核壳结构的双乳液是一种多功能材料，广泛应用于细胞培养、药物输送和材料合成等领域。如果能够构建一个具有精确控制尺寸和特性的液滴库，将极大简化针对特定应用的筛选和优化流程。尽管微流控液滴生成技术能够实现较高的精度，但它通常需要大量的人工操作，且对干扰因素较为敏感，需要操作人员持续进行干预。

鉴于此，宾夕法尼亚大学Daeyeon Lee教授团队与成均馆大学Jinkee Lee教授团队合作，开发了一种基于人工智能的自动化双乳液液滴库生成系统（ADLib）。该系统通过集成卷积神经网络目标检测模型、决策算法和反馈控制算法，实现了双乳液液滴的自动化生成与收集，能够快速响应干扰并稳定生产单核双乳液，大大降低了人工劳动强度，提高了液滴库生成的精度和效率。相关研究以“Artificial Intelligence‐Empowered Automated Double Emulsion Droplet Library Generation”为题目发表于期刊《Small》。

本文要点：

1、本文提出了一种基于人工智能的自动化双乳液液滴库生成系统（ADLib），解决了传统微流控技术依赖人工干预、易受干扰的问题。

2、该系统集成了基于卷积神经网络的目标检测模型、决策与反馈控制算法，并配备了图形用户界面，可实时监测微流控设备（每171毫秒/帧），快速识别液滴生成模式（单核、多核、喷射等），并通过调节流速和压力自动恢复理想生成状态。

3、实验表明，ADLib能自主生成25种单核双乳液液滴，壳层厚度与内核浓度可精准调控，变异系数低于2.3%。

4、系统通过压力反馈控制维持目标液滴尺寸，减少试剂浪费90%，并在26小时实验中成功处理195次异常模式。

5、该平台无需专业操作经验，显著提升了双乳液在药物递送、细胞封装等领域的筛选效率，为高通量材料优化提供了可靠工具。

AI赋能的自动化双乳液液滴库生成系统如何处理意外干扰，确保生成的双乳液始终保持高质量？

1、实时监测与快速响应：该系统通过高频率（每171毫秒）的实时监测，能够快速检测到各类干扰导致的生成模式变化。例如，当检测到非理想模式（如多核滴液或卫星滴液）时，系统会立即触发恢复机制。

2、智能恢复机制：对于常见的故障模式（如内相偏离中间相），系统通过脉冲式增加中间相流速来恢复共轴流动，从而恢复到理想的单核双乳液生成模式。这种恢复机制模拟了人工操作中“轻敲管路”的动作，但更加自动化和精确。

3、反馈控制调整：系统利用反馈控制算法，通过调整外相压力来维持目标尺寸的双乳液滴液。即使在流速比变化或干扰后，系统也能通过持续调整压力，确保生成的双乳液滴液尺寸保持一致。

4、选择性收集与质量控制：系统通过决策算法控制产品选择器，只收集符合目标规格的单核双乳液滴液，将不符合要求的滴液导向废液容器，从而保证最终收集的滴液库的高质量。

该系统如何实现用户自定义的双乳液滴库生成，以满足不同应用场景的需求？

1、用户友好的图形界面（GUI）：系统配备了图形用户界面，用户可以通过该界面输入目标参数，如滴液的外径、壳层厚度、内相溶质浓度等。这使得即使是没有微流控或编程经验的研究人员也能轻松使用该系统。

2、流量矩阵计算：基于用户输入的目标参数，系统会自动计算出内相和中间相的流量矩阵。通过调整这些流量，系统能够生成具有不同壳层厚度和内相溶质浓度的双乳液滴液。

3、灵活的滴液库设计：系统能够生成一个5×5的滴液库，包含25种不同特性的双乳液滴液。这种设计允许用户在一次实验中探索多种参数组合，从而加速针对特定应用的优化过程。

4、适应性强的硬件配置：该系统使用的大部分硬件（如显微镜、高速相机、注射泵等）是微流控实验中常见的设备，且兼容不同品牌和型号的设备。这使得该系统具有较高的可扩展性和适应性，能够满足不同实验室的需求。

图1.自动液滴库生成器（ADLib）。

图2.YOLOv10n目标检测模型的微调和性能评估。

图3.单核双乳液（SCDE）生成恢复过程。

图4.通过调节外相压力对双乳液液滴尺寸进行反馈控制。

图5.生成具有不同溶质浓度和壳厚度的双乳液液滴库。

图6.具有不同浓度和壳厚度的双乳液液滴库。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202412099