魏玉瑤 孫子喬 任昊慧 李雷

摘?要?微液滴在生物、化學(xué)、材料科學(xué)、工程等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛， 液滴的生成方法越來越高效可控。從傳統(tǒng)的制備微液滴的方法， 到微流控芯片方法， 再到近幾年新出現(xiàn)的一些芯片外方法， 微液滴的制備技術(shù)在數(shù)十年間不斷發(fā)展和完善。本文首先簡(jiǎn)要回顧了制備微液滴的幾種典型的傳統(tǒng)方法和微流控芯片方法， 重點(diǎn)介紹了一些近年來發(fā)展的新方法的原理、設(shè)備和應(yīng)用， 對(duì)這些方法的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)， 并對(duì)微液滴技術(shù)的未來發(fā)展提出了展望。

關(guān)鍵詞?微液滴; 液滴微流控; 液滴生成; 評(píng)述

1?引 言

微液滴在生物、化學(xué)、材料科學(xué)、工程等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛， 如目前已經(jīng)商業(yè)化的微滴式數(shù)字PCR系統(tǒng)[1，2]、以微液滴作為微反應(yīng)器對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)和篩選的液滴微流控系統(tǒng)[3，4]以及以液滴為基本單位制備新型環(huán)保無害材料[5，6]等。在Web of Science 網(wǎng)站以“micro droplet”作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索， 可以發(fā)現(xiàn)， 相關(guān)論文發(fā)表數(shù)量在過去20年里持續(xù)增長(zhǎng)， 尤其是在2002年之后， 研究成果量增長(zhǎng)迅速（圖1）。

傳統(tǒng)的微液滴制備方法至今仍在廣泛使用。隨著液滴應(yīng)用范圍的拓展， 人們對(duì)液滴的產(chǎn)生速度、液滴尺寸、液滴生成系統(tǒng)的實(shí)用性等方面提出了更高的要求， 多種能夠快速生成液滴、液滴大小可控、操作簡(jiǎn)便的新方法應(yīng)運(yùn)而生。其中， 微流控芯片是目前生成微液滴的主要工具， 它具有體積小、生成液滴速度快、液滴大小均勻、體系封閉以及單分散性良好等優(yōu)勢(shì)?；谖⒘骺匦酒囊旱纹脚_(tái)在藥物篩選、細(xì)胞研究以及DNA和蛋白質(zhì)等生物大分子的分析檢測(cè)等方面有著廣泛的應(yīng)用[7，8]。

除微流控芯片外， 近年還出現(xiàn)了一些其它類型的液滴制備方法， 如界面打印液滴生成法[9]、利用旋轉(zhuǎn)的毛細(xì)管生成液滴的方法[10]、液滴裂分法[11]等。這些方法避免了專業(yè)的芯片設(shè)計(jì)與加工以及對(duì)專業(yè)操作人員的依賴， 為能夠更加方便快捷地生成微液滴提供了更多的可能。

本文簡(jiǎn)要回顧了制備微液滴的典型的傳統(tǒng)方法和基于微流控芯片的方法， 重點(diǎn)介紹了近幾年提出的新方法， 對(duì)這些方法的原理和特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)， 希望能夠?yàn)檠芯空哌x擇適合的微液滴制備方法提供啟示， 最后對(duì)微液滴技術(shù)的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。

2?液滴生成方法

早期使用的生成液滴方法主要有高速攪拌法[12，13]、逐層組裝技術(shù)[14～16]、膜乳化法[17～19]和界面聚合法[20～23]等， 均可生成微納米尺寸的液滴。高速攪拌法工序少、操作簡(jiǎn)單、成本低; 逐層組裝技術(shù)通用性和可控性強(qiáng)， 可用于構(gòu)建藥物控釋系統(tǒng)， 靈活控制遞藥載體結(jié)構(gòu)[24]; 膜乳化法制備的高分子微球廣泛應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥、化工、電子等領(lǐng)域; 界面聚合法設(shè)備簡(jiǎn)單， 不要求嚴(yán)格的聚合物量比， 主要應(yīng)用于新型材料的制備。這些方法至今仍在其各自適合的領(lǐng)域發(fā)揮作用， 但在液滴穩(wěn)定性、均勻性、單分散性等方面仍存在不足。近年來， 研究者在致力于傳統(tǒng)方法的設(shè)備更新、技術(shù)改進(jìn)的同時(shí)， 也發(fā)展出多種不同原理的新方法。

