MICROFLUIDIC APPLICATION CASE
以壓力與流量控制建立穩定的水包油液滴製程
本案例以Elveflow OB1 MK4壓力控制器、MFS流量感測器、玻璃流體聚焦晶片與ESI軟體，建立PLA微球前驅液滴的製備系統。透過分別調整水相與油相壓力，液滴直徑可在約30–60µm範圍內控制，液滴直徑CV值低於10%，並可同步觀察流量與液滴生成狀態。
APPLICATION REQUIREMENTS
PLA微球製備的液滴控制需求
PLA微球製備需要先形成尺寸一致、界面穩定的前驅液滴。若液滴尺寸隨時間改變，或在晶片與收集過程中發生融合與破裂，後續微球尺寸與批次重現性也會受到影響。因此，本案例的重點不是單純讓兩相流體產生液滴，而是建立可量測、可調整且能重複操作的生成條件。
液滴尺寸需要可調
利用兩相壓力與流量關係，控制液滴頸縮與斷裂條件，取得目標尺寸範圍。
特殊溶劑需要相容材料
本案例使用二氯甲烷溶解PLA，晶片、管路與密封元件皆需考量化學相容性。
生成狀態需要同步觀察
壓力、流量與顯微影像需要互相對照，才能判斷液滴尺寸變化來自哪一項條件。
SYSTEM CONFIGURATION
水包油液滴生成系統配置
本案例將壓力驅動、流量量測、晶片、成像與軟體整合成同一套實驗架構。各元件不只負責輸送流體，也共同提供液滴尺寸調整、狀態觀察與參數記錄所需的資料。
PRESSURE CONTROL
OB1 MK4壓力控制器
使用兩個通道分別驅動水相與油相，讓兩相壓力可獨立設定與微調。本案例主要在0–2,000mbar量程內操作。
FLOW MONITORING
MFS流量感測器
分別監測兩相流量，協助比對壓力調整後的實際流動狀態。感測器量程應依流體性質及目標流量選擇。
FLUIDIC CONNECTION
儲液器、管路與接頭
連接壓力控制器、流量感測器與晶片。配置時需確認溶劑相容性、管徑、內部容積與接頭密合度。
DROPLET CHIP
玻璃流體聚焦晶片
案例採用十字流體聚焦結構，通道尺寸為65µm × 30µm；玻璃材質可因應DCM的材料相容性需求。
IMAGING AND DATA
將影像、壓力與流量資料放在同一條件下判讀
顯微影像可直接呈現液滴形成狀態；ESI軟體則負責設定壓力、顯示流量並記錄實驗資料。研究人員可由相同條件下的影像與數值，確認壓力調整是否達到預期效果。
FLOW FOCUSING
流體聚焦形成水包油液滴的機制
水包油O/W液滴以水相作為連續相、油相作為分散相。在十字聚焦區內，兩側水相對中央油相形成擠壓與剪切，使油相逐漸頸縮並斷裂為液滴。壓力比例、流體黏度、表面張力、晶片尺寸與表面潤濕性會共同影響液滴尺寸與頻率。
-
1
輸入連續水相
PVA水溶液由兩側通道進入流體聚焦區。
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2
輸入分散油相
PLA／DCM溶液由中央通道進入交會位置。
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3
建立界面與頸縮
兩側水相擠壓油相，形成逐漸縮小的液體頸部。
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4
斷裂形成液滴
油相在聚焦區斷裂，形成由水相包覆的分散液滴。
PARAMETER CONTROL
壓力調整與液滴尺寸控制
本案例先將水相與油相壓力設定於約100mbar，取得直徑約50±5µm的液滴；再以約10mbar為調整幅度，逐步改變兩相壓力差，將液滴直徑控制在約30–60µm。這些數值對應本案例的流體、晶片與管路條件，適合用來說明調整方法，而不是直接複製到不同配方。
