CN105771826B - 制备高粘度微乳化液滴的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了制备微乳化液滴的系统及方法。所述制备微乳化液滴的系统包括：第一收集管、内相流体入射管、外相流体入口以及第二收集管，其中，所述第一收集管和第二收集管的内壁是经过疏水处理的，所述疏水处理是通过下列步骤完成的：将疏水剂分别置于所述第一收集管和第二收集管中，并静置处理5～20秒，再分别对所述第一收集管和第二收集管进行干燥处理。本发明的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域。具体地，本发明涉及制备微乳化液滴的系统及方法。更具体地，本发明涉及制备微乳化液滴的系统、利用该系统制备微乳化液滴的方法以及利用该系统制备氧化锆陶瓷微球的方法。
背景技术
在利用微流体技术制备单分散性良好的液滴时，溶液中往往含有聚合物或纳米颗粒，这样就会造成溶液的粘度增大。在利用溶胶凝胶法制备凝胶微球时，为了防止凝胶过程中微球发生塌缩，需要提高溶胶中溶质的含量，并需要在溶胶中添加聚合物以调节其粘度，这也会造成液相体系粘度的增大。因此，稳定且高效地制备高粘度微乳化液滴的方法在工程、生命医学、材料合成、能源等领域有大量的需求。
传统方法诸如振动分散法、搅拌乳化法、流体聚焦法等都被用于制备高粘度微乳化液滴。对于振动分散法，由于高粘度溶液从喷口喷出形成液滴，在下坠过程中，由于重力和空气阻力的影响，很难获得尺寸均一、球形度较好的微球。对于搅拌乳化法，两种不相溶的液相在容器中被搅拌混合，由于容器中各处机械剪切力不均匀，使得之后形成的液滴尺寸相差较大。流体聚焦法是指将流体射流聚焦于另一种介质的某一点或某一层面，通过装置的辅助(微通道的结构和尺寸)而形成微气泡的方法。但是，利用流体聚焦法制备高粘度微乳化液滴时，由于内相流体粘度较大，很难被外相流体剪断，需要外相流量相比内相流量很大时才能稳定形成液滴，这会造成外相溶液消耗大，产率较低。因此，尽管在工程、生命医学、材料合成、能源等领域有着大量的需求，单分散且球形度较高的高粘度微乳化液滴仍然难以高效地制备。
然而，目前制备微乳化液滴的方法仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供制备微乳化液滴的系统、利用该系统制备微乳化液滴的方法以及利用该系统制备氧化锆陶瓷微球的方法。该制备微乳化液滴的系统或方法能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种制备微乳化液滴的系统。根据本发明的实施例，所述系统包括：第一收集管，所述第一收集管具有第一开口和第二开口；内相流体入射管，所述内相流体入射管的出口插入所述第一收集管的第一开口，所述内相流体入射管与所述第一收集管同轴设置；外相流体入口，所述外相流体入口是由所述内相流体入射管与所述第一收集管的第一开口之间的间隙构成的；以及第二收集管，所述第一收集管的第二开口插入所述第二收集管的入口，并且所述第二收集管与所述第一收集管同轴设置，其中，所述第一收集管和第二收集管的内壁是经过疏水处理的，所述疏水处理是通过下列步骤完成的：将疏水剂分别置于所述第一收集管和第二收集管中，并静置处理5～20秒，再分别对所述第一收集管和第二收集管进行干燥处理。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的一些实施例，上述制备微乳化液滴的系统还可以具有下列附加技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述第一收集管具有圆形纵截面，所述第二收集管具有正方形纵截面。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的一些实施例，所述第二收集管管径为400～1000微米，在所述第一收集管的第一开口处，所述内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为40～150微米，所述内相流体入射管的出口口径为80～270微米，所述内相流体入射管的出口与所述第一收集管的第一开口的距离为0.2～2厘米，所述第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1～1.5。