Design automation of microfluidic single and double emulsion droplets with machine learning

微流控 自动化 计算机科学 吞吐量 概化理论 乳状液 产量(工程) 工艺工程 纳米技术 流量(数学) 材料科学 机械工程 机械 化学工程 工程类 数学 复合材料 电信 统计 物理 无线
作者
Ali Lashkaripour,David McIntyre,Suzanne G. K. Calhoun,Karlheinz Krauth,Douglas Densmore,Polly M. Fordyce
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:7
标识
DOI:10.1038/s41467-023-44068-3
摘要

Abstract Droplet microfluidics enables kHz screening of picoliter samples at a fraction of the cost of other high-throughput approaches. However, generating stable droplets with desired characteristics typically requires labor-intensive empirical optimization of device designs and flow conditions that limit adoption to specialist labs. Here, we compile a comprehensive droplet dataset and use it to train machine learning models capable of accurately predicting device geometries and flow conditions required to generate stable aqueous-in-oil and oil-in-aqueous single and double emulsions from 15 to 250 μm at rates up to 12000 Hz for different fluids commonly used in life sciences. Blind predictions by our models for as-yet-unseen fluids, geometries, and device materials yield accurate results, establishing their generalizability. Finally, we generate an easy-to-use design automation tool that yield droplets within 3 μm (<8%) of the desired diameter, facilitating tailored droplet-based platforms and accelerating their utility in life sciences.

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