴的破裂主要由于分散相在主通道内造成的局部压力下降所导致。.
滴落模式（Dripping Regime）：该模式下，生成的微滴呈球形，其尺寸接近通道宽度。此时，粘性剪切力是促使微滴脱离的主要因素。
射流模式（Jetting Regime）：该模式的特征是微滴的生成发生在远离两相交汇处的位置。此模式下，生成的微滴尺寸远小于通道宽度，且微滴生成频率极高。
Drop-Seq 技术在微流控中的应用
DNA 及其表达调控是细胞生命活动的核心。然而，我们对细胞及其多样性的理解仍然有限且不完整。深入研究细胞的发育、功能及繁殖至关重要，尤其是因为基因突变往往是导致多种疾病（如癌症、自身免疫病、糖尿病等）的关键因素。
目前的基因测序和分析方法尚无法全面解析 DNA 的功能及其复杂调控机制。Drop-Seq 和 In-Drop技术利用微流控方法，通过将成千上万个单细胞封装到微滴中，实现高通量并行分析，从而为基因组研究提供强有力的工具。
dPCR 在微流控应用中的最新进展
PCR（聚合酶链式反应） 是分子生物学中广泛应用的技术，能够对已知的 DNA 或 RNA 序列 进行高达 十亿倍 的扩增。
Currently, microfluidics has enabled a new technique which consists of single cell and PCR
目前，微流控技术已催生了一种新的 数字 PCR（dPCR） 方法，该技术通过将单个细胞与 PCR 反应混合液 封装在微滴中进行扩增。微流控系统的高微滴生成频率和低体积反应体系，不仅大幅提高了扩增效率，还能降低试剂消耗成本，从而提升实验的通量和经济性。
Fluigent 微滴生成入门套装
Fluigent 微滴生成套装提供了一种简便高效的微滴生产方法，能够全面控制微滴的尺寸和生成频率。该套装包含所有必要组件，包括压力控制器、微滴芯片和表面活性剂，可快速搭建微滴实验平台。套装包含：
- 压力控制器：Flow EZ
- 流量传感器：Flow Unit
- 微滴生成芯片：EZ-Drop
- 含表面活性剂的连续相：dSURF油
- 管路与储液器套装
复杂乳液生产平台
复杂乳液生产平台 是专门用于微滴及复杂乳液（如双乳液、微胶囊等）生产的系统。
软件包包括以下组件：
- 压力控制器：Flow EZ
- 流量传感器： 流量装置
- 液滴生成芯片：Raydrop
- 超快相机
- 管道和储液器
该平台操作简便，可用于精确控制微滴生成，以适应多种应用需求，包括：
双乳液
壳聚糖微胶囊
PLGA 微胶囊
紫外光聚合微胶囊
相关文献
[1] Jean-Christophe Galas, Denis Bartolo and Vincent Studer, « Active connectors for microfluidic drops on demand », New Journal of Physics, n°11, 075027, 2009
[2] M. C. Jullien, et al., “Droplet breakup in microfluidic Tjunctions at small capillary numbers”, Physics of fluids, n°21, 072001, 2009
[3] Macosko et al, “Highly Parallel Genome-Wide Expression Profiling of Individual Cells Using Nanoliter Droplets, n° ,pp 1202-1214, 2015
[4] L. Yu, M. C. W. Chen, K. C. Cheung, “Droplet-based microfluidic system for multicellular tumor spheroid formation and anticancer drug testing”, Lab Chip, n°10, pp. 2424-2432, 2010
[5] Shembekar et al, « Droplet-based microfluidics in drug discovery » Lab Chip, n°16, pp. 1314-1331, 2016
[6] Ralf Seemann et al, « Droplet based micro?uidics », 2011
[7] Tomasz Glawdela, Caglar Elbuken and Carolyn L. Ren, « Droplet Generation in Microfluidics », 2013
[8] Pingan Zhuab and Liqiu Wang, « Passive and active droplet generation with microfluidics: a review » , Lab Chip, n°17, pp. 34-75, 2017
[9] G F Christopher and S L Anna, « Microfluidic methods for generating continuous droplet streams », 2007
[10] Pingan Zhu · Xin Tang · Liqiu Wang « Droplet generation in co?flow microfluidic channels with vibration », 2016
[11] C. Cramer, P. Fischer, and E. J. Windhab, 2004. “Drop formation in a co–flowing ambient fluid,” Chemical Engineering Science, vol. 59, pp. 3045–3058
[12] Y. Hong and F. Wang, 2007. “Flow rate effect on droplet control in a co-flowing microfluidic device,” Microfluidics and Nanofluidics, vol. 3, pp. 341–346
[13] R. Xiong, M. Bai, and J. Chung, 2007. “Formation of bubbles in a simple co–flowing microchannel,” Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 17, pp. 1002–1011,
[14] Shelley L. Anna, Nathalie Bontoux and Howard A. Stone, « Formation of dispersions using ‘‘?ow focusing’’ in microchannels », 2002
[15] A. M. Ganan-Calvo and J. M. Gordillo “Perfectly monodisperse microbubbling by capillary flow focusing,” Physical Review Letters, vol. 87, p. 274501, , 2001
[16] T. Thorsen, Richard W. Roberts, Frances H. Arnold et S.R. Quake : Dynamic pattern formation in a vesicle-generating microfluidic device. Physical Review Letters, 86(18):4163–4166, 2001
[17] Tomasz Glawdel • Carolyn L. Ren , « Global network design for robust operation of micro?uidic droplet generators with pressure-driven ?ow », 2012
[18] Evandro Piccin, Davide Ferraro, Paolo Sartori , Enrico Chiarello, Matteo Pierno, Giampaolo Mistura, « Generation of water-in-oil and oil-in-water microdroplets in polyester-toner microfluidic devices », 2014
[19] Qiang Liao, Shu-Zhe Li, Rong Chen, Hong Wang, Xun Zhu, Wei Zhang, and Xue-Feng He, « Coalescence with droplets caused acceleration of the liquid movement in microchannels »,2015