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的一些实施例，所述第二收集管管径为1000微米，在所述第一收集管的第一开口处，所述内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为140微米，所述内相流体入射管的管口口径为250微米，所述内相流体入射管的出口与所述第一收集管的第一开口的距离为0.5～2厘米，所述第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的一些实施例，所述第二收集管管径为400微米，在所述第一收集管的第一开口处，所述内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为56微米，所述入射管的管口口径为100微米，所述内相流体入射管的出口与所述第一收集管的第一开口的距离为0.5～2厘米，所述第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种利用前面所描述的系统制备微乳化液滴的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将内相流体由所述内相流体入射管流入所述第一收集管中，同时，将外相流体由所述外相流体入口流入所述第一收集管中，以便在所述第一收集管中形成外相流体包内相流体的液滴；以及将所述液滴由所述第一收集管的第二开口流入所述第二收集管的入口，以便在所述第二收集管中形成内相流体包外相流体的微乳化液滴，其中，所述第一收集管和第二收集管预先进行疏水化处理，所述疏水处理是通过下列步骤完成的：将疏水剂分别置于所述第一收集管和第二收集管中，并静置处理5～20秒，再分别对所述第一收集管和第二收集管进行干燥处理。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的方法能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的一些实施例，所述内相流体流入所述第一收集管的速度高于所述外相流体流入所述第一收集管的速度，根据本发明的优选实施例，所述内相流体流入所述第一收集管的速度为1～80微升/分钟，所述外相流体流入所述第一收集管的速度为1～20微升/分钟。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的方法能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的一些实施例，所述内相流体为油相溶液，所述外相流体为水相溶液，所述内相流体的粘度低于所述外相流体的粘度。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的方法能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的一些实施例，所述第一收集管和第二收集管预先进行疏水化处理，所述疏水处理是通过下列步骤完成的：将疏水剂分别置于所述第一收集管和第二收集管中，并静置处理5～20秒。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的方法能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的一些实施例，所述外相流体的粘度大于100mPa·s且小于1410mPa·s，所述内相流体的粘度大于22.5mPa·s且小于等于100mPa·s。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的方法能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
在本发明的第三方面，本发明提出了一种利用前面所描述的系统制备氧化锆陶瓷微球的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)将含有2％道康宁749的纯液体石蜡油、氧化锆溶胶分别装入10ml注射针筒并分别用PE-5软管连接在微流体装置的内相流体入射管和外相流体入口，再将10ml注射针筒装载在数字控制流量泵上；(2)将外相流体流量调节至8微升/分钟，内相流量调节至32微升/分钟，利用盛有含2％道康宁749的纯液体石蜡油的培养皿收集所形成的微球；(3)将收集到的所述微球置于热盘上，在70℃加热30min，然后分别用三氯乙烯、10％的氨水溶液、去离子水、丙二醇甲醚清洗3次，然后自然风干；以及(4)将风干后的微球转移到坩埚中，在1500℃加热48h，形成氧化锆陶瓷微球，其中，所述第二收集管管径为400微米，在所述第一收集管的第一开口处，所述内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为56微米，所述入射管的管口口径为100微米，所述内相流体入射管的出口与所述第一收集管的第一开口的距离为0.5～2厘米，所述第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。由此，利用根据本发明实施例的制备氧化锆陶瓷微球的方法能够制备出氧化锆陶瓷微球，且氧化锆陶瓷微球的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的制备微乳化液滴的系统的结构示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的剖面示意图；