微流控芯片作為一類制備微液滴的平臺(tái)， 生成的液滴尺寸可控、擴(kuò)散性低、生成速度快、不易交叉污染， 適合進(jìn)行高通量分析[25，26]。根據(jù)是否借助外力驅(qū)動(dòng)， 基于微流控芯片的液滴生成方法一般可分為主動(dòng)法和被動(dòng)法兩類。主動(dòng)法常用方式包括電濕潤(rùn)法（Electro wetting on dielectric， EWOD）[27～31]、氣動(dòng)法（Pneumatic pressure）[32，33]、熱驅(qū)動(dòng)法（Thermal method）[34，35]等， 其原理是借助外力作用在液體兩端產(chǎn)生壓差， 并利用液體在微流道交叉口處的剪切力和表面張力差形成液滴。被動(dòng)法利用流體流動(dòng)的剪切力和界面張力， 通過微管道結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)連續(xù)相和分散相的流速值及比例來生成液滴， 主要包括T型通道法（Tjunction）[36～38]、流動(dòng)聚焦法（Flowfocusing）[39～41]和共軸聚焦法（Coaxial flow）[42～44]等芯片結(jié)構(gòu)形式。其中，T型通道法芯片只有兩個(gè)入口， 是液滴微流控芯片中最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。流動(dòng)聚焦法的十字交叉結(jié)構(gòu)可視為是兩個(gè)T型結(jié)構(gòu)的結(jié)合， 中間通道為連續(xù)相流體， 兩側(cè)通道為分散相流體。主動(dòng)法系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜， 對(duì)芯片加工的要求較高， 增加了實(shí)驗(yàn)的難度及成本， 但主動(dòng)法可根據(jù)需要對(duì)單個(gè)液滴進(jìn)行控制， 在液滴的可操控性方面存在很大優(yōu)勢(shì)。被動(dòng)法系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單， 操作方便， 適合單純需要快速生成大量液滴的情況。除上述的微液滴制備方法外， 近年來涌現(xiàn)出了許多獨(dú)具特色的新方法。本文將重點(diǎn)介紹這些新方法的原理、特征及應(yīng)用。

2.1?一次過程生成多個(gè)液滴的方法

2.1.1?滑動(dòng)芯片?Ismagilov實(shí)驗(yàn)室[45]發(fā)明了一種滑動(dòng)芯片（SlipChip）裝置（圖2A）， 可用于多路情況下的各種生化反應(yīng)，而不依賴于泵和閥門。該裝置由上下兩塊緊密接觸的玻璃板構(gòu)成， 底板上具有微孔陣列及微管道， 頂板上具有與底板相對(duì)應(yīng)的微孔陣列。當(dāng)頂板微孔與底板微管道對(duì)齊時(shí)， 該結(jié)構(gòu)連接成一條連續(xù)的流體通道。實(shí)驗(yàn)時(shí)， 在底板微孔中預(yù)先加入試劑， 蓋上頂板， 形成流體通道， 向通道中注入樣品， 之后滑動(dòng)芯片使兩塊板的微孔對(duì)齊， 液滴混合， 發(fā)生反應(yīng)。SlipChip具有消耗試劑少、 不易交叉污染、 多路反應(yīng)可同時(shí)進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)。已有研究將滑動(dòng)芯片法應(yīng)用于稀有細(xì)胞的篩選和分析， 并提出了微流體的隨機(jī)限制（Microfluidic stochastic confinement）的概念， 該工作將有助于拓展微流體隨機(jī)限制在人類疾病診斷和環(huán)境測(cè)試等領(lǐng)域的應(yīng)用前景[46]。滑動(dòng)芯片法在單細(xì)胞遺傳分析的所有階段亦有廣闊的應(yīng)用前景， 包括細(xì)胞富集和捕獲、單細(xì)胞劃分和操作以及檢測(cè)和分析[47]。通過滑動(dòng)芯片法還能控制液滴形狀和體積， 在一個(gè)液滴中生長(zhǎng)出一個(gè)晶體， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)單晶體的制備[48]。另外， 滑動(dòng)芯片法在生物分析傳感器的亞皮摩爾檢測(cè)極限解決方案方面亦有應(yīng)用[49]。在合成其它難以獲得的新功能材料和結(jié)構(gòu)， 如研究脂質(zhì)和聚合物膜的功能和性質(zhì)， 以及在液液界面上執(zhí)行反應(yīng)等過程研究方面， 滑動(dòng)芯片法也有所進(jìn)展[50]。有研究者研發(fā)出基于滑動(dòng)芯片法的全自動(dòng)、低成本和手持的數(shù)字PCR平臺(tái)[51]， 并有望應(yīng)用于恒溫核酸擴(kuò)增方法等生物監(jiān)測(cè)領(lǐng)域[52]。如將滑動(dòng)芯片法與其它微流體技術(shù)整合， 可進(jìn)行大范圍的重復(fù)樣品生物分析工作[53]， 包括快速識(shí)別血液等復(fù)雜生理基質(zhì)中的病原體[54]、單分子核酸分析[55]。在SlipChip的基礎(chǔ)上， 發(fā)展出了一種新的可拓展性平臺(tái)， 利用溶液的表面張力實(shí)現(xiàn)流體輸送、混合、維持計(jì)量體積以及生物分子捕獲和釋放等[56]。但是， 由于采用了加工成本相對(duì)高的玻璃材質(zhì)制作芯片， SlipChip方法可能導(dǎo)致費(fèi)用增加;

