Continuous-flow viscoelastic profiling of calcium alginate hydrogel microspheres using a microfluidic Lab-on-a-chip device

微流控 微球 海藻酸钙 实验室晶片 粘弹性 自愈水凝胶 材料科学 纳米技术 生物医学工程 化学工程 复合材料 高分子化学 医学 工程类 冶金
作者
Jin Hong Mok,Ye Niu,Yi Zhao
出处
期刊:Food Hydrocolloids [Elsevier]
卷期号:153: 109979-109979 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.foodhyd.2024.109979
摘要

Calcium alginate hydrogel microspheres, distinguished by their unique viscoelastic attributes, have found valuable utility in encapsulating bioactive components and facilitating targeted release applications. However, the rapid profiling of the viscoelasticity of these hydrogel microspheres has posed a significant challenge. In this study, we have developed a continuous-flow methodology for swift viscoelastic profiling of a substantial population of hydrogel microspheres, employing embedded electrode pairs and validated with 0.5–2.0% w/v Ca-alginate hydrogel microspheres. Our approach involves the measurement of microsphere size and travel trajectories through the observation of electric signal variations across the embedded electrode pairs. These signals arise from the displacements of the leading and trailing edges of the microspheres. By applying a quasi-linear viscoelastic (QLV) model to interpret the electric signals, we can effectively deduce the viscoelastic properties of the microspheres. Notably, this innovative technique enables fast viscoelasticity screening with a concise constriction channel featuring a minimal number of electrode pairs. The measurement is independent of the applied flow rate. The outcome of our work has led to significantly improved measurement throughput of up to 2650 counts/min for Ca-alginate hydrogel microspheres with 0.5% w/v. Furthermore, this approach can distinguish hydrogel microspheres of varying qualities and chemical compositions based on their viscoelastic properties. This breakthrough holds significant promise for real-time sorting and separation of microspheres, which is particularly useful for developing innovative food structures and texturizers, along with possibilities across a wide spectrum of engineered foods, such as plant-based, printable or bioinspired hydrogels.
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