Small:微流控内的多相流调控:界面基础,制备机理与功能应用

自20世纪90年代以来,微流控技术作为一种在微米到百微米尺度内操纵微流体的技术,为化学分析、化学品合成和多功能材料制备提供了一种选择性的方案。由于其具有宏观尺度方法所不具有的可控性、稳定性和高传热传质效率,越来越多的微流控设备被应用于多乳液制备,精细化学品连续合成,多功能材料制备和生物检测等领域。得益于微加工技术的发展和逐步商业化,微流控技术也逐渐从实验室走向商业化阶段,根据其结构设计、操作体系和应用领域的不同,衍生出更加精细而复杂的研究分支。对于不同研究背景的研究人员来说,快速熟悉微流控技术的体系框架并在前人的基础上提出新的研究方向,成为在微流控领域内取得新进展的重要方式。

清华大学化学工程系的徐建鸿教授课题组整理了近10年来微流控内多相流调控的研究进展,从结构加工方法、流体体系选择以及微乳液和多功能材料应用三个层面撰写了一篇关于微流控内多相流调控的研究综述。文章发表在微纳领域的顶级期刊Small(DOI:10.1002/smll.201906357)上。

在研究综述中,作者梳理了微流控设备的发展,对比了减材制造(如微铣削和微火花电蚀)、增材制造(3D打印)和光刻法等不同加工手段制备微通道的优势与缺点,系统整理了微流控设备内气-液,液-液,气-液-液和液-液-液等多相流体系调控手段,微乳液的生长与流动机理及所涉及到的无因次准数与主要作用力,并对微流控技术发展至今所面临的挑战与未来的研究方向进行分析与预测。综合来讲,微流控技术由于其精确性与系统普适性,可以适用于多种流相、多种材料以及面向多种应用的研究工作。在微流控技术应用日臻完善的阶段,与微电子机械技术(MEMS)和人工智能技术(AI)的结合也为微流控的应用打开了新的大门。在从实验室研究到商业化的过程中,微流控技术还需要做到提升鲁棒性、流动通量、生物相容性和经济效益等方面;在基础研究层面,亚微米级乃至纳米级通道内的流动和传质特性还有待进一步深入揭示。