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Size-Based Sorting of Emulsion Droplets in Microfluidic Channels Patterned with Laser-Ablated Guiding Tracks.
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2020-01-17 , DOI: 10.1021/acs.analchem.9b04308 Ateeq Ur Rehman , Umut C Coskun 1 , Zeeshan Rashid 2 , Berna Morova , Alexandr Jonáš 3 , Ahmet Erten 4 , Alper Kiraz
Analytical Chemistry ( IF 6.7 ) Pub Date : 2020-01-17 , DOI: 10.1021/acs.analchem.9b04308 Ateeq Ur Rehman , Umut C Coskun 1 , Zeeshan Rashid 2 , Berna Morova , Alexandr Jonáš 3 , Ahmet Erten 4 , Alper Kiraz
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We demonstrate an autonomous, high-throughput mechanism for sorting of emulsion droplets with different sizes concurrently flowing in a microfluidic Hele-Shaw channel. The aqueous droplets of varying radii suspended in olive oil are separated into different streamlines across the channel upon interaction with a shallow (depth ∼ 700 nm) inclined guiding track ablated into the polydimethylsiloxane-coated surface of the channel with focused femtosecond laser pulses. Specifically, the observed differences in the droplet trajectories along the guiding track arise due to the different scaling of the confinement force attracting the droplets into the track, fluid drag, and wall friction, with the droplet radius. In addition, the distance traveled by the droplets along the track also depends on the track width, with wider tracks providing more stable droplet guiding for any given droplet size. We systematically study the influence of the droplet size and velocity on the trajectory of the droplets in the channel and analyze the sensitivity of size-based droplet sorting for varying flow conditions. The droplet guiding and sorting experiments are complemented by modeling of the droplet motion in the channel flow using computational fluid dynamics simulations and a previously developed model of droplet guiding. Finally, we demonstrate a complete separation of droplets produced by fusion of two independent droplet streams at the inlet of the Hele-Shaw channel from unfused daughter droplets. The presented droplet sorting technique can find applications in the development of analytical and preparative microfluidic protocols.
中文翻译：
激光烧蚀引导轨迹图案化的微流体通道中乳液液滴的基于大小的排序。
我们展示了一种自动，高通量的机制，可对微滴Hele-Shaw通道中同时流动的不同大小的乳剂液滴进行分选。悬浮在橄榄油中的不同半径的水滴与飞秒激光脉冲聚焦在浅（倾斜深度约700 nm）倾斜的导轨上融为一体，并被消融到通道的聚二甲基硅氧烷涂层表面中，从而在通道中分成不同的流线。具体地，沿着引导轨道观察到的液滴轨迹的差异是由于将液滴吸引到轨道中的约束力的比例不同，流体阻力和壁摩擦以及液滴半径引起的。此外，液滴沿着轨道行进的距离还取决于轨道宽度，较宽的轨道可为任何给定的液滴尺寸提供更稳定的液滴引导。我们系统地研究了液滴大小和速度对通道中液滴轨迹的影响，并分析了基于大小的液滴分选对于不同流动条件的敏感性。通过使用计算流体动力学模拟和先前开发的液滴引导模型对通道流中的液滴运动进行建模，可以对液滴引导和分类实验进行补充。最后，我们证明了由Hele-Shaw通道入口处的两个独立的液滴流融合产生的液滴与未融合的子液滴完全分离。提出的液滴分选技术可以在分析和制备微流体方案的开发中找到应用。
更新日期：2020-01-17
中文翻译：
激光烧蚀引导轨迹图案化的微流体通道中乳液液滴的基于大小的排序。
我们展示了一种自动，高通量的机制，可对微滴Hele-Shaw通道中同时流动的不同大小的乳剂液滴进行分选。悬浮在橄榄油中的不同半径的水滴与飞秒激光脉冲聚焦在浅（倾斜深度约700 nm）倾斜的导轨上融为一体，并被消融到通道的聚二甲基硅氧烷涂层表面中，从而在通道中分成不同的流线。具体地，沿着引导轨道观察到的液滴轨迹的差异是由于将液滴吸引到轨道中的约束力的比例不同，流体阻力和壁摩擦以及液滴半径引起的。此外，液滴沿着轨道行进的距离还取决于轨道宽度，较宽的轨道可为任何给定的液滴尺寸提供更稳定的液滴引导。我们系统地研究了液滴大小和速度对通道中液滴轨迹的影响，并分析了基于大小的液滴分选对于不同流动条件的敏感性。通过使用计算流体动力学模拟和先前开发的液滴引导模型对通道流中的液滴运动进行建模，可以对液滴引导和分类实验进行补充。最后，我们证明了由Hele-Shaw通道入口处的两个独立的液滴流融合产生的液滴与未融合的子液滴完全分离。提出的液滴分选技术可以在分析和制备微流体方案的开发中找到应用。
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