利用微流体技术生产并控制液滴运动的方法被广泛应用于功能和基因组单细胞分析，蛋白质工程，合成生物学，药物筛选和材料合成等领域。其中，用于单分散液滴高通量生产的微流体系统有共流技术、T型接头技术、分步乳化技术、和流动聚焦技术。流动聚焦技术由于其简单性和与高通量的兼容性而具有优势。目前，流动聚焦技术中，被普遍应用的一种简单的增加液滴产生速率的方法——增加流速，会导致射流从滴落状态转变为喷射状态，使液滴的单分散性破裂，从而产生更多的多分散液滴群体。
近期，法国波尔多大学Baret教授在Droplet期刊上发表了题为"Rectifying jet breakup by electric forcing"的文章。该文简要概述了流动聚焦技术的原理，影响流动聚焦技术中射流状态转变的原因，并详细介绍了一种通过施加调幅电场主动控制射流破裂从而达到高通量生产单分散液滴目的的方法。
文章首先介绍了流动聚焦技术的原理：在流动聚焦几何结构中（如图1a），两种不互溶的液体间的毛细力，惯性力和粘性应力间的相互作用以及液体与结点处的几何形状的相互作用，构成了局部流场，导致液滴被夹断。文章表明射流的状态与其绝对不稳定性和对流不稳定性有关，绝对不稳定性可以使射流受到的扰动沿着上下游的固定位置增长和传播进而使射流保持在滴落状态，而对流不稳定性使扰动仅沿下游传播导致射流从滴落状态转变为喷射状态。因此，文章提出了一种使用调幅电场对射流施加外部扰动从而主动控制射流状态的方法。在进行的两项实验中，文章使用了标准的流动聚焦结构——电极围绕结对称布置。
在第一项实验中，首先保持内部流速Qi不变，改变电极两端施加电压U0，观察使射流状态转变的外部流速阈值Qo的变化，发现阈值Qo随着电压的增加而减小，即电压越大，射流从滴落状态转变为喷射状态的外部流速临界值Qo越小，当电压高于220V时射流不会出现滴落状态。通过上述试验与麦克斯韦应力方程等理论结合，文章提出了控制射流从滴落状态到喷射状态转变的两个相关系数（图2a）：外部毛细管数Co或电键数Be。通过放大上述试验流动聚焦几何结构的尺寸并重复实验，作者发现Co和Be受到通道尺寸和两相流速比的影响（图2b）。
在第二项实验中，作者应用荧光法标记射流，应用光电倍增管（PMT）实现光电信号转换，通过对比滴落、非受迫喷射（无电场，恒定的交流电压条件下）以及受迫喷射（调制电压条件下）状态下射流的状态，PMT信号及PMT信号的傅里叶变换（图3），作者发现可显著改变喷射状态下射流动力学的条件是施加调制电压而非施加电场。在上述发现的基础上，作者通过控制变量法研究了调制（AM）信号的不同分量（扰动振幅Apert、扰动频率fpert和基线电压）对射流破裂的影响。得到以下结论：（1）随着Apert的增加，fpert的强度增加，而其他频率的强度略有下降（图4a）。（2）施加基线电压会使带电射流比不带电射流能够更稳定地抵抗扰动，但是射流行为在高电场的影响下会发生突然转变（图4b,c）。(3)当fpert很低时，射流处于滴落状态；当fpert在射流的自然破裂频率（8kHz）附近时，射流显示出更高水平的单分散性；对于更高的fpert（>11kHz），因为扰动太快，射流无法跟随，使扰动的影响消失（图5a-d）。
最后，作者对其其提出的方法的研究方向进行了展望：（1）需进一步确定表面活性剂的使用对该方法的影响。（2）需进一步探究水相的电导率对该方法的影响。
图1 流动聚焦装置的显微图以及电极连接示意图。显微照片上的暗区是电极。上游电极可以由频率发生器致动，而下游电极接地。
图2 流动聚结处滴落-喷射转变换算成无维量：外部毛细管数Co和电键数Be，Qi为50µl/h。（a）喷嘴尺寸为50微米×50微米×34微米；（b）喷嘴尺寸为100微米×100微米×68微米。
图3 滴落状态、非受迫喷射状态和受迫喷射状态的比较。（a–d）不同状态的显微图以及所施加电场的示意图。（e–h）记录的光电倍增管（PMT）信号对应于不同状态的片段。（i–l）PMT信号记录的傅立叶变换。黄色：Qo=600µl/h，无电场；蓝色：Qo=1200µl/h，无电场；橙色：Qo=1200µl/h，基线=300V；绿色：Qo=1200µl/h，Apert=300V，fpert=8kHz。
图4 Apert和基线电压对射流破裂的影响（fpert被设置为8kHz）。（a）扰动幅度一次扫描的傅立叶变换（基线＝200V）（灰度对应于傅立叶变换的幅度）。（b,c）将傅立叶变换反卷积为（b）背景信号和（c）峰值信号。
图5 fpert对射流破碎的影响（Apert设置为200V，而fpert逐步增加）。（a）fpert的一次扫描的傅立叶变换，基线=200V。（b）傅里叶变换到背景（开放符号）和峰值信号（填充符号）的反褶积。黄色：基线=0V；绿色：基线=200V。误差条显示标准偏差。（c）拟合到峰值宽度直方图的高斯曲线的σ0/σ。σ0对应于未扰动射流的标准偏差（fpert=0）。黄色：基线=0V；绿色：基线=200V。误差条显示标准偏差。（d）不同fpert的显微图像：每个图像的第一个液滴是对齐的，同时每个第五个液滴被标记成红色。
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原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/dro2.45
Jean‐Christophe Baret，法国波尔多大学教授，在巴黎高等物理化工学院（居里夫人的母校）获得学士学位，随后在皮埃尔·玛丽·居里大学获得硕士学位，在特文特大学获得博士学位。主要研究方向为微流体，软物质，生物技术等。
个人主页：http://sms.crpp-bordeaux.cnrs.fr/group/jean-christophe_baret
Droplet（《液滴》）是由吉林大学主办，与国际著名出版公司Wiley合作出版的英文国际性学术期刊，是国际上第一本全面报道液滴／气泡交叉领域科研成果的学术期刊。目前为季刊，已经连续出版４期，主要发表液滴／气泡相关领域的原创性研究论文、综述及评论性文章，重点报道与液滴／气泡相关的结构、材料和系统设计、制备和调控等方面的基础研究及工程应用。现任主编为中国科学院院士任露泉教授、美国加利福尼亚大学洛杉矶分校C.J.Kim教授。执行主编由香港理工大学王钻开教授担任。
目前，Droplet（《液滴》）已通过全球最具影响力的开放存取期刊目录（Directory of Open Access Journals, DOAJ）评估，正式被DOAJ数据库收录，旨在成为跨学科的高水平学术交流平台，展示液滴和气泡相关领域的前沿研究成果，推进国际科研传播与合作。
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