多相微流控系統(tǒng)是包含兩種及兩種以上流體或相態(tài)的微流控系統(tǒng)，其流道的典型尺度在納米到亞毫米量級(jí)。因其所需流體量少，熱質(zhì)傳輸響應(yīng)速率快，產(chǎn)生污染物少等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于熱控、生物芯片、YL、化工、能源等各個(gè)領(lǐng)域。但因流體細(xì)小、速度快，存在研究時(shí)無法直接清晰觀測(cè)其流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和流體運(yùn)動(dòng)流速的痛點(diǎn)。

       中科院化學(xué)所喬燕教授研究多相微流體試驗(yàn)時(shí)，利用千眼狼高速攝像機(jī)與顯微鏡組合拍攝觀察微流體中液滴狀態(tài)及液體流速。此次試驗(yàn)將高速攝像機(jī)通過C口轉(zhuǎn)接環(huán)連接顯微鏡鏡頭上方，以10倍放大倍數(shù)清晰拍攝微流體控制過程，如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

       高速攝像機(jī)可以每秒1000~10000幀的速度記錄，可拍攝整個(gè)流體流動(dòng)過程的動(dòng)態(tài)畫面，并能取得精確的微流體尺寸和速度信息。

       試驗(yàn)中通過千眼狼高速攝像分析系統(tǒng)慢放觀看微流體中液滴運(yùn)動(dòng)過程，如圖2所示，并分析得到微流體試驗(yàn)時(shí)液相油相不同配比流速時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括液滴直徑，液滴數(shù)量等相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖2 慢放幀畫面

       多相微流體系統(tǒng)研究對(duì)微流控技術(shù)發(fā)展非常關(guān)鍵。如何建立多相微流體系統(tǒng)相關(guān)研究基礎(chǔ)理論，解析其反應(yīng)過程與機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流動(dòng)及反應(yīng)的JZ調(diào)控，高速攝像機(jī)及測(cè)量技術(shù)可在此研究過程中發(fā)揮重要作用。

摩擦學(xué)研究是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要學(xué)科之一,在解決國家重大工程和裝備關(guān)鍵問題中發(fā)揮著重要作用。全國青年摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議聚焦摩擦學(xué)領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)和科研成果，開展摩擦學(xué)領(lǐng)域Z新的學(xué)術(shù)交流工作。本次會(huì)議將采用網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議的方式舉行，分為大會(huì)主旨報(bào)告和分會(huì)場(chǎng)報(bào)告，特設(shè)編輯時(shí)刻，邀請(qǐng)國內(nèi)外知名學(xué)者、專家、編輯，交流Z新工作動(dòng)態(tài)，了解國內(nèi)摩擦學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊，促進(jìn)科研交流與深入合作，推進(jìn)摩擦學(xué)科學(xué)、工程與技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

PHI CHINA鞠煥鑫博士應(yīng)邀參加“2020年全國青年摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議”,在6月3日上午10:55-11:10為大家講解了微區(qū)表面分析技術(shù)（XPS）在摩擦學(xué)研究中的應(yīng)用。

讓我們一起回顧一下鞠煥鑫博士報(bào)告的ZD吧！

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微流控液滴技術(shù)是近年來在微流控芯片上發(fā)展起來的一種研究幾微米至幾百微米尺度范圍內(nèi)微液滴的生成、操控及應(yīng)用的新技術(shù)。微液滴常作為微反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)、試劑快速混合以及微顆粒合成等，極大地強(qiáng)化了微流控芯片的低消耗、自動(dòng)化和高通量等優(yōu)點(diǎn)。

在生命科學(xué)領(lǐng)域，除了采用傳統(tǒng)方法研究生命的起源外，微流控技術(shù)或微流控液滴技術(shù)可以幫助研究人員快速、便捷的研究生命的起源。本次網(wǎng)絡(luò)課堂主要介紹了微流控技術(shù)在生命起源中的應(yīng)用。

一、背景介紹

       環(huán)氧苯乙烷又稱氧化苯乙烯，可用作環(huán)氧樹脂稀釋劑、UV-吸收劑、增香劑，也是有機(jī)合成，制藥工業(yè)、香料工業(yè)的重要中間體。如環(huán)氧苯乙烷催化加氫制得的β-苯乙醇是玫瑰油、丁香油、橙花油的主要成分，廣泛應(yīng)用于食品、煙草、肥皂及化妝品香精。

二、傳統(tǒng)工藝分析

       環(huán)氧苯乙烷工業(yè)上主要通過鹵醇法和過氧化氫催化環(huán)氧化合成。鹵醇法由于其能耗高，污染重，是一個(gè)急需改進(jìn)的工藝；

       而借助有機(jī)金屬催化進(jìn)行的過氧化氫環(huán)氧化因其環(huán)保，無污染等優(yōu)點(diǎn)，使得該工藝具備廣闊前景。但其缺點(diǎn)也很明顯，反應(yīng)時(shí)間過長，過氧化氫用量過大，制約了其工業(yè)化應(yīng)用。

