【PS微球案例】毛细管液滴微流控芯片制备单分散聚苯乙烯（PS）微球

实验背景

1、实验背景

聚苯乙烯微球广泛用于合成有序材料、生物医学测试、标准计量和色谱柱填料。近年来，单分散聚苯乙烯微球越来越多地出现在微电子领域，例如，作为各向异性导电膜中的导电颗粒。本实验中首先通过玻璃毛细管微流控芯片制备单乳液液滴（水包油型，O/W），然后通过使用 UV 或热固化的方法合成聚苯乙烯微球。

2、材料与仪器

1）实验材料

分散相：20wt%苯乙烯+75wt%二乙烯苯+5wt%光引发剂（4-（二甲基氨基）二苯甲酮1%；或20wt%苯乙烯+75wt%二乙烯苯+5wt%热引发剂（2,2'-偶氮二异丁腈, 99%，重结晶）；

连续相：3.0 wt%PVA水溶液；

收集相：同连续相；

2）实验仪器

芯片：MONO型号毛细管液滴微流控芯片；

液滴微流控工作站：MF-2G

3、操作步骤

1）微液滴的制备

• 将一定量的分散相和连续相溶液分别抽取到10毫升规格的注射器中，并将其固定在液滴微流控工作站的注射泵上。

• 使用特氟龙（PTFE）导管，一端通过鲁尔接头（luer lock）与注射器连接，确保连接牢固无泄漏。另一端通过倒锥接头与微流控芯片（MONO芯片）进液口连接。

• 将特氟龙导管通过倒锥接头与芯片的收集口连接，作为收集管使用，以便收集生成的乳液液滴。

• 取适量的收集相至收集瓶中，并确保收集管的出液端浸没在收集相中，以便乳液液滴能够顺利进入收集相。

• 在工作站上设定分散相和连续相的流速。启动工作站的注射泵，使分散相和连续相在微流控芯片中流动并相遇，形成乳液液滴。通过调整两相的流速，可以精确控制乳液液滴的形成过程。

• 生成的乳液液滴在收集相中收集后，可以进行进一步的分析和应用，如粒径分布的测定、后续固化等

2）微液滴的紫外（UV）固化

将制备的微液滴分配到五个密封的玻璃小瓶中，并分别进行不同时间的紫外光照射处理：0分钟、5分钟、10分钟、20分钟和50分钟。使用的紫外光源波长为365 nm，光强度为3000毫瓦/平方厘米，照射距离保持在1至2厘米。通过光学显微镜追踪此过程如图 2 所示。

3）微液滴的热固化

将生成的微液滴通过收集管路，经过热水浴后被引导到收集相中。对收集相中的微液滴进行持续加热15至20分钟，然后让其自然冷却至室温。通过显微镜观察微液滴的变化，见图3。

4、数据结论

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图1. 在MONO芯片的微通道内液滴的实时生成图像，比例尺为200 μm。

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图2. 不同紫外光照时长情况下、载玻片上微液滴的固化形态。比例尺为100 μm。（a）紫外光照0 min；（b）紫外光照5 min；（c）紫外光照10 min；（d）紫外光照20 min；（e）紫外光照50 min。

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图3. 微液滴在加热前(a）与加热后（b）的形态。比例尺为80 μm。

https://www.dolomite-microfluidics.com/news/polystyrene-particles-synthesis/