CN107638836A - 一种多重乳液制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多重乳液制备系统，包括微流控芯片以及与微流控芯片连接的输液装置，所述微流控芯片具有多个单相进液口，所述输液装置包括控制器及与控制器连接的输液单元，所述输液单元包括运行台、缓冲储液装置、溢流装置、循环瓶及微泵；在所述运行台上设置有第一传动器和第二传动器，所述缓冲储液装置连接在所述第一传动器上，所述溢流装置连接在所述第二传动器上；在所述运行台上还设置有激光测高器，所述控制器与所述激光测高器、第一传动器和第二传动器连接。本发明通过调节溢流高度控制流体进入量，实现流体稳定通入的循环溢流多重乳液制备系统，该系统能够在无人值守的情况下，稳定制备多重乳液，并提高不同批次制备的乳液的稳定性。

Description

一种多重乳液制备系统

所属领域

本发明涉及多重乳液制备系统，具体涉及的是一种为解决乳液制备过程中连续不断稳定进样、不同批次制备的多重乳液稳定性偏差大及乳液制备效率低而设计的具有循环溢流结构特征的多重乳液制备系统。

背景技术

乳液是一种高度嵌套的结构化流体体系，多重乳液则是乳液中实现了多相嵌套的更为复杂的流体系统。多重乳液被广泛应用于生物医学、能源环境、化学材料等领域中，并且其应用场景越来越广泛。传统的多重乳液制备方式，由于工艺和原理的限制，会造成大量的原材料浪费，同时其制取的多重乳液质量差、制备效率低、乳液单分散性差等问题。

为了解决传统制备方法的缺陷，微流控技术被应用于单分散性好、原材料利用率高的多重乳液制备中。尽管微流控装置具有体积小、液体流动可控、消耗样品和试剂量少、易于操控、不易造成交叉污染等优点，但是在其制备过程中仍然存在不可避免的问题：1.现有的微流控系统几乎都是基于蠕动泵驱动注射器将流体注入微通道中，多重乳液在生成过程中不可避免的会受到蠕动泵的稳定性影响；2.当注射器中的液体用完之后，需要进行换液操作，此情况下会造成不同批次之间制备的多重乳液质量有差异，此外，换液操作还不能实现连续不断的乳液制备。这两个问题，限制了多重乳液在无人值守情况下，连续不断进样并实现稳定制备，大大影响了多重乳液的制备效率及不同批次制备的稳定性。为此，迫切需要开发一种能够在乳液制备过程中连续不断进样、并提高多重乳液制备效率及批次稳定性的制备系统。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是针对上述多重乳液制备过程中液体稳定连续进液问题，批次稳定性差，制备效率低，而提供了一种在保证乳液产量、均匀性的条件下，能够在无人值守条件下实现多重乳液制备的循环溢流型多重乳液制备系统。

技术方案：为解决传统多重乳液制备上存在的上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种多重乳液制备系统，包括微流控芯片以及与微流控芯片连接的输液装置，所述微流控芯片具有多个单相进液口，其特征在于：所述输液装置包括控制器及与控制器连接的输液单元，所述输液单元包括运行台、缓冲储液装置、溢流装置、循环瓶及微泵；在所述运行台上设置有第一传动器和第二传动器，所述第一传动器位于所述第二传动器上方，所述缓冲储液装置连接在所述第一传动器上，所述溢流装置连接在所述第二传动器上，所述溢流装置进口与所述缓冲储液装置出口相连，所述溢流循环装置的溢流循环出口与所述循环瓶相连，所述溢流装置出口与所述微流控芯片的单相进液口相连，所述微泵与所述循环瓶相连后与所述缓冲储液装置相连；在所述运行台上还设置有用于监控所述缓冲储液装置的高液点及低液点的激光测高器，所述控制器与所述激光测高器、第一传动器和第二传动器连接，所述控制器根据所述激光测高器获取的缓冲储液装置的高液点及低液点控制所述第一传动器和第二传动器在所述运行台上上下移动。

本发明溢流装置采用内衬瓶复合溢流结构，通过溢流循环出口保证内衬瓶始终处在溢流稳压状态。溢流装置进口采用J形进口管，防止液体直接通入时冲击内衬瓶内的压力稳定；运行台上安装有激光测高器，监控缓冲储液装置的高液点及低液点。

溢流装置由J形进口管、内衬瓶(直径为d，高度为1)、外瓶(直径为D，高度为L)、溢流装置出口、溢流循环出口及阀门组成。J形进口管为J状弯管且管径不断收缩的结构，保证由缓冲储液装置中通入的液体不会直接对内衬瓶中液体造成冲击，影响内衬瓶中的压力稳定。内衬瓶尺寸为1/2D＜d＜3/4D，3/5L＜1＜4/5L，此状态下，内衬瓶处于最优溢流状态。液体通过J形进口管进入内衬瓶中，需要保证其一直处于溢流状态才能使该系统一直稳定运行。

缓冲储液装置设置在溢流装置的上部，通过微泵，将循环瓶中的液体直接注入缓冲储液装置中。缓冲储液装置中对流体进行缓冲，可有效减少循环瓶液体注入过程总对溢流装置内部压力稳定性的影响。同时，缓冲储液装置的传动器上固定有激光测高器，分别位于传动器的上端及下端。当缓冲储液装置内的液体超过上端测高器，信号将反馈至控制器，由控制器断掉微泵的工作，而当缓冲储液装置内的液体低于下端测高器，信号将反馈至控制器，由控制器启动微泵工作，将循环瓶中的液体泵入缓冲储液装置中，保证缓冲储液瓶中的液体始终处于合理的范围。