另外， SlipChip方法比較適合進(jìn)行一些特定的生化反應(yīng)， 單獨(dú)作為液滴制備方法使用并不能體現(xiàn)該方法的優(yōu)勢(shì)。

2.1.2?液滴裂分法制備飛升級(jí)液滴?Li等[11]提出了一種制備體積在飛升級(jí)的液滴的方法（圖2B）， 可將液滴分裂成均勻的小體積的微液滴陣列。該方法通過在帶有親水性區(qū)域的疏水性硅板上滑動(dòng)液滴， 實(shí)現(xiàn)pL～fL級(jí)均勻微液滴的可控制備。系統(tǒng)地討論了影響產(chǎn)生的微液滴體積的關(guān)鍵因素， 包括親水性區(qū)域大小、接觸力以及液滴與疏水硅板之間的相對(duì)滑動(dòng)速度。該方法能提供高通量且體積均勻的微液滴， 具有簡(jiǎn)便、高效、低成本的優(yōu)勢(shì)， 適合應(yīng)用于細(xì)胞分析， 特別是生成單細(xì)胞陣列; 此外， 這種方法也被用于構(gòu)建應(yīng)用在微重力環(huán)境下的生物傳感平臺(tái)， 并實(shí)現(xiàn)了對(duì)葡萄糖、鈣和蛋白質(zhì)等典型標(biāo)志物的檢測(cè)[58]。Guo等[59]利用表面潤(rùn)濕性方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)化學(xué)和生物分子的超靈敏檢測(cè)， 有望進(jìn)一步用于分析化學(xué)、分子診斷和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。體積在fL級(jí)別的液滴陣列是光操作、傳感和高通量診斷等技術(shù)中重要的影響因素[60]， 已有液滴體積可調(diào)的二維液滴陣列應(yīng)用于多體積數(shù)字PCR[61]。另一方面， fL級(jí)液滴制備方法能夠在有機(jī)溶劑中實(shí)現(xiàn)小型化和平行的高通量篩選[62]， 并已被用于光子操縱的可調(diào)節(jié)納米透鏡陣列[63]。