图3显示了根据本发明另一个实施例的剖面示意图；
图4显示了根据本发明一个实施例的内相流体入射管的管口示意图；
图5显示了根据本发明另一个实施例的制备微乳化液滴的系统的结构示意图；
图6显示了根据本发明一个实施例的生产效率对比图；
图7显示了根据本发明一个实施例的微乳化液滴示意图；
图8显示了根据本发明一个实施例的偏心率分布图；
图9(a)显示了根据本发明一个实施例的氧化锆陶瓷微球电子显微图片；以及
图9(b)显示了根据本发明一个实施例的氧化锆陶瓷微球截面电子显微图片。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提出了本发明公开了制备微乳化液滴的系统、利用该系统制备微乳化液滴的方法以及利用该系统制备氧化锆陶瓷微球的方法，下面将分别对其进行详细描述。
制备微乳化液滴的系统
在本发明的第一方面，本发明提出了一种制备微乳化液滴的系统。根据本发明的实施例，参见图1，该系统包括：第一收集管100，内相流体入射管200，外相流体入口300以及第二收集管400，其中，第一收集管100和第二收集管400的内壁是经过疏水处理的。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的具体实施例，第一收集管100具有第一开口110和第二开口120。
根据本发明的具体实施例，内相流体入射管200的出口插入第一收集管100的第一开口110，内相流体入射管200与第一收集管100同轴设置。图2显示了第一收集管和内相流体入射管的剖面示意图。由此，能够使内相流体通过内相流体入射管流入第一收集管中。
根据本发明的具体实施例，外相流体入口300是由内相流体入射管200与第一收集管100的第一开口110之间的间隙构成的。由此，能够使外相流体通过外相流体入口流入第一收集管中。
根据本发明的具体实施例，第一收集管100的第二开口120插入第二收集管400的入口，并且第二收集管400与第一收集管100同轴设置。图3显示了第一收集管与第二收集管的剖面示意图。由此，能够使在第一收集管中形成的液滴流入第二收集管中。
发明人发现，利用流体聚焦法制备微乳化液滴时，若内相粘度较大，则不容易被外相流体剪断，从而很难获得高粘度微乳化液滴。发明人经过大量实验发现，将第一收集管和第二收集管预先进行疏水化处理，内相流体由内相流体入射管流入第一收集管的同时，将外相流体由外相流体入口流入第一收集管中，以便在第一收集管中形成外相流体包内相流体的液滴。由于第一收集管预先进行疏水化处理，导致液滴流至第二开口处时发生挤压形变，表层膜变薄，使得内相流体粘附在管壁，导致液滴的表层膜破裂，从而在第二收集管中形成内相流体包外相流体的微乳化液滴。由于第二收集管预先进行疏水化处理，能够使微乳化液滴在外相流体的冲洗下流入收集装置中，从而防止微乳化液滴粘附在内壁上。若该制备微乳化液滴的系统不含第二收集管，将导致形成的微乳化液滴聚集成团，进而无法得到单分散性良好的微乳化液滴。由此，利用根据本发明的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的具体实施例，疏水处理是通过下列步骤完成的：将疏水剂分别置于第一收集管和第二收集管中，并静置处理5～20秒，再分别对第一收集管和第二收集管进行干燥处理。若第一收集管未经疏水化处理，内相流体不易在第二开口处粘附管壁，进而不易发生破裂，故较难实现形成反相包覆的效果。若第二收集管未经疏水化处理，形成的微乳化液滴有可能粘在内壁上，无法收集。具体地，先用丙酮超声清洗第一收集管和第二收集管，然后用氮气吹干，用第一收集管和第二收集管蘸取十八烷基三氯硅烷，利用毛细力将十八烷基三氯硅烷吸入管道内，处理10s后，用氮气吹干，以达到疏水目的。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
现有技术制备高粘度微乳化液滴时，通常以高粘度流体作为内相，以低粘度流体作为外相，由此需要大量的低粘度流体才能够剪切高粘度流体，否则无法形成微乳化液滴，由此大大增加了成本。根据本发明实施例的系统，可以以低粘度油相溶液作为内相流体，以高粘度水相溶液为外相流体，内相流体和外相流体同时流入第一收集管后，形成高粘度水包低粘度油的液滴，由于第一收集管预先进行疏水化处理，导致液滴流至第二开口处时发生挤压形变，表层膜变薄，使得内相流体粘附在管壁，导致液滴的表层膜破裂，从而在第二收集管中形成低粘度油包高粘度水的微乳化液滴。由此，流体的需要量相比于现有技术而言较少，且形成的微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