建立可連續生成的液滴界面後，再依影像與流量資料微調。
在本配置下逐步確認壓力、流量、液滴尺寸與生成頻率的變化。
依目標尺寸選定穩定操作區間，並保存對應的控制參數。
CASE RESULTS
實驗結果與方案比較
顯微影像分析顯示，本案例的液滴直徑CV值低於10%。在晶片通道及收集過程的觀察中，液滴經過碰撞與擠壓後未見明顯融合或破裂；配合壓力、流量與影像資料，可建立較容易重複的液滴生成條件。
| 評估項目 | 傳統攪拌／機械剪切 | 本案例微流控方案 |
|---|---|---|
| 尺寸控制方式 | 由轉速、時間與配方共同影響 | 分別調整水相與油相壓力，並監測實際流量 |
| 液滴尺寸 | 尺寸分布較難精細控制 | 本案例約30–60µm可調 |
| 均一性 | 受混合條件與批次操作影響 | 本案例液滴直徑CV值低於10% |
| 過程觀察 | 多以離線取樣與結果判讀為主 | 可同步比對顯微影像、壓力與流量資料 |
| 溶劑相容性 | 依容器與接觸材料而定 | 本案例採用耐DCM的玻璃晶片 |
| 流程調整 | 參數變動後需重新確認整體混合條件 | 可在ESI軟體中設定、記錄並重複控制參數 |
SYSTEM EVALUATION
導入微流控液滴系統前的選型重點
液滴生成系統不能只依目標直徑選擇壓力控制器。流體物性、晶片幾何、接觸材料、流量區間與影像需求會共同決定設備配置。評估時準備以下資料，可更快確認壓力量程、感測器、晶片與配件選擇。
- 液滴結構： 需要製備O/W水包油或W/O油包水液滴。
- 流體資訊： 連續相與分散相的組成、黏度、表面張力及是否含腐蝕性溶劑。
- 目標結果： 液滴直徑、允許的尺寸變異、生成頻率與預期通量。
- 晶片條件： 材質、通道尺寸、聚焦結構、表面處理及既有接頭規格。
- 控制需求： 僅控制壓力，或需要流量監測、回授控制與自動化程序。
- 觀察需求： 是否需要同步顯微影像、高速攝影或液滴尺寸分析。
ELVEFLOW SYSTEM CONSULTATION
依液滴、流體與晶片條件評估完整配置
宏虹可依目標液滴尺寸、兩相流體性質、既有晶片與自動化需求，協助評估OB1壓力量程、MFS流量感測器、儲液器、管路接頭、成像模組及ESI控制方式。
FAQ
微流控水包油液滴製備常見問題
水包油O/W液滴與油包水W/O液滴有何差異？
O/W水包油液滴以水相為連續相、油相為分散液滴；W/O油包水液滴則以油相為連續相、水相為分散液滴。兩者的流體配置、晶片表面潤濕性與相容材料需求不同。
本案例如何控制液滴直徑？
本案例利用OB1分別控制水相與油相壓力，先在約100mbar附近建立液滴生成條件，再以約10mbar幅度逐步調整兩相壓力差，將液滴直徑控制於約30–60µm。
為何本案例使用玻璃微流控晶片？
本案例使用DCM溶解PLA，因此需要考量晶片材料的化學相容性。玻璃具有較佳的溶劑相容性，也可配合O/W液滴所需的表面處理。
液滴直徑CV值低於10%代表什麼？
CV值描述液滴直徑相對於平均值的離散程度。CV值越低，代表液滴尺寸分布越集中；本案例以低於10%作為液滴均一性的量測結果。
評估液滴生成系統前需要提供哪些資料？
建議提供液滴類型、兩相流體組成、黏度、目標尺寸、預期通量、晶片材質與通道資訊，以及是否需要流量回授、影像觀察與自動化控制。這些資料可用來確認控制器量程、感測器與管路配置。
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