2.1.3?基于界面瑞利泰勒不穩(wěn)定性的液滴生成法?Marthelot等[57]從涂料容器的蓋子上粘附涂料的現(xiàn)象受到啟發(fā)， 利用液膜的不穩(wěn)定性生成下墜液滴（圖2C）。作者在一個(gè)圓盤上傾倒一薄層硅膠液膜， 在液膜固化的同時(shí)反轉(zhuǎn)圓盤， 倒置幾分鐘后， 在重力和表面張力的共同作用下， 液體硅膠會(huì)自然形成不規(guī)則的下墜狀液滴陣列。通過使用離心機(jī)還可以在一定范圍內(nèi)改變液滴大小， 旋轉(zhuǎn)的速度越快， 生成的液滴越小。這種方法巧妙地將通常需要克服的界面不穩(wěn)定性這一缺點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N可以大規(guī)模生成微液滴陣列的途徑， 對(duì)環(huán)境和設(shè)備的要求也很低， 在柔性仿生結(jié)構(gòu)制備方面具有應(yīng)用前景。但由于材料需經(jīng)歷由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程， 目前只使用了硅橡膠作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象， 基于其它材料（如蠟、熔融玻璃、金屬等）的結(jié)構(gòu)制備還需要進(jìn)一步研發(fā)。

2.2?一次過程生成一個(gè)液滴的方法類型

2.2.1?順序操作液滴陣列系統(tǒng)?浙江大學(xué)方群課題組[64]提出了順序操作液滴陣列（Sequential operation droplet array， SODA）系統(tǒng)（圖3A）， 可自動(dòng)完成對(duì)超微量（pL～nL）液滴的多步操控。第一代SODA儀器由注射泵、毛細(xì)管探針、承載樣品的芯片和孔板以及一個(gè)可以在xyz方向移動(dòng)的平臺(tái)組成。在此基礎(chǔ)上， 第二代SODA儀器增加了CCD成像系統(tǒng)和探針的自動(dòng)定位程序， 并將注射泵集成到儀器中。SODA系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)液滴的定量、液滴陣列的生成、液滴的定位與移動(dòng)、液滴的分裂（取樣）與融合（加入試劑）等操作， 已被成功應(yīng)用于高通量藥物篩選[65～67]、蛋白質(zhì)結(jié)晶條件的篩選[68，69]、數(shù)字PCR[70]、單細(xì)胞分析[71]、細(xì)胞遷移[72]、細(xì)胞共培養(yǎng)[73]等研究中， 并實(shí)現(xiàn)了與電噴霧質(zhì)譜（ESIMS）[74]、高速毛細(xì)管電泳[75，76]和色譜[77]等系統(tǒng)的分析聯(lián)用。

2.2.2?界面打印液滴生成法?Xu等[9]提出了一種界面打印液滴生成法（Crossinterface emulsification， XiE）， 利用毛細(xì)管連續(xù)輸出水相， 并在油氣界面處高頻振動(dòng)， 以及油氣界面表面張力的周期性切割作用， 可連續(xù)快速生成大量pL～nL級(jí)體積可控的單分散液滴（圖3B）。XiE無需借助微加工技術(shù)， 只需要一臺(tái)注射泵和一臺(tái)控制毛細(xì)管按固定頻率振動(dòng)的電磁振動(dòng)器， 具有低成本的優(yōu)勢(shì)， 適合常規(guī)實(shí)驗(yàn)室及非專業(yè)人士使用。作者使用XiE系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字等溫?cái)U(kuò)增（dLAMP）， 并將其應(yīng)用于H5亞型禽流感病毒的快速定量檢測(cè)[79]。與此類似， 吳必成等[80]設(shè)計(jì)了一種基于超聲振動(dòng)的微液滴生成裝置， 可生成微米級(jí)的微液滴。該裝置利用控制器驅(qū)動(dòng)直線超聲電機(jī)高精度移動(dòng)， 通過滑臺(tái)推動(dòng)注射器， 在噴嘴尖端生成微液滴， 之后利用壓電振子和噴嘴的振動(dòng)， 使附著在尖端的液滴克服黏性力脫離尖端并落在一定范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)以蒸餾水為對(duì)象， 通過該裝置成功生成了半徑小于40 μm的液滴。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 可將液滴生成至特定區(qū)域內(nèi)， 應(yīng)用于多種液體微米級(jí)液滴的生成。

