导读：

近期，四川大学汪伟教授、潘大伟副教授等人联合上海交通大学邓楠楠副教授团队，提出了一种全新的“润湿诱导界面不稳定性（WIII）”乳化机制，该机制无需复杂微通道与精密设备，通过气液界面的润湿作用即可高效生成单分散微液滴，且对流体物理性质和流速变化具有优异稳健性，能处理高粘度非牛顿流体并轻松实现规模化生产。相关研究以“Wetting-induced interfacial instability: A mechanism for droplet emission at air-liquid interfaces”为题，发表于期刊《Science Advances》。

本文要点：

1、本文提出一种新型乳化机制——润湿诱导界面不稳定性（WIII），用于在空气-液体界面高效制备单分散微液滴。

2、当悬挂于空气中的液滴与不相溶的连续相接触时，界面润湿诱发失稳，促使液滴快速断裂进入连续相。

3、该方法仅需简单喷嘴置于界面上方，无需复杂微流控通道，且液滴尺寸主要由喷嘴至界面距离决定，与流体流量、粘度等物性参数无关。

4、WIII机制表现出优异鲁棒性，可适用于高粘度非牛顿流体，并能轻松扩展至多喷嘴并行生产，为工业级微液滴制备及复杂微颗粒合成提供了更简便、可靠的解决方案。

图1. 润湿诱导界面不稳定性及其用于液滴生成的优势。（A）润湿诱导界面不稳定性在气液界面生成液滴的过程示意图；（B）该方法的优势与特性：生成液滴的直径（D）仅与喷嘴末端到气液界面的距离（H）相关，与所用流体的流速（Q）和粘度（μ）无关；（C）液滴生产易于规模化的示意图。

图2. 气液界面处润湿诱导的液滴生成。（A）微流控装置示意图；（B-D）分别为在空气中（B）、气液界面处（C）、液体中（D）生成液滴的示意图（上）、高速光学快照（中）和光学显微图像（下），比例尺均为500μm；（E）在分散相流速（Qd）=2mL/小时条件下，距离（H）对液滴直径（D）的影响；（F）在Qd=8mL/小时条件下，气液界面处、空气中、液体中生成油包水（W/O）乳液的生产频率（f）对比；（G）油包水乳液的流型图：奶油色区域（含青色三角形、绿色菱形、粉色圆形）为气液界面处通过润湿诱导界面不稳定性（WIII）生成液滴的区域，白色区域（含白色正方形）为空气中（上方）和液体中（下方）通过重力驱动机制生成液滴的区域，虚线区域代表通过WIII以滴落模式生成液滴的区域。

图3. 润湿诱导界面不稳定性（WIII）的作用机制。（A-D）通过WIII生成液滴的过程示意图，含气-油-水三相接触点的受力分析（B）及液滴整体受力分析（C）；（E）通过WIII生成油包水乳液液滴的高速光学快照，比例尺为1mm（注：此处使用更大口径的喷嘴以更好地观察WIII的作用过程）；（F）各角度（α、β、θ、φ）随时间的变化；（G-H）三相接触点处（G）及液滴整体（H）在垂直方向上的分力与合力随时间的变化。

图4. 润湿诱导界面不稳定性（WIII）用于液滴生产的稳健性与灵活性。（A）在Qd=4mL/小时、不同H条件下生成的油包水乳液光学显微图像，比例尺为300μm；（B）不同Qd条件下，H对液滴直径（D）的影响；（C）在Qd=4mL/小时、不同H条件下，喷嘴外径（Do）对液滴直径（D）的影响；（D）不同H条件下，Qd对液滴生成频率（f）的影响；（E）油包水乳液液滴直径（D）的实验值与预测值对比。

图5. 润湿诱导界面不稳定性（WIII）用于液滴生产的广泛适用性。（A-E）不同体系界面现象的高速快照，比例尺均为200μm；（F-G）在Qd=0.5mL/小时、H=450μm条件下，分散相粘度（μd）对乳液液滴直径（D）的影响（F，比例尺为200μm）及液滴尺寸分布（G）；（H）海藻酸钠（SA）溶液的粘度随剪切速率的变化，以及在Qd=0.05mL/小时、H=500μm条件下生成的海藻酸钠液滴光学显微图像（插图），比例尺为200μm。

图6. 润湿诱导界面不稳定性（WIII）的规模化应用与拓展应用。（A）含16个喷嘴的微流控装置示意图与实物图，比例尺为1cm；（B）液滴大规模生产的高速快照，比例尺为1mm；（C）通过WIII在Qd=0.2mL/小时、H=350μm条件下制备均一海藻酸钙微球的示意图与光学显微图像；（D）采用双内通道注射管通过WIII制备Janus海藻酸钙微球的示意图与荧光显微图像；（E-G）通过WIII生成双乳液的示意图与高速光学快照（E），以及核壳型（F）、多室型（G）海藻酸钙微球的光学显微图像，比例尺均为300μm。

论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.ads1065

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