液滴&粒子生成

The science of flow control for emulsion and particle production

An emulsion is a heterogeneous system consisting of at least one immiscible liquid dispersed in another in the form of droplets. Salad dressings are common examples of emulsions. Droplet production using microfluidic systems was implemented for applications where monodispersity is of high importance as compared to batch methods. Within micrometer-sized channels, one droplet at a time is generated, allowing for the production of volumes of monodisperse droplets. With this level of control, applications that would not have been possible have emerged, such as digital PCR and single-cell encapsulation within droplets. It is also an excellent method for applications that use expensive API (Active Pharmaceutical Ingredient), as it produces less waste.

Main benefits

High monodispersity
High control
High encapsulation efficiency
Avoid loss of expensive reagents

主要应用领域

药物输送

近年来，可生物降解的微胶囊/微粒子在输送生物活性剂上得到广泛重视。聚合物基微胶囊/微粒子是最成功的新药物输送系统之一。它们可用于各种领域，如长期释药系统、疫苗佐剂和组织工程。与批量乳化法相反，基于液滴的微流控技术允许高度单分散的液滴和微胶囊/微粒子产生，并提供“在线”连续液滴生产过程。

配方

将化妆品和食品中的香精或香料等活性成分进行封装是这些领域的关键步骤。封装中最重要的挑战之一是防止封装物质的泄漏。随着封装这些化合物的实现，人们能够控制化合物的释放，并改善药代动力学。

下一代测序（NGS）

将单细胞封装在液滴内可以提高NGS效率。结合NGS技术，在单细胞水平使用液滴系统研究细胞，可以对大量的细胞进行mRNA测序。这项技术的优势在于，在测序过程中，人们可以在细胞与细胞之间分辨出原始信息的来源。基于此，人们可以制作细胞的基因表达图，甚至可以区分一个组织内的细胞群。

药物发现

体外细胞培养是生物生产系统和生物技术研究的一个基本组成部分。在自然环境外培养细胞的能力带来了许多可能性，例如生产大量的酶、细胞毒性研究和药物发现等。

液滴微流控技术可以将单个或多个细胞封装成容积为pL的微小液滴，其生成速率约为每秒1000次。

诊断学

诊断研究中的一个关键测量挑战是识别核酸序列的微小变化，这些变化通常与遗传疾病（如唐氏综合症）和许多癌症有关。尽管数字PCR (dPCR) 可作为标准PCR在样本中执行单个反应，但由于样本被分成多个分区，其中反应是在各个分区中单独发生的。这是一种很好的样本分离解决方案，而利用液滴微流控的dPCR技术通常又称为液滴数字PCR（ddPCR）。