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宏虹分享｜微流控液滴生成系統完整指南：實驗操作流程、液滴參數優化與常見問題解析（下）
前言
上篇文章中，我們已為您介紹微流控液滴生成的核心原理與系統組成。本篇將進一步聚焦於實務應用層面，分享更具操作性的標準化實驗流程，並同步整理常見問題排除方法與參數優化建議，協助研究人員快速建立穩定且可重現的液滴生成流程。
本方案結合宏虹 Elveflow 微流控液滴生成套件與 Microfluidic ChipShop 微流控晶片，即使不具備微流控領域的專業背景，也能透過標準化操作流程完成系統建置與實驗導入。
透過精準的壓力／流量控制與完整的參數調整機制，可穩定實現油包水（W/O）單分散液滴的生成、尺寸控制與條件優化，並可廣泛應用於生物醫學、材料合成、高通量篩選等多元研究情境。
01 宏虹 Elveflow 微流控系統
標準化實驗流程
本流程完整遵循 Elveflow 官方操作規範，依序涵蓋實驗前準備、系統建置與校正、液滴生成與控制，以及實驗後清潔四大步驟。整體操作簡單，適合作為微流控液滴生成實驗的標準流程參考。
實驗前準備
軟體安裝
於電腦安裝 Elveflow ESI 控制軟體，並參考官方教學完成基礎設定，同時下載各設備使用者指南備用。
試劑配置
水相（分散相）可使用超純水或實驗用緩衝液，建議先以 0.22 μm 濾膜過濾，避免顆粒阻塞晶片。 油相（連續相）可直接使用套件配置的 FluoSurf 2% in HFE-7500；若需調整濃度，可依液滴穩定性需求稀釋至 0.5%–2%。
注意：所有試劑需於通風櫥內操作，避免長時間暴露於空氣中造成污染；儲液容器也應加蓋密封。
設備檢查
檢查所有管路與連接器是否完整無損，確認晶片無刮痕或阻塞，同時確認流量感測器與壓力控制器表面乾淨無污染。
系統建置與設備校正
硬體連接
依照「儲液容器 → 流量感測器 → 流體阻力元件 → Mini Luer 接頭 → MCS 晶片 → 收集裝置」的順序完成管路連接，並確認各模組方向與接口位置正確。
關鍵要求
流體阻力元件需安裝於流量感測器下游，以提升流量控制穩定性。同時，所有接頭皆需確實鎖緊，避免實驗過程中發生滲漏。
全系統連接示意圖｜點擊圖片可開啟大圖
管路與晶片連接實拍圖｜點擊圖片可開啟大圖
流量感測器校正
於 Elveflow ESI 軟體中新增並校正 MFS-2+ 感測器。油相建議選擇 Isopropyl 作為校正參考，水相則選擇 Water 作為校正參考，以確保流量讀值準確。
提醒：若使用非標準油相或不同濃度表面活性劑，建議依實際液體特性重新確認校正參數，以降低流量讀值誤差。
油相校正參數｜點擊圖片可開啟大圖
液滴生成與精準控制
壓力模式填充與排泡
先以壓力模式注入油相與水相，並耐心排除管路與晶片內的所有氣泡。氣泡是影響液滴穩定性的主要因素之一，因此需確認完全排泡後，再進行下一步操作。
注意：可先將管路填滿液體後再連接晶片，以縮短填充與排泡時間。出口管路需浸入收集液中，避免前液影響流量穩定性。
流量模式切換與參數調整
在 Elveflow ESI 軟體中切換至 Sensor（流量模式），並設定建議的 PI 參數（P = 0.01，I = 0.005），以維持流量穩定。初始建議流量可設定為水相 1 μL/min、油相 50 μL/min，並透過顯微鏡觀察液滴生成狀態。接著可依目標粒徑與生成頻率，微調油相與水相流量，完成精準的液滴參數控制。
注意：在流量模式下，若需調整 PI 參數，建議先切回壓力模式，完成調整後再切回流量模式，以避免出現流量溢流或瞬間波動。
如何在 ESI 軟體中由壓力控制切換至流量控制｜點擊圖片可開啟大圖
實驗後清潔與設備維護
完成實驗後的必要維護流程
實驗結束後，建議立即進行系統清潔與設備整理，以降低殘留造成的流路阻塞風險，同時延長設備與耗材使用壽命。
晶片清潔
以異丙醇（IPA）沖洗晶片流道。
管路維護
清除殘留試劑並保持管路乾燥。