需要说明的是，外相流体由外相流体入口流入第一收集管中的方式不作严格限定。既可以利用注射器的尖端部位直接插入内相流体入射管与第一开口之间的间隙，以使外相流体注入第一收集管中；也可以利用注射器等仪器的非尖端部位将第一收集管开口处的外壁与内相流体入射管的外壁包裹住，并将尖端部位连接软管，向软管的另一端注入外相流体。同理地，内相流体由内相流体入射管流入第一收集管的方法如前所述，在此不再赘述。
根据本发明的实施例，疏水处理是通过下列步骤完成的：将疏水剂分别置于第一收集管和第二收集管中，并静置处理5～20秒，再分别对第一收集管和第二收集管进行干燥处理。由此，利用根据本发明的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且尺寸分布均匀，产率高。
根据本发明的实施例，第一收集管具有圆形纵截面，所述第二收集管具有正方形纵截面。由此，便于同轴设置，从而使得到的微乳化液滴尺寸更均匀。
根据本发明的实施例，第二收集管管径为400～1000微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为40～150微米，内相流体入射管的出口口径为80～270微米(如图4中所示H)，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为0.2～2厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1～1.5。
根据本发明的具体实施例，第二收集管管径为1000微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为140微米，内相流体入射管的出口口径为250微米，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为0.5～2厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
根据本发明的具体实施例，第二收集管管径为400微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为56微米，内相流体入射管的出口口径为100微米，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为0.5～2厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
发明人发现，第二收集管管径、内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离、内相流体入射管的出口口径、内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离第二收集管的管径与第一收集管的管径之比对形成微乳化液滴及其单分散性、球形度、产率具有显著影响。经过大量实验优化得到上述最优条件，在此条件下能够有效地制备微乳化液滴，尤其是高粘度微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
制备微乳化液滴的方法
在本发明的第二方面，本发明提出了一种利用前面所描述的系统制备微乳化液滴的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将内相流体由内相流体入射管流入第一收集管中，同时，将外相流体由外相流体入口流入第一收集管中，以便在第一收集管中形成外相流体包内相流体的液滴；以及将液滴由第一收集管的第二开口流入第二收集管的入口，以便在第二收集管中形成内相流体包外相流体的微乳化液滴，其中，第一收集管和第二收集管预先进行疏水化处理，疏水处理是通过下列步骤完成的：将疏水剂分别置于第一收集管和第二收集管中，并静置处理5～20秒，再分别对第一收集管和第二收集管进行干燥处理。利用该制备微乳化液滴的方法能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
发明人经过大量实验发现，将第一收集管和第二收集管预先进行疏水化处理，内相流体由内相流体入射管流入第一收集管的同时，将外相流体由外相流体入口流入第一收集管中，以便在第一收集管中形成外相流体包内相流体的液滴。由于第一收集管预先进行疏水化处理，导致液滴流至第二开口处时发生挤压形变，表层膜变薄，使得内相流体粘附在管壁，导致液滴的表层膜破裂，从而在第二收集管中形成内相流体包外相流体的微乳化液滴。由于第二收集管预先进行疏水化处理，能够使微乳化液滴在外相流体的冲洗下流入收集装置中，从而防止微乳化液滴粘附在内壁上。若该制备微乳化液滴的系统不含第二收集管，将导致形成的微乳化液滴聚集成团，进而无法得到单分散性良好的微乳化液滴。由此，利用根据本发明的制备微乳化液滴的系统能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