三、連續(xù)流工藝探討

       福州大學(xué)的連續(xù)流專家鄭輝東團(tuán)隊(duì)就苯乙烯環(huán)氧化進(jìn)行了一系列連續(xù)流研究，希望借助微反應(yīng)器技術(shù)解決苯乙烯催化環(huán)氧化存在的問題。

       首先作者對(duì)2,2,2 -三氟苯乙酮的催化機(jī)理作了探討。氟原子是一個(gè)良好的吸電子基團(tuán)，2,2,2-三氟苯乙酮能與MeCN和H₂O₂反應(yīng)后，生成一個(gè)更具活性的五元環(huán)氧化劑中間體，穩(wěn)定這種過渡態(tài)是提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性的關(guān)鍵。

圖1. 2,2,2-三氟苯乙酮作催化劑穩(wěn)定五元環(huán)

圖2. 苯乙烯環(huán)氧化反應(yīng)結(jié)構(gòu)式

       接著鄭教授團(tuán)隊(duì)用該催化劑進(jìn)行了釜式工藝的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，確定了反應(yīng)的催化劑，溶劑及緩沖液體系（如上圖所示），并完成了20mmol的放大實(shí)驗(yàn)。這里，作者進(jìn)行了釜式條件下，反應(yīng)時(shí)間和轉(zhuǎn)化率相關(guān)性的研究，如下：

圖3. 間歇反應(yīng)器中苯乙烯環(huán)氧化反應(yīng)的研究

       結(jié)果表明，只有通過延長反應(yīng)時(shí)間至5小時(shí)，且增加反應(yīng)濃度（減小反應(yīng)體系的溶劑和緩沖液用量），才能得到90.3%轉(zhuǎn)化率，95.7%選擇性（Fig 1b）；此外，過氧化氫的用量需4個(gè)當(dāng)量。

       作者分析原因，認(rèn)為是非均相反應(yīng)放大過程中，兩相無法快速有效地混合以及換熱效率低下導(dǎo)致局部反應(yīng)差異化過大所致。因此，作者希望借助Corning 反應(yīng)器GX優(yōu)異的傳質(zhì)傳熱特性來解決這一問題。

       作者根據(jù)釜式工藝，在篩選優(yōu)化了反應(yīng)溫度，催化劑比例，溶劑配比和流速等參數(shù)后，Z終確定以模式3進(jìn)行連續(xù)流環(huán)氧化，如下圖所示，

圖4. 釜式反應(yīng)工藝條件的篩選

圖5. 連續(xù)流反應(yīng)流程示意

       在模式3下，反應(yīng)在80℃，背壓8bar，總流速30ml/min，緩沖液流速8.5ml/min，通過過氧化氫的二次進(jìn)料以及首次反應(yīng)液的二次反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)96.7%轉(zhuǎn)化率，95%選擇性，Z終收率可達(dá)91.8%。

       整個(gè)反應(yīng)耗時(shí)僅需3.17min，與釜式工藝的5小時(shí)相比，反應(yīng)時(shí)間大大縮短，且反應(yīng)效果更好（釜式工藝下，轉(zhuǎn)化率僅90.3%），此外過氧化氫用量減小至3個(gè)當(dāng)量。究其原因在于Corning反應(yīng)器獨(dú)特的心形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而大大強(qiáng)化了反應(yīng)過程中的傳質(zhì)和傳熱，使得反應(yīng)速度大大提升。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

       通過Corning連續(xù)流反應(yīng)器發(fā)展并優(yōu)化出一種新的苯乙烯環(huán)氧化工藝；

       使用該連續(xù)流工藝，可獲得較之釜式更為優(yōu)異的反應(yīng)結(jié)果，轉(zhuǎn)化率96.7%，選擇性95%；

       該連續(xù)流工藝反應(yīng)耗時(shí)更短（3.17min），安全性更高；

       該工藝可以無縫放大，非常適合苯乙烯環(huán)氧化的工業(yè)化應(yīng)用。

參考資料：Journal of Flow Chemistry (2020).  DOI:10.1007 /s41981 -019-00065-6

2020年新冠疫情爆發(fā)并蔓延至今，在常態(tài)化防控中及時(shí)檢測(cè)的工作成了防范疫情的有效措施。

本文主要介紹了為檢測(cè)工作者提高效率的儀器的兩個(gè)用途。

1、pcr擴(kuò)增反應(yīng)液的分裝，一鍵完成96個(gè)20ulpcr擴(kuò)增液加入到Pcr八聯(lián)排/96pcr板中的工作

2、樣本提取物的點(diǎn)樣工作，一鍵完成96個(gè)5ul樣本提取物加入到Pcr擴(kuò)增液中的工作，進(jìn)行超微量移液