設備乾燥
使用壓縮空氣吹乾感測器與元件。
維護提醒：
若未及時清潔，殘留試劑可能造成流道阻塞、流量讀值異常或設備壽命下降。建議每次實驗完成後皆執行標準清潔流程。
02
液滴粒徑／頻率精準參數指南
MCS Fluidic 440（50–80 μm）與 Fluidic 947（10–40 μm）晶片具備不同噴嘴尺寸，可對應不同的油相與水相流量參數。一般而言，液滴粒徑會隨水相流量增加而變大，生成頻率則會隨油相流量增加而提高。以下為官方實測核心參數，適用於 CV < 3% 的單分散液滴生成條件，可作為實驗設定參考。
1. MCS Fluidic 440 晶片核心參數
| 噴嘴尺寸 | 水相流量 （μL/min） |
油相流量 （μL/min） |
液滴粒徑 （μm） |
生成頻率 （Hz） |
|---|---|---|---|---|
| 80 μm | 0.4 | 50 | 83 | 13 |
| 70 μm | 0.6 | 52 | 73 | 43 |
| 60 μm | 0.5 | 50 | 62 | 69 |
| 50 μm | 1.0 | 50 | 52 | 81 |
參數提醒：
實際液滴粒徑與生成頻率仍可能受到試劑性質、表面活性劑濃度、管路阻抗與環境條件影響。建議以表格參數作為初始條件，再依顯微鏡觀察結果進行微調。
Fluidic 440 詳細參數地圖
Fluidic 440 晶片包含 4 種噴嘴尺寸，可依不同水相與油相流量組合，對應不同液滴粒徑與生成頻率。以下參數地圖可作為實驗條件微調時的參考。
Design #1–#2｜80 μm nozzle（CV < 2%）
Design #3–#4｜70 μm nozzle（CV < 2%）
Design #5–#6｜60 μm nozzle（CV < 2%）
Design #7–#8｜50 μm nozzle（CV < 2%）
點擊圖片可開啟大圖查看詳細參數。建議先依據目標液滴粒徑選擇對應噴嘴尺寸，再參考表格中的水相／油相流量組合進行初始設定。實際實驗時，仍需搭配顯微鏡觀察結果微調參數。
2. MCS Fluidic 947 晶片核心參數
| 噴嘴尺寸 | 水相流量 （μL/min） |
油相流量 （μL/min） |
液滴粒徑 （μm） |
生成頻率 （Hz） |
性能表現 |
|---|---|---|---|---|---|
| 30 μm | 0.5 | 50 | 30 | 109 | CV < 1.5% |
| 20 μm | 0.5 | 60 | 20 | 385 | CV < 1.5% |
| 15 μm | 0.5 | 60 | 14.5 | 590 | 輕微多分散 |
| 10 μm | 0.5 | 65 | 9.5 | 910 | CV < 3% |
參數觀察：
隨噴嘴尺寸縮小，液滴粒徑同步下降，而生成頻率則明顯提升。若目標為
10–15 μm
小粒徑液滴，建議優先觀察液滴均一性與流量穩定性，並搭配顯微鏡即時微調參數。
Fluidic 947 詳細參數地圖
Fluidic 947 晶片適用於小粒徑液滴生成，包含 10、15、20 與 30 μm 等不同噴嘴尺寸。以下參數地圖可協助研究人員依目標液滴粒徑、生成頻率與均一性需求，選擇合適的水相與油相流量組合。
Design #7–#8｜30 μm nozzle（CV < 1.5%）
Design #5–#6｜20 μm nozzle（CV < 1.5%）
Design #1–#2｜10 μm nozzle（CV < 3%）
Design #3–#4｜15 μm nozzle（CV < 2%）
使用建議：
點擊圖片可開啟大圖查看詳細參數。若追求較高均一性，可優先參考 20 μm 與 30 μm 噴嘴條件；若需建立 10–15 μm 小粒徑液滴，建議同步觀察液滴穩定性與是否出現多分散現象，再逐步微調油相與水相流量。
03
常見問題排除與解決方法
