三、微流控芯片生成微液滴
如前所述，采用微流控芯片生成液滴主要是流体控制，常见的芯片形式如下：a）T-junction；b）Flow-focusing；c）Co-flow；d）Through-holes；e）Step emulsification。具体应用中，根据需求结构会有适当的变化，尤其是应用最广的Flow-focusing结构，变化最多。
a.
b.
c.
d.
e.
Figure 6
采用芯片形式，微液滴主要受三组影响因素的控制：
a）管道尺寸；
b）流体性质（粘度、界面张力、表面活性剂等）；
c）流体控制（速度、压力等）。
三组参数对液滴的直径均有影响，其中流体控制影响最大，也是最容易实现液滴直径调节的因素。
对于常用的T-junction和Flow-focusing结构，液滴在管道内的形成模式（regime），包括了squeezing、dripping和jetting（Figure 7）。通过图示和名称，可以看出也地在每个regime中，控制力不同，液滴行为不同，直径也不同。目前应用类的文章，通常选取dripping区域，squeezing液滴生成速度较慢，jetting会有大量的satellite液滴，影响液滴粒径分布。如果进行基础研究，squeezing和jetting区域非常有意义，因为液滴受到更多的控制力作用。
Figure 7
微液滴形成常见的芯片材质选择包括了PDMS、玻璃和PMMA代表的硬质塑料。上述材料各有优缺点，且非常的明显，有经验的研究人员都会根据需求自己选择。如果对领域尚不熟悉，建议采取PDMS芯片，通过在供应商处加工硅片模具，进行PDMS倒模。这种方式，周期短、成本低，适合新进入领域的研究人员快速上手。另外PDMS材质相对比较灵活，流体连接简单，和其他功能单元相对兼容容易（例如芯片上注入液体电极等）。新进入领域的研究人员，定制芯片之后，配备注射泵就可以进行流体控制，开展试验。对流体控制精度高的可以选择Harvard注射泵，普通精度的可以选择兰格注射泵，中芯启恒均可以提供，以及相关耗材可供选择。
四、微液滴的操控
化工有单元操作、生物有protocal、设备有SOP，标准化操作有利于效率的提高和产品的推广。微流控领域的unit operation也越来越深入人心，离心芯片领域的知名综述（Centrifugal microfluidic platforms: advanced unit operations andapplications），MIT的乐高模块，都在逐步的推进芯片领域的标准单元操作，试图将芯片单元化，逐步解决目前领域内无标准，应用推广困难的问题。这对于分析背景的研究人员，无疑是一个巨大的利好，不需要再过多考虑芯片和外设搭建的问题，可以专注于分析方法的建立。
微液滴在材料领域的应用多数在液滴形成的时候，已经将所需的液体包括在液滴中。而液滴在生化领域的应用，涉及到多步反应或者逐步操作。以分析领域为例，其单元操作主要包括了加样、稀释、浓缩、萃取、过滤等。为了满足应用需求，研究人员已经建立了针对微液滴的融合、分裂、筛选、捕获等单元操作，满是常规分析领域的操作需求（Microfluidic Droplet Manipulations and Their Applications），可以将微液滴应用于复杂的分析过程。将各种不同的单元操作集成在一起，可以完成复杂的分析功能，几个比较有代表性的应用如Table 1所示。
Table 1
序号 | 应用 | 参考文献 |
1 | 多种流体正交试验（Figure 8） | Massively parallel and multiparameter titration of biochemical assays with droplet microfluidics |
2 | 液滴测序（Figure 9） | Single-cell barcoding and sequencing using droplet microfluidics |
3 | 液滴和电极结合，控制加样溶液和加样量（Figure 10） | High-throughput injection with microfluidics using picoinjectors |
4 | 单细胞分析和筛选（Figure 11） | Single-cell analysis and sorting using droplet-based microfluidics |
Figure 8
Figure 9
Figure 10
对于一个分析工具，可考察的变量（维度）是至关重要的。以药物筛选为例，常规工具至少要提供两个变量，药物种类和浓度，才能完成药物筛选的基本需求。
常规液滴方式（不具有上述单元操作功能的芯片），单个实验产生的液滴都是一致的，最多可提供一个变量。只能通过降低内相溶液溶质含量较低（溶质是待测的），通过泊松分布，实现液滴中有或者没有溶质，这就是典型的数字PCR的操作。上述维度的实现，是通过溶质浓度调节的，因此这个维度的应用非常有限，服从泊松分布情况下，维度的调节能力非常有限，因此可以应用于数字PCR，这对于其他分析技术来说是不合适的。
如上所述，微液滴作为分析工具，稳定可控的提供多个变量，对其应用是至关重要的，上述的单元操作可以提供，Figure8和Figure10分别提供了两个应用实例，同时实现液体种类和含量的调节。
此外，笔者认为有必要提一下barcode技术（Barcoded point-of-care bioassays），barcode虽然不是新技术，给液滴增加了一个可考察的变量。barcode在保证待测溶质丰度的同时，提供了一个标记维度，而且标记的维度可以很多，类似流式的编码微球，可以说barcode极大地扩展了液滴在分子和测序领域的应用（indrop seq和drop-seq）。