若第一收集管未经疏水化处理，内相流体不易在第二开口处粘附管壁，进而不易发生破裂，故较难实现形成反相包覆的效果。若第二收集管未经疏水化处理，形成的微乳化液滴有可能粘在内壁上，无法收集。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的方法能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的实施例，内相流体流入第一收集管的速度高于外相流体流入第一收集管的速度，根据本发明的优选实施例，内相流体流入第一收集管的速度为1～80微升/分钟，外相流体流入第一收集管的速度为1～20微升/分钟。发明人经过大量实验优化得到最优的内相流体和外相流体的流速。内相流体的流速大于外相流体的流速，以保证形成的外相流体包内相流体的液滴较大，从而使得液滴能够在第一收集管的第二开口处发生破裂，以得到内相流体包外相流体的微乳化液滴。若内相流体的流速小于外相流体的流速，则形成的液滴尺寸较小，将直接从第二开口处流出，无法破裂。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的方法能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
根据本发明的实施例，内相流体为油相溶液，外相流体为水相溶液，内相流体的粘度低于外相流体的粘度。根据本发明的另一个实施例，外相流体的粘度大于100mPa·s且小于1410mPa·s(可视为高粘度)，内相流体的粘度大于22.5mPa·s且小于等于100mPa·s(可视为低粘度)。制备高粘度微乳化液滴时，可以以低粘度油相溶液作为内相流体，以高粘度水相溶液为外相流体，内相流体和外相流体同时流入第一收集管后，形成高粘度水包低粘度油的液滴，由于第一收集管预先进行疏水化处理，导致液滴流至第二开口处时发生挤压形变，表层膜变薄，使得内相流体粘附在管壁，导致液滴的表层膜破裂，从而在第二收集管中形成低粘度油包高粘度水的微乳化液滴。由此，利用根据本发明实施例的制备微乳化液滴的方法能够制备出微乳化液滴，尤其是较高粘度的微乳化液滴，且微乳化液滴的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
本领域技术人员能够理解的是，前面针对制备微乳化液滴的系统所描述的特征和优点，同样适用于该制备微乳化液滴的方法，在此不再赘述。
制备氧化锆陶瓷微球的方法
在本发明的第三方面，本发明提出利用前面所描述的系统制备氧化锆陶瓷微球的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：(1)将含有2％道康宁749的纯液体石蜡油、氧化锆溶胶分别装入10ml注射针筒并分别用PE-5软管连接在微流体装置的内相流体入射管和外相流体入口，再将10ml注射针筒装载在数字控制流量泵上；(2)将外相流体流量调节至8微升/分钟，内相流量调节至32微升/分钟，利用盛有含2％道康宁749的纯液体石蜡油的培养皿收集所形成的微球；(3)将收集到的微球置于热盘上，在70℃加热30min，然后分别用三氯乙烯、10％的氨水溶液、去离子水、丙二醇甲醚清洗3次，然后自然风干；以及(4)将风干后的微球转移到坩埚中，在1500℃加热48h，形成氧化锆陶瓷微球，其中，第二收集管管径为400微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为56微米，入射管的管口口径为100微米，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为0.5～2厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。由此，利用根据本发明实施例的制备氧化锆陶瓷微球的方法能够制备出氧化锆陶瓷微球，且氧化锆陶瓷微球的单分散性较好、球形度较高、尺寸分布均匀、产率高。
本领域技术人员能够理解的是，前面针对制备微乳化液滴的系统所描述的特征和优点，同样适用于该制备氧化锆陶瓷微球的方法，在此不再赘述。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
氧化锆溶胶以如下方法配置：秤取一定质量的硝酸氧锆和硝酸钇，将其溶解于去离子水中，在70℃环境下水浴加热30min，使各自物质的量浓度分别达到1.063M和0.093M；秤取一定质量的六次甲基四胺和尿素，将其溶解于去离子水中，使各自物质的量浓度分别达到3.2M和3.2M。在低温4-6℃环境下，将上述两种溶液混合均匀，制得氧化锆溶胶。
实施例1
在该实施例中，按照下列步骤设置制备微乳化液滴的系统：
首先，用丙酮超声清洗第一收集管和第二收集管，然后用氮气吹干，用第一收集管100和第二收集管400蘸取十八烷基三氯硅烷，利用毛细力将十八烷基三氯硅烷吸入管道内，处理10s后，用氮气吹干，以达到疏水目的；以载玻片500作为基板，将内相流体入射管200从第一收集管100的第一开口插入并同轴设置，第一收集管100的第二开口从第二收集管400的入口插入，并同轴设置；第一收集管100第一开口和内相流体入射管200入口分别粘有针头600，针头600与PE-5软管700相连，软管700另一端连有注射针筒800，用以注入流体。第二收集管400入口粘有针头，以起到密封作用。具体详见图5。