2.2.3?利用旋轉(zhuǎn)的毛細(xì)管生成液滴的方法?Chen等[10]提出了一種利用旋轉(zhuǎn)的毛細(xì)管生成液滴的方法（Spinning micropipette liquid emulsion， SiMPLE）， 可生成1 pL～100 nL的油包水液滴。裝置由伺服電機(jī)、偏心輪、負(fù)載平臺(tái)、注射泵、毛細(xì)管和離心管等部件構(gòu)成（圖3C）。毛細(xì)管管口經(jīng)過疏水處理， 浸入已預(yù)裝在離心管中的油相液面以下， 注射泵驅(qū)動(dòng)毛細(xì)管中的水相進(jìn)入油相， 控制毛細(xì)管轉(zhuǎn)動(dòng)， 利用相界面的阻力和剪切力產(chǎn)生液滴。液滴產(chǎn)生和收集在離心管中， 能夠避免樣品的污染和損失， 有利于進(jìn)行單細(xì)胞分析。通過采用由多根毛細(xì)管構(gòu)成的陣列， 能夠?qū)崿F(xiàn)高速和高通量的液滴生成。使用這種方法實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞的全基因組擴(kuò)增 （Emulsion whole genome amplification， eWGA）。在此基礎(chǔ)上， 他們還發(fā)展了基于慣性力的液滴生成方式[81]， 利用離心機(jī)作為慣性力的產(chǎn)生裝置， 水在慣性力的作用下通過微通道產(chǎn)生微液滴， 被離心管收集。這種方法具有樣品無殘留、生成的液滴大小均勻、高速和高通量等優(yōu)勢(shì)， 而且能夠?qū)崿F(xiàn)在低溫下產(chǎn)生液滴。他們用產(chǎn)生的液滴進(jìn)行了數(shù)字PCR測(cè)試， 并與商業(yè)化的儀器進(jìn)行比較， 證明了這種方法的有效性和便捷性。Tang等[82]利用與SiMPLE類似的原理和裝置， 使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓錐臺(tái)， 通過外加電場(chǎng)控制液滴大小， 實(shí)現(xiàn)了液態(tài)金屬微液滴、固體水凝膠顆粒和纖維以及液態(tài)金屬核水凝膠殼微液滴的制備。

2.2.4?超疏水吸液器對(duì)微小液滴的可控制備?Guo等[78]利用超疏水網(wǎng)與氣體負(fù)壓系統(tǒng)， 制備了一種可對(duì)液滴進(jìn)行快速操控的超疏水“吸液器”（圖3D）。常規(guī)狀態(tài)下， 液滴難于粘附在超疏水表面而可在其表面上自由滾動(dòng)。當(dāng)在超疏水網(wǎng)的另一側(cè)施加一個(gè)可控的負(fù)壓時(shí)， 由于內(nèi)外壓差作用， 液滴將被緊緊地吸附在超疏水網(wǎng)上。該裝置有一彈性開關(guān)設(shè)計(jì)， 用于控制負(fù)壓的通斷， 進(jìn)而控制液滴的捕獲和釋放。負(fù)壓的施加實(shí)現(xiàn)了超疏水表面對(duì)液滴的粘附力的高度可控， 從而實(shí)現(xiàn)了微小液滴的制備和操縱。利用該超疏水吸液器， 課題組精確地制備了一系列體積在0.1～3.0 μL范圍內(nèi)的微小液滴， 并通過彈性開關(guān)實(shí)現(xiàn)了對(duì)簡(jiǎn)單液滴反應(yīng)的快速操控。超疏水吸液器可作為典型的以微液滴為基礎(chǔ)的反應(yīng)和操控的基礎(chǔ)裝置， 這為解決微小液滴制備及操控的難題提供了新方式， 并且滿足了液滴微反應(yīng)器、微流體和液體輸送領(lǐng)域的廣泛需求。

2.2.5?手持式數(shù)字移液器打印納米級(jí)液滴?Mao等[83]提出了利用手持式數(shù)字移液器（圖4A）的一種液滴生成方法， 該方法在傳統(tǒng)的手持式吸液管基礎(chǔ)上， 加裝了一次性微流控芯片， 形成手持式的數(shù)字移液器。移液器操作時(shí)由可編程的電磁致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)， 通過一個(gè)小型打印裝置對(duì)裝有液體的微流控芯片進(jìn)行敲擊， 使之生成液滴。與一般基于微流控芯片的液滴生成方法不同， 該方法可任意選擇液滴打印位置， 并根據(jù)需要定量生成液滴。新型移液器兼具傳統(tǒng)移液器技術(shù)與微流控打印技術(shù)的特點(diǎn)， 可用于nL級(jí)液滴的可控生成， 并可以對(duì)單個(gè)液滴進(jìn)行吸取與分配等精準(zhǔn)操作。該裝置具有高分辨率、高精度、低操控誤差、手持方便易用等優(yōu)勢(shì)， 可廣泛用于各種高精度液體操控實(shí)驗(yàn)， 大大節(jié)省試劑用量， 且避免了誤差積累。

