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3D打印微尺度結(jié)晶器用于微液滴蒸發(fā)結(jié)晶機理研究取得新進展

液滴蒸發(fā)結(jié)晶由于溶液體系用量少，可批量實施等特點廣泛用于生物、醫(yī)藥大分子晶體制備和過程機理研究。高效的微液滴蒸發(fā)結(jié)晶研究平臺設(shè)計開發(fā)，是該領(lǐng)域的重要研究方向。

近日，大連理工大學(xué)姜曉濱教授提出利用3D打印技術(shù)制備具有規(guī)則結(jié)構(gòu)的微液滴蒸發(fā)結(jié)晶器，通過規(guī)則的突起、凹陷微米級結(jié)構(gòu)界面靈活調(diào)控的微尺度液滴接觸角，探究微液滴蒸發(fā)結(jié)晶中內(nèi)部傳質(zhì)過程及晶體分布規(guī)律。研究團隊利用DLP白光掃描3D打印機設(shè)計制備了具有微米級表面結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶器；以該結(jié)晶器為核心組件構(gòu)建的微液滴蒸發(fā)結(jié)晶研究平臺，集成了滴加控制模塊、在線觀測模塊、流道專用反洗模塊和蒸發(fā)條件控制模塊，可實現(xiàn)恒溫恒濕條件下不同微液滴的精準(zhǔn)滴加，液滴體積、蒸發(fā)條件精確控制、實時觀測和平臺重復(fù)利用（圖1）。

圖1：（A）3D打印加工的微結(jié)晶器（B）以微結(jié)晶器為核心的液滴滴加系統(tǒng)。

該結(jié)晶器由于滴加液滴重復(fù)性高、形貌及位置多樣性可調(diào)，有效了構(gòu)建不同成核能壘的微液滴蒸發(fā)三相界面；實驗中，選擇NaCl、KCl、CuCl₂等典型無機鹽溶液體系，探究限域微液滴空間內(nèi)對晶體生長及分布規(guī)律，解釋了非典型“咖啡環(huán)”、“枝狀”晶體和無定形顆粒團聚等液滴結(jié)晶形態(tài)的形成機制（圖2）。相比于傳統(tǒng)平面結(jié)晶器，3D打印的微液滴結(jié)晶器具規(guī)則界面多樣，可控性強，成核調(diào)控區(qū)間寬、可批量開展高通量實驗等諸多優(yōu)勢，為進一步設(shè)計高效的微液滴蒸發(fā)結(jié)晶研究和生產(chǎn)平臺開拓新的思路。

圖2：不同濃度條件下晶體“咖啡環(huán)”形成（A：3D打印微尺度結(jié)晶器；B：傳統(tǒng)結(jié)晶平臺）及微液滴內(nèi)環(huán)流影響機理分析（C）。

以上研究成果在微流控領(lǐng)域重要期刊Lab on a Chip上以內(nèi)封底論文發(fā)表（圖3，Lab Chip, 2019, 19, 767-777）。第一作者為研究生韓明光，姜曉濱教授為通訊作者。該研究工作得到了國家重大科研儀器研制項目、國家自然科學(xué)基金面上項目（21527812，21676043）、科技部重點領(lǐng)域創(chuàng)新團隊和大連理工大學(xué)“星海優(yōu)青”計劃支持。

圖3 論文內(nèi)封底圖

論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2019/lc/c8lc01319e

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