实施例2
在该实施例中，利用实施例1所得到的系统制备微乳化液滴。其中，第二收集管管径为400微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为56微米，内相流体入射管的出口口径为100微米，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为1.5厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
具体制备步骤如下：
(1)将粘度为28.9mPa·s的纯液体石蜡油、粘度为1410mPa·s的纯甘油分别装入10ml注射针筒并分别用PE-5软管连接系统的内相流体入射管、外相流体入口，再将10ml注射针筒装载在数字控制流量泵上。
(2)将外相流体流量分别调节至0.2、2.5、5、8、10、12.5、15、16μl/min，分别对应的将内相流量分别调节至0.8、10、20、32、40、50、60、64μl/min。利用高速摄像机观察高粘度液滴形成过程，并统计不同流量下的生产效率。
实施例3
在该实施例中，利用实施例1所得到的系统制备微乳化液滴。其中，第二收集管管径为1000微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为140微米，内相流体入射管的出口口径为250微米，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为1.5厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
具体制备步骤如下：
(1)将粘度为28.9mPa·s的纯液体石蜡油、粘度为1410mPa·s纯甘油分别装入10ml注射针筒并分别用PE-5软管连接微流体装置的内相流体入射管、外相流体入口，再将10ml注射针筒装载在数字控制流量泵上。
(2)将外相流体流量调节至4、6.4、6.8、7.2、8.4、9、9.6、11、12、13、14、14.5、15.6μl/min，内相流量分别调节至16、25.4、27.2、28.8、33.6、36、38.4、44、48、52、56、58、63.6μl/min。利用高速摄像机观察高粘度液滴形成过程，并统计不同流量下的生产效率。
实施例4
在该实施例中，利用实施例1所得到的系统制备微乳化液滴。其中，第二收集管管径为1000微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为140微米，内相流体入射管的出口口径为250微米，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为1.5厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
具体制备步骤如下：
(1)将粘度为28.9mPa·s的纯液体石蜡油、粘度为22.5mPa·s的75％甘油分别装入10ml注射针筒并分别用PE-5软管连接微流体装置的内相流体入射管、外相流体入口，再将10ml注射针筒装载在数字控制流量泵上。
(2)将外相流体流量调节至6、8、10、12、14、16μl/min，内相流量分别调节至24、32、40、48、56、64μl/min。利用高速摄像机观察高粘度液滴形成过程，并统计不同流量下的生产效率。
实施例5
在该实施例中，利用实施例1所得到的系统制备微乳化液滴。其中，第二收集管管径为1000微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为140微米，内相流体入射管的出口口径为250微米，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为1.5厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
具体制备步骤如下：
(1)将粘度为28.9mPa·s的纯液体石蜡油、粘度为219mPa·s的90％甘油分别装入10ml注射针筒并分别用PE-5软管连接微流体装置的内相流体入射管、外相流体入口，再将10ml注射针筒装载在数字控制流量泵上。
(2)将外相流体流量调节至6、8、10、12、14、16μl/min，内相流量分别调节至24、32、40、48、56、64μl/min。利用高速摄像机观察高粘度液滴形成过程，并统计不同流量下的生产效率。
实施例6