2.2.6?聲波打印法?基于液滴的打印方法廣泛應(yīng)用于生物微陣列和增材制造等領(lǐng)域， 然而， 常見的噴墨或電控液壓式印刷技術(shù)分別只適用于低粘度或特定電磁性能的材料。 Foresti等[84]發(fā)明了一種新型聲波打印技術(shù)（圖4B）， 可對(duì)各種軟材料（包括粘度跨度超過4個(gè)數(shù)量級(jí)（0.5～25000 mPa·s）的牛頓流體和屈服應(yīng)力流體（τ0>50 Pa））進(jìn)行按需滴印。該聲波打印液滴制備方法的核心是利用亞波長(zhǎng)法布里珀羅諧振器的聲學(xué)特性， 產(chǎn)生精確并高度局部化的聲場(chǎng)的力， 聲場(chǎng)的力可超過重力兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在該力的作用下， 液體將被以10?6～10?9 L的微小體積噴射出來， 通過控制聲場(chǎng)的力的大小即可實(shí)現(xiàn)對(duì)液滴大小的精確控制。聲波打印技術(shù)突破了以往噴墨式打印的材料限制， 適用于高粘度的蜂蜜、液態(tài)金屬、光學(xué)樹脂、生物基質(zhì)等更廣泛的材料類型。這項(xiàng)技術(shù)未來可應(yīng)用于生物制藥、食品制造、化妝品生產(chǎn)等領(lǐng)域， 在光學(xué)材料和導(dǎo)電材料的制備方面也具有很大潛力。

2.2.7?高頻超聲波微液滴制備技術(shù)?He等[85]成功研發(fā)了一種“高頻超聲波微液滴制備技術(shù)”（圖4C）。利用超高頻聲諧振器在固液界面上產(chǎn)生高度局部化且強(qiáng)大的作用力， 推動(dòng)液體產(chǎn)生穩(wěn)定而尖銳的液針， 并通過瞬時(shí)接觸進(jìn)一步將液滴輸送到目標(biāo)基板表面。這種方法介于接觸法和非接觸法之間， 因此避免了傳統(tǒng)方法的一些問題（如噴嘴堵塞或衛(wèi)星點(diǎn)）。該方法可通過改變目標(biāo)襯底的疏水性、諧振器尺寸、射頻信號(hào)強(qiáng)度及射頻信號(hào)持續(xù)時(shí)間來控制生成液滴的尺寸， 一般可生成的液滴直徑在10?6 ～10?4 m， 體積可控制范圍在10?12～10?9 L之間。利用高頻超聲波微液滴制備技術(shù)能夠在玻璃和柔性基質(zhì)上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的DNA和蛋白質(zhì)微陣列制備。并且由于光斑的大小可以精確地控制在10?6 m（體積上為10?12 L）， 且與金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）的兼容性互補(bǔ)， 此技術(shù)容易應(yīng)用于生物芯片的制作， 適用于無機(jī)、有機(jī)、生物油墨等各種不同的材料。此外， 在其它基于液滴的應(yīng)用方面也具有很大潛力。

