4种液滴微流控芯片评测！哪款最适合你？

临床医师

本人博士主攻的液滴微流控方向，因为报废太多PDMS芯片，也实在不想再粘板子、磨管子，所以决定好好调研一次，整个过程花费挺长时间对比，但经过调研真的发现了好东西。向大家分享一下我的调研经验以及各种微流控芯片的使用对比，希望给大家当作参考。
其实，研究液滴微流控周围的人做板式PDMS芯片居多，它是常用的微流控芯片材料。我们实验室之前用的是汶灏的PDMS芯片，他家算是做液滴微流控的老牌子。这次调研我又网购了另外一种板式PDMS芯片，2种PDMS芯片不同在于通道的尺寸有差异。
在调研过程中，我无意中在b站刷到了一个永康乐业的微流控视频，被他家新出的共轴亚克力芯片和共轴玻璃芯片所吸引。经过多次跟他家技术沟通和调研，虽然他家价格较高，我还是说服导师大手笔买下2个共轴微流控芯片。
下面我从芯片外观结构、制备微液滴的效果、操作、价格来跟大家对比一下这四种芯片：


一、芯片外观、结构对比




4种芯片外观和结构

不用说，永康乐业的毛细管3D共轴芯片外观确实漂亮，是有些设计美学在身上的。很难想象在玻璃上打孔有多难，并且六面体结构设计如此精妙是怎么做到的。
二、制备微液滴的效果对比

我对每种芯片制备微液滴的效果进行了对比。在水包油（O/W）和油包水（W/O）2种体系下，我分别使用4种芯片制备微液滴。大致的实验情况见下表：
4种芯片在水包油体系（O/W）的实验结果对比：




水包油体系（O/W）





3D共轴芯片-DUAL内两种水包油（O/W）型液滴的生成现象（外相：水+Tween 20）



3D共轴芯片-DUAL内两种水包油（O/W）型液滴的生成现象（外相：水+PVA）

4种芯片在油包水体系（W/O）的实验结果对比：




油包水体系（W/O）



PDMS芯片制备油包水型微液滴的情况对比（外相：硅油）



网购PDMS芯片制备油包水型微液滴的情况对比(外相：硅油)



网购PDMS芯片制备油包水型微液滴的情况对比(外相：石蜡油)



3D共轴芯片-DUAL内两种油包水（W/O）型液滴的生成现象(外相：硅油)



3D共轴芯片-DUAL内两种油包水（W/O）型液滴的生成现象(外相：石蜡油)

从制备微球的实验中，我看到的现象是：
制备水包油型O/W液滴：
两款PDMS芯片都未能剪切成球。其外水相分成上下两股流，中间夹着油相会一起流出。
永康乐业的两款3D共轴芯片可以很容易制备出微球，能够稳定高效地输出，并且获得的微球大小均匀、单分散性良好。另外，由于共轴芯片的内部由毛细管组装的三维微通道结构，所以我认为它比PDMS材质更容易制备O／Ｗ型微液滴。
制备油包水型W/O液滴：
使用四种微流控芯片基本都能制备成微球，只是两种PDMS芯片需要流速比较大时才能剪切成球。
3D共轴芯片很容易制备出微球，通过流速来控制微液滴的尺寸也很灵敏。
三、操作对比

我想这个是非常关键的，直接影响实验人员的操作体验和实验的成功率。
两种PDMS芯片采用钢针插入式连接液管，没有相配套的夹具，也不能在芯片上设置加工螺纹孔，简单的直插直拔方式，就会导致漏液、密封性不好。另外，当流速过大时，接口处很容易出现漏液情况，甚至崩开。


相比之下，3D共轴微流控芯片在使用方面，降低了复杂性，所有进液、收集口可配合标准接头和导管使用，操作方便，且流体注入可靠无泄漏。同时其芯片透光性好，与光学显微平台联用，方便实验观测。
四、对比总结
PDMS芯片价格一般相对便宜，我调研的2个PDMS芯片都在千元以内。但PDMS芯片易受试剂污染，不易清洗，采用的是钢针插入式连接液管，频繁拔插钢针易造成芯片漏液损坏，重复利用率低，常作为一次性芯片使用，使用寿命较短。由于本次测试中，没有成功得到微液滴，因此，我个人不会再去使用。
玻璃共轴芯片价格最高，大约2-3万。他们家的玻璃共轴芯片有2种，一种MONO型，只能做单乳液，我买的是另一种DUAL型，单双乳液都能做，当时我也是看重它这个优势，不过双乳液我还没试过，等后期给大家测试一下做双乳液的效果。另外，玻璃共轴芯片的耐用度很高，可拆卸清洗重复使用，使用寿命长，即使芯片内的毛细管损坏也能随时更换，毛细管的成本很低甚至可以忽略。玻璃共轴芯片虽然成本较高，但是精度高，可玩的变化也多，适合那些对于创新有执着追求的同学。
亚克力共轴芯片价格在2000元左右。亚克力芯片的核心也是一根玻璃毛细管，制备微球、液滴、o/w或w/o乳液都能胜任。只是外壳采用亚克力（化学名PMMA）材质，所以当连续相为有机溶剂时，需要提前确认是否会腐蚀PMMA。在一般溶液体系下，其使用效果和寿命几乎可以与全玻璃芯片相比，因此是一种很具性价比的方案，尤其适合我这样的新手，或者固定体系下的长期使用。
大家根据实际情况，选择最适合的芯片！
后续我还会有更多的实验结果跟大家分享，希望大家多多关注我。
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