在该实施例中，利用实施例1所得到的系统制备微乳化液滴。其中，第二收集管管径为1000微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为140微米，内相流体入射管的出口口径为250微米，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为1.5厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
具体制备步骤如下：
(1)将粘度为28.9mPa·s的纯液体石蜡油、粘度为523mPa·s的95％甘油分别装入10ml注射针筒并分别用PE-5软管连接微流体装置内相流体入射管、外相流体入口，再将10ml注射针筒装载在数字控制流量泵上。
(2)将外相流体流量调节至6、8、10、12、14、16μl/min，内相流量分别调节至24、32、40、48、56、64μl/min。利用高速摄像机观察高粘度液滴形成过程，并统计不同流量下的生产效率。
对比例
在该对比例中，制备微乳化液滴的系统与实施例1的系统的区别在于：
1)不含第二收集管；
2)第一收集管未经疏水化处理。
利用所得到的系统制备微乳化液滴，具体步骤如下：
(1)将粘度为28.9mPa·s的纯液体石蜡油、粘度为1410mPa·s的纯甘油分别装入10ml注射针筒并分别用PE-5软管连接微流体装置的内相流体入射管、外相流体入口，再将10ml注射针筒装载在数字控制流量泵上。
(2)将外相流体流量调节至0.2、0.4、0.8、1.2、2μl/min，内相流量分别调节至5、10、20、30、50μl/min。利用高速摄像机观察高粘度液滴形成过程，并统计不同流量下的生产效率。
分析
实施例1～6及对比例所得到的微乳化液滴的产率如图6所示。
发明人具有如下发现：
对比例所得到的微乳化液滴的产率较低，原因是不做疏水处理，内相流体会粘在第一收集管的管壁上，不易发生破裂，故较难达到形成反相包覆的效果。此外，不添加第二收集管，形成的微乳化液滴聚集成团，形成的单分散的微乳化液滴较少。
实施例1～6所得到的微乳化液滴的产率比对比例高，且当第二收集管管径为400微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为56微米，入射管的管口口径为100微米，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为1.5厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05时，产率最高。
实施例7
分别将实施例1～6所得到的微乳化液滴收集在盛有液态石蜡油的培养皿中，通过光学显微镜对微乳化液滴的进行观察，发现获得的微乳化液滴尺寸均匀(如图7所示)。图8给出了微乳化液滴的偏心率，偏心率ε等于最小外接圆直径与最大内接圆直径之比。球形度量化指标可以由“偏心率”来评价。可以看出偏心率均在0.98-1.04之间，由此说明微乳化液滴的球形度较高。
实施例8
在该实施例中，利用实施例1所得到的系统制备氧化锆陶瓷微球。其中，第二收集管管径为400微米，在第一收集管的第一开口处，内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为56微米，入射管的管口口径为100微米，内相流体入射管的出口与第一收集管的第一开口的距离为1.5厘米，第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
具体制备步骤如下：
(1)将含有2％道康宁749的纯液体石蜡油、氧化锆溶胶分别装入10ml注射针筒并分别用PE-5软管连接微流体装置内相流体、外相流体入口，再将10ml注射针筒装载在数字控制流量泵上。
(2)将外相流体流量调节至8微升/分钟，内相流量调节至32微升/分钟。当形成稳定微乳化液滴时，利用盛有含2％道康宁749的纯液体石蜡油的培养皿收集所形成的微球。
(3)将收集到的微球滴置于热盘上，在70℃加热30min，然后分别用三氯乙烯、10％的氨水溶液、去离子水、丙二醇甲醚清洗3次，然后自然风干。
(4)将风干后的微球转移到坩埚中，缓慢升温至1500℃，经过48h之后，微球中的有机物被烧掉，形成氧化锆陶瓷微球。
图9(a)和图9(b)给出了氧化锆陶瓷微球的电子显微图和截面电子显微图，可以看出所得到的氧化锆陶瓷微球球形度较好。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种制备高粘度微乳化液滴的系统，其特征在于，包括：
第一收集管，所述第一收集管具有第一开口和第二开口；
内相流体入射管，所述内相流体入射管的出口插入所述第一收集管的第一开口，所述内相流体入射管与所述第一收集管同轴设置；
外相流体入口，所述外相流体入口是由所述内相流体入射管与所述第一收集管的第一开口之间的间隙构成的；以及
第二收集管，所述第一收集管的第二开口插入所述第二收集管的入口，并且所述第二收集管与所述第一收集管同轴设置，
其中，
所述第一收集管和第二收集管的内壁是经过疏水处理的，
所述疏水处理是通过下列步骤完成的：