2.3?近年來發(fā)展的新方法

表1列出了近年來最新提出的制備液滴方法的基本原理、生成液滴大小和生成頻率等信息。通過對(duì)新方法的介紹及表1的總結(jié)內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)， 雖然這些方法在實(shí)現(xiàn)形式上多種多樣， 一些方法卻遵循著相似的原理。這些方法按照液滴的生成機(jī)理或受力形式可分成以下類別：滑動(dòng)芯片法利用兩塊芯片滑動(dòng)所產(chǎn)生的剪切力將連續(xù)流體剪切成液滴; 基于界面瑞利泰勒不穩(wěn)定性的液滴生成法利用離心作用下界面的不穩(wěn)定性生成下墜狀液滴， SiMPLE法利用離心力克服表面張力生成微小液滴; 借助具有超親水/超疏水特性的材料， 液滴裂分法和超疏水“吸液器”法將大液滴裂分為微小液滴; 高頻超聲波制備液滴法使聲場(chǎng)作用力產(chǎn)生的穩(wěn)定液體尖峰與襯底接觸， 吸附到襯底上生成液滴; XiE法、數(shù)字移液器打印法和聲波打印法均基于振動(dòng)的作用， 分別利用電磁振動(dòng)器引起的振動(dòng)、電磁致動(dòng)器敲擊及聲波力作用使液滴分離; SODA法利用可編程的“抽吸沉淀移動(dòng)”方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)10?12 L級(jí)液滴的自動(dòng)化操控。

3?液滴生成方法發(fā)展趨勢(shì)及展望

從液滴制備技術(shù)的發(fā)展歷程看， 微液滴的生成方法經(jīng)歷了傳統(tǒng)方法、微流控芯片方法和近年來出現(xiàn)的芯片外新方法， 即從無芯片到芯片再到脫離芯片的過程（如圖5所示）。本文所述的液滴制備方法各有特點(diǎn)及各自適用的領(lǐng)域， 且其實(shí)驗(yàn)設(shè)備、操作技術(shù)、應(yīng)用范圍隨著社會(huì)需求和科技的進(jìn)步不斷發(fā)展。在此過程中， 各類方法相互借鑒， 互為補(bǔ)充， 為推動(dòng)研究的深入發(fā)展提供了更多可能。

近年來出現(xiàn)的制備液滴的新型片外方法兼具傳統(tǒng)方法及微流控芯片方法的一些特點(diǎn)， 在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)， 在節(jié)省試劑、降低成本、高通量生成液滴、精確控制液滴等方面具有很大優(yōu)勢(shì)， 能夠更好地滿足液滴制備的需求。新方法中， SODA引入編程系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化液滴生成與操控。超疏水“吸液器”方法與傳統(tǒng)方法中的膜乳化法均是通過施加壓力使液體透過某種特殊材料制成的薄膜來形成液滴。超疏水“吸液器”方法使用的超疏水網(wǎng)可在實(shí)驗(yàn)室自制， 方法簡(jiǎn)單易行。該方法還可實(shí)現(xiàn)液滴在疏水板上的均勻分散和選擇性捕獲等快速精確的液滴操控。手持?jǐn)?shù)字移液器將微流控芯片與傳統(tǒng)移液器結(jié)合， 設(shè)備簡(jiǎn)單， 可單手操作， 并且能夠?qū)蝹€(gè)液滴進(jìn)行精確操控， 故大大節(jié)省試劑用量并減小誤差。此外， 聲波打印技術(shù)則突破了噴墨打印技術(shù)對(duì)液滴生成材料的限制， 大大拓寬了液滴應(yīng)用領(lǐng)域。

基于芯片的液滴制備方法以體積小、試劑耗量少、生成液滴速度快且大小均一等突破性的優(yōu)勢(shì)奠定了其在生物、化學(xué)、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)。但是， 微流控芯片方法在流體的控制、液滴運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化、液滴產(chǎn)生通量、控制的靈活性等方面仍然面臨著許多挑戰(zhàn)[86]。此類技術(shù)對(duì)芯片的設(shè)計(jì)和加工、芯片系統(tǒng)外圍設(shè)備、專業(yè)人士的操作具有很強(qiáng)的依賴性。脫離芯片的新技術(shù)、新方法將以往的液滴生成方法與界面作用、打印技術(shù)、材料特性等結(jié)合生成液滴， 可在一定程度上解決上述問題。

目前， 研究者仍在努力發(fā)展各種微液滴生成方法。未來微液滴的生成方法將是多種不同領(lǐng)域交叉作用的結(jié)果， 適用范圍不斷擴(kuò)大。在各領(lǐng)域研究者的共同努力下， 可望出現(xiàn)更多簡(jiǎn)便快捷、可控、精細(xì)的方法， 滿足更為廣泛的應(yīng)用需求。

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