實驗過程中常見的異常包含氣泡、阻塞、連接滲漏與參數設定不當。以下整理常見現象、可能原因與對應解法，建議依優先順序逐步排查，提升問題處理效率。
01
流量感測器讀數忽高忽低，並逐漸恢復
可能原因
系統內有氣泡，氣泡通過感測器時無法被準確偵測。
解決方法
- 保持壓力與流量穩定，讓氣泡隨流體排出。
- 實驗前充分排泡。
- 試劑建議先過濾並脫氣。
02
流量無法穩定，始終偏離設定值
可能原因
流體阻力元件未正確安裝、PI 參數設定不當，或系統出現滲漏。
解決方法
- 確認流體阻力元件是否安裝於感測器下游。
- 降低 P 值以提升流量穩定性，PI 參數可先維持 P = 0.01、I = 0.005。
- 檢查所有接頭是否密封，並修復滲漏點。
03
晶片內只有單一相流體進入
可能原因
感測器接反、通道壓力不足，或管路出現滲漏。
解決方法
- 確認感測器出口方向與流體流向是否正確。
- 提高未進入晶片相別的壓力或流量。
- 檢查管路是否有斷裂、鬆脫或滲漏。
04
晶片阻塞，液滴停止生成
可能原因
試劑未過濾、含有顆粒雜質，或氣泡卡在噴嘴位置。
解決方法
- 提高兩相壓力，嘗試將雜質或氣泡沖出。
- 若仍無法排除，建議更換晶片。
- 後續試劑需以 0.22 μm 濾膜過濾，避免顆粒進入晶片。
05
OB1 控制器噪音過大
可能原因
系統供氣不穩、流體管路洩漏，或壓力轉換件鬆動。
解決方法
- 檢查外部氣源是否穩定。
- 檢查流體接頭與氣動接頭是否確實密封。
- 確認轉接件固定狀態，並修復滲漏點。
04
常見問題（FAQ）
Q1：能否透過切換油相／水相入口，生成水包油（O/W）液滴？
不能。本方案使用的 MCS 晶片為 Topas 疏水材質，主要適用於油包水（W/O）液滴生成。若需生成水包油（O/W）液滴，需使用親水材質晶片（如玻璃晶片），或洽詢 MCS 進行客製化配置。
Q2：如何優化 10–15 μm 小粒徑液滴生成？
可將油相 MFS-2+ 感測器更換為 MFS-3+ 感測器，並搭配 23-1 流體阻力元件（41 cm，175 μm 內徑）。此配置可將油相流量範圍提升至 25–500 μL/min，進一步放大油相／水相流量比例，實現 10–15 μm 液滴的單分散穩定生成（CV < 3%）。實測條件可參考：10 μm 噴嘴，水相 0.5 μL/min，油相 65 μL/min，粒徑 9.5 μm，生成頻率 910 Hz。
Q3：如何提升流量控制的響應速度？
建議先以基礎 PI 參數（P = 0.01，I = 0.005）確保系統穩定性。若響應速度偏慢，可小幅提高 P 值，例如調整至 P = 0.02、I = 0.01，以提升流量控制反應速度。不過，調整後仍需透過顯微鏡即時觀察液滴狀態，避免因響應過快導致粒徑波動。
Q4：如何適配非標準試劑或油相？
若實驗使用非 HFE-7500 油相，建議重新校正流量感測器。可依照 MFS 感測器官方校正流程，以實驗用油相作為標準液體，完成校正後設定比例因子與偏移量，確保流量檢測精準。同時，也需依表面活性劑類型與濃度，選擇合適的油相體系。
05
方案總結
宏虹 Elveflow × Microfluidic ChipShop 微流控液滴生成方案，是一套兼具標準化、高性價比與易上手特性的液滴生成解決方案。透過精準的壓力／流量控制與專用晶片的完整搭配，研究人員可穩定實現 10–80 μm 油包水（W/O）液滴的高均一性生成。即使不具備微流控專業背景，也能依循標準化流程快速完成實驗建置。
此外，系統支援彈性的參數優化與配件升級，可依據不同實驗需求調整條件，適配小粒徑、高通量、非標準試劑等多元應用，是生物醫學、材料科學與高通量篩選等研究領域中，建立穩定液滴生成流程的理想工具。
標準化導入
依循固定流程完成建置、校正、液滴生成與清潔維護。
高均一性生成
支援 10–80 μm 油包水液滴生成，滿足不同粒徑需求。
彈性實驗調整
可依試劑、流量、頻率與晶片條件進行參數優化。
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