将疏水剂分别置于所述第一收集管和第二收集管中，并静置处理5～20秒，再分别对所述第一收集管和第二收集管进行干燥处理，
所述内相流体入射管的出口与所述第一收集管的第一开口的距离为0.2～2厘米，
所述第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1～1.5，
所述外相流体的粘度为大于100mPa·s且小于1410mPa·s。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一收集管具有圆形纵截面，所述第二收集管具有正方形纵截面。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述第二收集管管径为400～1000微米，
在所述第一收集管的第一开口处，所述内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为40～150微米，
所述内相流体入射管的出口口径为80～270微米。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述第二收集管管径为1000微米，
在所述第一收集管的第一开口处，所述内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为140微米，
所述内相流体入射管的管口口径为250微米，
所述内相流体入射管的出口与所述第一收集管的第一开口的距离为0.5～2厘米，
所述第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述第二收集管管径为400微米，
在所述第一收集管的第一开口处，所述内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为56微米，
所述入射管的管口口径为100微米，
所述内相流体入射管的出口与所述第一收集管的第一开口的距离为0.5～2厘米，
所述第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
6.一种利用权利要求1～5任一项所述的系统制备高粘度微乳化液滴的方法，其特征在于，包括：
将内相流体由所述内相流体入射管流入所述第一收集管中，同时，将外相流体由所述外相流体入口流入所述第一收集管中，以便在所述第一收集管中形成外相流体包内相流体的液滴；以及
将所述液滴由所述第一收集管的第二开口流入所述第二收集管的入口，以便在所述第二收集管中形成内相流体包外相流体的高粘度微乳化液滴，
其中，
所述第一收集管和第二收集管预先进行疏水化处理，所述疏水处理是通过下列步骤完成的：
将疏水剂分别置于所述第一收集管和第二收集管中，并静置处理5～20秒，再分别对所述第一收集管和第二收集管进行干燥处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述内相流体流入所述第一收集管的速度高于所述外相流体流入所述第一收集管的速度，
优选地，
所述内相流体流入所述第一收集管的速度为1～80微升/分钟，
所述外相流体流入所述第一收集管的速度为1～20微升/分钟。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述内相流体为油相溶液，
所述外相流体为水相溶液，
所述内相流体的粘度低于所述外相流体的粘度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述外相流体的粘度大于100mPa·s且小于1410mPa·s，
所述内相流体的粘度大于22.5mPa·s且小于等于100mPa·s。
10.一种利用权利要求1或2所述的制备高粘度微乳化液滴的系统制备氧化锆陶瓷微球的方法，其特征在于，包括：
(1)将含有2％道康宁749的纯液体石蜡油、氧化锆溶胶分别装入10ml注射针筒并分别用PE-5软管连接在微流体装置的内相流体入射管和外相流体入口，再将10ml注射针筒装载在数字控制流量泵上；
(2)将外相流体流量调节至8微升/分钟，内相流量调节至32微升/分钟，利用盛有含2％道康宁749的纯液体石蜡油的培养皿收集所形成的微球；
(3)将收集到的所述微球置于热盘上，在70℃加热30min，然后分别用三氯乙烯、10％的氨水溶液、去离子水、丙二醇甲醚清洗3次，然后自然风干；以及
(4)将风干后的微球转移到坩埚中，在1500℃加热48h，形成氧化锆陶瓷微球，
其中，
所述第二收集管管径为400微米，
在所述第一收集管的第一开口处，所述内相流体入射管的外壁与第一收集管的内壁的距离为56微米，
所述入射管的管口口径为100微米，
所述内相流体入射管的出口与所述第一收集管的第一开口的距离为0.5～2厘米，
所述第二收集管的管径与第一收集管的管径之比为1.05。
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