روش جابجايي حلال براي توليد قطره در سامانه ريزسيالي

Solvent Shifting Approach for Droplet Generation in a Microfluidic Device

در اين مقاله يك روش جديد توليد قطره در سامانه ريزسيالي از طريق سازوكار «جابجايي حلال» ، برمبناي يك تحقيق تجربي ارايه مي-شود. به اين منظور از يك سامانه با ساختار سه بعدي هم جريان متشكل از يك جريان مياني (جت) و يك جريان بيروني استفاده مي-شود. محلولي از اتانول و روغن به صورت جت جريان دارد كه با جريان آب احاطه شده است. انتقال جرم به صورت پخش ملكولي در راستاي شعاعي سبب ايجاد حالت اشباع و در ادامه، موجب جدايش فاز به صورت تشكيل نانوقطرات مي شود. به دليل وجود اختلاف غلظت در راستاي شعاعي كانال، نانوقطرات تحت تاثير جابجايي مارانگوني به سمت مركز كانال حركت مي كنند و در آنجا تجمع مي-كنند. در صورتيكه غلظت روغن به قدر كافي زياد باشد تعداد نانوقطرات توليد شده و جمع شده در مركز كانال به قدري افزايش مي يابد كه با هم برخورد كرده و قطراتي با قطر بالاي 10 ميكرومتر تشكيل مي شوند. چنانچه غلظت روغن در محلول 10% باشد، قطرات توليد شده قطر متوسط بين 10 تا 30 ميكرومتر خواهند داشت. اندازه ميكروقطرات با افزايش دبي جت افزايش مي يابد.

A novel approach for microfluidic droplet generation via “solvent shifting” is presented in this paper based on an experimental investigation. In a 3D co-flow configuration with a jet of ethanol/oil mixture surrounded by water flow, the lateral diffusion leads to supersaturation followed by a phase separation and consequently formation of oil nanodroplets. Due to the solutal Marangoni effect the nanodroplets migrate inward and they get collected at the channel centerline. For high concentrations of the oil the density of the nanodroplets is so high that they can merge and produce microdroplets. If the mixture contains 10% oil, the average diameter of the produced microdroplets is within the range 10-30 µm for various jet flow rates. The size of microdroplets increases with the flow rate of the jet. Overall, for the first time we show that it is practical to generate microdroplets of different sizes by solvent shifting approach in a microfluidic setup.