摘要：大家好！今天一起来了解一项润湿诱导的界面不稳定性，它可是气液界面液滴发射的关键机制呢。在微流控领域，制造单分散微液滴一直是个重要课题，以往常用的方法依赖复杂微流控通道，通过剪切诱导乳化来产生瑞利-Plateau不稳定性，但这种方法对流体性质和流动条件要求苛刻，
大家好！今天一起来了解一项润湿诱导的界面不稳定性，它可是气液界面液滴发射的关键机制呢。在微流控领域，制造单分散微液滴一直是个重要课题，以往常用的方法依赖复杂微流控通道，通过剪切诱导乳化来产生瑞利-Plateau不稳定性，但这种方法对流体性质和流动条件要求苛刻，稳定性差。现在，我们有了新发现，一起来看看吧！
*本文只做阅读笔记分享*
一、气液界面液滴发射现象
当悬挂在空气中的微小液滴接触到不相溶的润湿本体相时，会触发悬挂液滴的界面不稳定性，使其迅速破碎进入本体相。就像有一双无形的手，轻轻一拉，液滴就发生了奇妙的变化。
通过一个简单实验装置来实现，用一个带有不同内径和外径的锥形微毛细管喷嘴作为分散相，一个敞口容器装连续相。
实验发现，液滴形成的关键因素是喷嘴末端到气液界面的距离（H）。当H较大时，液滴在空气中滴落，就像水龙头滴水一样；随着H减小，液滴在气液界面形成，此时会出现润湿诱导的界面不稳定性（WIII）；当H继续减小到接近喷嘴直径时，液滴会在液体中形成。
二、WIII的机制
WIII的发生源于界面能驱动的自发润湿行为。
不相溶的水和油在空气中，油相能润湿水相的前提是铺展系数So>0，实验中使用的液体满足这一条件。
在液滴形成过程中，有重力、油的浮力、来自喷嘴的粘附力、惯性力以及界面力等六种力作用。
通过高速摄像机记录整个过程，发现连续相沿着悬挂液滴表面自发向上润湿，形成火山状结构，将液滴拉进连续相。
在这个过程中，合力Ft需满足特定条件，且界面力在整个乳化过程中起着主导作用，惯性力相比之下可以忽略不计。
三、WIII的优势与灵活性
这种基于WIII产生液滴的方法有很多优势。
液滴尺寸主要取决于H，与流速和喷嘴尺寸关系不大。比如，固定流速和喷嘴尺寸，随着H增加，液滴直径会线性增大。改变流速对液滴尺寸影响很小，不同流速下产生的液滴尺寸相似。
而且该方法对高粘度流体也适用，用不同粘度的羧甲基纤维素钠水溶液和超高粘度的海藻酸钠溶液做实验，都能稳定产生均匀液滴，而传统微流控方法在处理高粘度流体时会遇到很多问题。
四、WIII的普适性
WIII适用范围很广。
在特定条件下，不需要表面活性剂就能制备液滴，只要界面张力满足Sc>0就行。不管分散相和连续相密度谁大谁小，都有可能形成液滴。
通过多种流体组合实验，像水和十四烷、苯甲酸苄酯和水、油和油等体系，都成功验证了这一点。
五、液滴生产的放大与复杂性
传统芯片式微流控在扩大生产规模时会遇到很多问题，比如多通道导致流体分布不均、流速不一致，影响液滴尺寸均匀性。
利用3D打印的多喷嘴装置展示了WIII的可扩展性，多个喷嘴能同时产生单分散的乳液，精度和稳定性都很高。
而且，WIII还能制备复杂结构的微粒，像微凝胶、Janus微粒、O/W/O双乳液等，这些复杂结构在材料科学和生物技术领域有广泛应用。
六、总结与展望
这项研究提出的WIII机制为气液界面液滴乳化提供了新方法。它稳定性和鲁棒性强，能产生多种类型乳液，可扩展性好，在工业生产、微粒合成、数字聚合酶链反应和单细胞基因测序等领域都有很大应用潜力。
未来，期待它能带来更多惊喜，推动相关领域发展。今天的分享就到这里啦，我们下次再见！
七、一起来做做题吧
1、关于传统微流控技术，下列说法正确的是？
A. 对流体性质和流动条件依赖低
B. 可轻松处理高粘度流体
C. 通常需要复杂的微通道和辅助设备
D. 产生的液滴尺寸不受流速影响
2、润湿诱导的界面不稳定（WIII）发生时，下列哪种情况会出现？
A. 油相不能润湿悬挂的水滴
B. 悬挂的水滴在空气中直接滴落
C. 油相迅速润湿整个悬挂水滴和喷嘴
D. 油相润湿悬挂水滴，使水滴从喷嘴断裂进入连续相
3、在 WIII 机制中，决定液滴尺寸的主要因素是什么？
A. 流体的流速
B. 喷嘴的内径
C. 喷嘴到气液界面的距离
D. 流体的粘度
4、WIII 机制在制备乳液时，不需要哪种条件？
A. 界面张力满足 Sc>0
B. 加入表面活性剂
C. 合适的气液界面
D. 分散相和连续相
5、关于 WIII 机制在工业应用方面的描述，正确的是？
A. 无法实现大规模生产
B. 容易出现微通道堵塞问题
C. 可以通过增加喷嘴数量扩大生产
D. 只能制备简单结构的乳液
参考文献：
Yao-Yao Su et al. Wetting-induced interfacial instability: A mechanism for droplet emission at air-liquid interfaces. Sci. Adv.11, eads1065(2025).
来源：知识泥土六二三