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高質(zhì)量晶體的制備對(duì)制藥工程、精細(xì)化工和生物工程等領(lǐng)域至關(guān)重要，而晶體的質(zhì)量取決于晶體的純度、形貌和顆粒群特性。目前，對(duì)于微量、高端生物系統(tǒng)的晶體制備，多采用微液滴蒸發(fā)濃縮方法。微尺度液滴內(nèi)的固液兩相流動(dòng)傳遞機(jī)理和晶體生長(zhǎng)的精確調(diào)控過(guò)程研究，也成為晶體工程的前沿?zé)狳c(diǎn)。

近日，大連理工大學(xué)姜曉濱教授、賀高紅教授提出利用高精度3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)制備微尺度結(jié)晶器。該結(jié)晶器表面具有微米級(jí)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和坑道結(jié)構(gòu)，是優(yōu)異的誘導(dǎo)成核異相界面，集成高精度液滴滴加系統(tǒng)和在線顯微觀測(cè)系統(tǒng)，精準(zhǔn)調(diào)控了微液滴放置位置、滴加體積的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)和數(shù)據(jù)采集分析（圖1）。

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圖1 （1）點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和（B）坑道結(jié)構(gòu)建模及SEM圖片；（C）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

進(jìn)一步，在微結(jié)晶器上研究復(fù)雜的橫跨液滴結(jié)晶過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在蒸發(fā)濃縮進(jìn)程中，由于液相與結(jié)晶器界面的作用力，液相界面在經(jīng)過(guò)結(jié)晶器坑道的過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷2個(gè)接觸角驟變點(diǎn)，對(duì)液滴內(nèi)部的流場(chǎng)、結(jié)晶成核能壘有顯著影響（圖2）。這一發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)不同曲率的微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體成核位置和速率分布精確調(diào)控，提供了重要理論基礎(chǔ)。

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圖2?（A）橫跨液滴形貌示意圖；（B）液滴不同分區(qū)形貌狀態(tài)及三相點(diǎn)受力情況；（C）橫跨液滴接觸角和成核能壘隨蒸發(fā)時(shí)間變化圖

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以上相關(guān)成果發(fā)表在化工領(lǐng)域權(quán)威期刊AICHE Journal（AIChE Journal, 2020, 10.1002/aic.16280），申請(qǐng)美國(guó)、歐盟發(fā)明專(zhuān)利各1項(xiàng)（US20200108330，EP3530726A1）。論文的第一作者為姜曉濱教授，通訊作者為賀高紅教授。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21676043, 21527812）、科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2016RA4053）、大連理工大學(xué)科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)專(zhuān)題（DUT19TD33）支持。

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