为了提升气动阀控微液滴产生系统的液滴产生频率,研究了腔体结构和电磁阀控制对系统最高稳定液滴产生频率的影响.该系统主要部件包括腔体、腔体底部微米直径喷嘴、以高速电磁阀和放气管为核心的气路,以及液滴拍照装置.该系统利用高速电磁阀短暂导通在储液腔内产生气体压强脉冲,迫使储液腔内液体从喷嘴喷出,形成微液滴;气体随后经放气管排出,恢复储液腔内气压平衡.研究发现,缩小储液腔体体积和缩小电磁阀开启电压脉冲宽度,可以大幅度提高该系统最高稳定液滴产生频率.基于优化后的微液滴产生系统,研究了不同液滴产生频率下液滴速度.液滴初速度具有随液滴产生频率增加而加快的趋势,但是伴有较大的非单调涨落.随着电磁阀开启电压脉冲宽度的缩短,液滴直径有较大幅度的缩小,可有效提高该系统用于样品施加的控制精度.

为了提高气动阀控式微液滴产生装置打印过程中的细胞活性,利用自建气动阀控式微米按需液滴(drop-on-demand,DOD)产生装置,在10~70Hz微液滴产生频率下对2种人体活细胞做喷射实验.2种细胞分别是人外周血单个核细胞(hPBMCs,直径10~15μm)和人支气管上皮细胞(hBECs,直径50~70μm).该喷射装置的喷嘴直径为100μm,微液滴直径180~200μm.实验中,将未经喷射细胞悬液记为对照组,每种频率下向加有磷酸盐缓冲液的样品管中喷射大约6000滴细胞液.随后以7-AAD试剂进行荧光抗体染色,并用流式细胞仪进行细胞活性检测.结果显示,hPBMCs和hBECs喷射后的细胞相对成活率分别为0.991±0.009和0.996±0.014.经分析,喷射频率对细胞活性无显著影响.气动阀控式打印后的细胞活性较高,归因于打印的细胞悬液黏度较低,细胞喷射过程中产生的剪切应力较小.气动阀控微液滴产生技术有望应用在生物细胞打印领域