1. 液滴微流控技术概述
微流控技术通过操控互不相溶的连续相和分散相来生成微液滴，在微尺度上实现对多种流体的精细控制。这使得人们能够精确调节微粒的组成和几何特征。
利用这些优势，微流控技术可以生成具有可控尺寸、单分散性、多样形态和特定功能的工程微粒。
在微流控系统中，液滴生成的大小和稳定性受多种因素影响。
这些因素包括液体的黏度和表面张力、温度、流速、通道几何形状等外界因素，以及分散相和连续相的流速、流体的性质和微通道的几何形状。
根据作用力的不同，液滴生成的方法可分为被动法和主动法。
2. 液滴生成的被动法
用被动法生成的液滴具有大小均匀、单分散性好、空间分布均匀的特点，这种方法能够有效避免外界干扰，消除交叉感染。
根据通道几何形状的不同，被动法主要分为T型结构、流动聚焦结构、共轴流聚焦结构和阶梯结构。其中，T型结构和流动聚焦结构是最常用的。
1) T型结构
液滴形成的主要原因是两相流体中的流体静压力平衡，而不是剪切应力。
T型结构通道通过挤压或射流机制产生液滴，射流在高流速和低界面张力下产生，挤压则在低流速下产生。
在T型通道基础上，还发展出了Y型、V型和K型结构，其中V型结构通道中液滴产生时的气泡或废液滴会通过额外的通道排出。
2) 流动聚焦结构
相比T型结构，流动聚焦结构允许产生小于孔尺寸且大小均匀的可控液滴。
流动聚焦结构两垂直通道中连续相的流体挤压分散相，在孔内或孔下游形成液滴。
液滴从分散相本体断裂的位置取决于流道几何形状和两相流速。
3) 共轴流聚焦结构
共轴流聚焦结构的液滴形成类似于同轴套筒的通道，小直径通道中的分散相与大直径通道中的连续相平行流动，分散相被连续相挤压破裂成液滴。
4) 阶梯结构
阶梯结构的液滴形成是由拉普拉斯压差引导液滴自发生成。
在进入阶梯结构前，分散相会先在狭窄通道中流动，然后穿过含有阶梯结构的连续相储层，自发分裂成微液滴。
这种方法具有剪切力小、流动不灵敏、结构简单、易于集成等特点。
3. 液滴生成的主动法
相比之下，主动法的液滴生成装置更复杂，制作工艺更精巧，具备更好的液滴控制能力，能够生成多种实验所需的液滴。
主动法包括电驱动法、喷墨打印法、微型阀驱动法、光驱动法、磁驱动法和声驱动法等。
1) 电驱动法
电驱动法主要包括介电泳法和电湿润法。介电泳法通过从储液室中拉出液体形成液滴，而电湿润法利用外加电场改变流体与接触面间的界面自由能，使液体浸润表面。
当电场关闭后，表面变疏水，之前浸润在表面的液体从储液室断裂，形成液滴。
2) 喷墨打印法
喷墨打印法是一种非冲击式点阵打印技术，可以在打印机喷嘴的压力下直接喷射出微升甚至纳升体积的液滴。
喷墨打印法分为连续喷墨和按需喷墨。按需喷墨又根据液滴形成的方法分为热喷墨、压电喷墨、静电喷墨和声学喷墨。
3) 微型阀驱动法
微型阀驱动法是在T型通道法基础上发展而来的液滴生成方法，能够实现单个液滴的精准生成和操控。
在T型通道上集成一个与气压驱动装置相连的微型阀层，通过控制气压阀的开关，调节液滴的生成和尺寸。
4) 其他驱动方法
光驱动法利用强汇聚的光束生成两相微液滴。在光驱动法中，激光脉冲在分散相与连续相界面处形成气穴，截断连续相进入分散相中，从而形成液滴。
磁驱动法通过外磁场控制磁流体生成液滴。液滴的尺寸和密度取决于磁体的位置和磁力的大小。
声驱动法通过声波震动毛细管尖端，使液滴在毛细管尖端处流动。通过调节声波的振幅和波形，可以控制液滴的大小和生成频率。这种方法具有集成化和低功耗的优点，不需要设计微流道或进行表面修饰。
4. 液滴微流控技术在各领域中的应用
1) 生物传感
微流控技术能够产生体积微小、比表面积大、通量高、反应条件稳定且反应效率高的液滴，因此被广泛应用于生物分析领域，包括单细胞分析、蛋白质分析、酶分析和核酸分析。
生物传感装置可以检测目标生物分子，具有样品剂量少、高通量和高效检测的优点。利用微流控技术制备的含有传感元件的微粒已被开发用于生物传感。
研究人员基于非杂交的DNA功能化金纳米颗粒，建立了小型化比色DNA生物传感器，采用毛细管同轴微流控技术制造微胶囊。
通过将葡萄糖响应的量子点和肝素响应的金纳米棒等纳米传感器封装在液核中，有效减少了所需的样品体积。
2) 航天医学
微流控装置具有体积小、集成度高、消耗量少等特点，能够克服微重力带来的干扰，近年来被广泛应用于航天医学。
科研机构利用光刻和斜曝光技术，通过间接微通道制造工艺，制作出了具有三维聚焦功能的微流控装置，能够精准检测血红细胞数目，并成功应用于航天医学检测。
此外，通过无鞘流通道聚焦方法制备的即插即用微流控装置，能够有效分类计数淋巴细胞亚群，已成功应用于中国载人航天的免疫监测试验和训练。
3) 环境检测
随着现代社会的进步，人类对自然环境的破坏导致了一系列环境污染问题，不仅危害人类健康，还污染自然环境。微流控技术可以检测大气污染、水污染和土壤污染等环境污染的微环境参数，如温度、渗透压浓度和pH值。
相关研究人员设计了一种可进行多重质谱（MS）分析的微流控气体收集平台，通过肺泡阵列表面的液滴阵列获取吸入气体的信息，被广泛应用于室内外空气污染物分析。
环境检测研究人员开发了一种基于蜂窝型（PDMS片/硅片/PDMS片）微通道萃取的实时在线检测设备，可以检测土壤和地下水中的硫元素。
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