运行台为金属框架台，包括传动轨道，传动器及顶部传动器上安装的两个激光测高器。传动器与控制器相连，将实时高度位置转换成电信号输出，并接收控制器发出的电信号，分别调节两个传动器高度，达到控制缓冲储液装置及溢流装置高度的目的。

微流控芯片可采用当前使用比较广泛的PDMS光刻芯片、毛细管组装结构芯片、PDMS组装结构芯片等。

有益效果：本发明多重乳液制备系统，通过基于雷诺溢流原理的溢流装置，使整体装置处与溢流状态，并且该溢流装置采用内衬瓶复合溢流结构，通过溢流循环出口保证内衬瓶始终处在溢流稳压状态；溢流装置中采用J形进口管，可有效防止液体直接通入时冲击内衬瓶内的造成压力波动，增强系统的压力稳定性；采用激光测高监控缓冲储液装置的高液点及低液点，通过高度反馈控制微泵始终泵入液体，保证缓冲储液装置中始终处于液体负荷状态；该型多重乳液制备系统可在无人值守条件下，不进行换液操作就可以进行多重乳液的连续生产制备，同时由于改性装置中各个通道采用的是压力驱动，其稳定性优于传统的采用泵注入的方式，使多重乳液能够稳定制备。本发明通过调节溢流高度控制流体进入量，实现流体稳定通入的循环溢流多重乳液制备系统，该系统能够在无人值守的情况下，稳定制备多重乳液，并提高不同批次制备的乳液的稳定性。

附图说明

图1是本发明多重乳液制备系统示意图。

图2是本发明多重乳液制备系统中单个循环溢流通道单元示意图。

图3是本发明多重乳液制备系统中缓冲储液装置示意图。

图4是本发明多重乳液制备系统中溢流装置示意图。

图5是本发明多重乳液制备系统实施例1中制备一个内液滴双重乳液。

图6是本发明多重乳液制备系统实施例1中制备两个内液滴双重乳液。

图7是本发明多重乳液制备系统实施例1中制备三个内液滴双重乳液。

图8是本发明多重乳液制备系统实施例2中制备三重乳液。

图中1.缓冲储液装置；2.溢流装置；3.传动器；4.微泵；5.循环瓶；6.运行台；7.输运软管；8.控制器；9.传动轨道；10.微流控芯片；11.激光测高器；12.阀门；13.缓冲储液装置出口；14.J形进口管；15.内衬瓶；16.溢流装置出口；17.溢流循环出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实例进行更进一步的详细说明，以使本发明的优点和特征能够更易于被本领域技术人员理解：

图1给出了本发明一种多重乳液制备系统的示意图，具体结构包括缓冲储液装置1；溢流装置2；传动器3；微泵4；循环瓶5；运行台6；输运软管7；控制器8；传动轨道9；微流控芯片10等主要组成部分。溢流装置2进口与缓冲储液装置1出口相连，溢流循环装置2的溢流循环出口与循环瓶5相连，溢流装置2出口与微流控芯片10的单相进口相连，微泵4与循环瓶5相连后直接与缓冲储液装置1相连。所有的连接均是通过输运软管6搭建构成。缓冲储液装置1、溢流装置2、循环瓶5及微泵4构成一个循环溢流通道单元，并安装在运行台6上，控制器8与传动器3、微泵4相连。

图2给出了本发明多重乳液制备系统中单个循环溢流通道单元示意图，具体结构包括缓冲储液装置1；溢流装置2；传动器3；微泵4；循环瓶5；运行台6；输运软管7；控制器8；传动轨道9；激光测高器11等主要组成部分。在单个循环溢流通道单元中，激光测高器11被安装于位于传动器3的上端及下端，用于监控缓冲储液装置1的高度，运行台6上设置有传动轨道9，传动轨道9上连接传动器3。

图3给出了本发明多重乳液制备系统中缓冲储液装置示意图，具体结构包括缓冲储液瓶1；激光测高器11；阀门12；缓冲储液装置出口13等主要组成部分。

图4给出了本发明多重乳液制备系统中溢流装置示意图，具体结构包括溢流装置2；阀门12；溢流装置J形进口管14；内衬瓶15；溢流装置出口16；溢流循环出口17等主要组成部分。J形进口管14为J状弯管且管径不断收缩的结构。内衬瓶15尺寸为1/2D＜d＜3/4D，3/5L＜1＜4/5L，此状态下，内衬瓶处于最优溢流状态。液体通过所述的J形进口管进入内衬瓶中，需要保证其一直处于溢流状态才能使该系统一直稳定运行。

本发明多重乳液制备系统，可以制备双重乳液(如图5、图6和图7)及三重乳液(如图8)。

实施例1：

一种多重乳液制备系统无人值守情况下连续、稳定制备水包油包水双重乳液的具体实施步骤：

(1)配制相关溶液，内相可选用2％的F108水溶液，中间相可选用ETPTA作为油相，外相可选用2％的PVA水溶液。

(2)将配制的溶液对应的加入内相循环瓶、中间相循环瓶、外相循环瓶。

(3)关闭所有阀门，开启控制器，调节各相对应的缓冲储液装置、溢流装置高度，并利用控制器动态调控微泵，使各相流量输运进入缓冲储液装置中。

(4)依次开启外相缓冲储液装置阀门、溢流装置阀门；中间相缓冲储液装置阀门、溢流装置阀门；内相缓冲储液装置阀门、溢流装置阀门，开启控制器动态控制，实现双重乳液的无人值守情况下，连续不断的进液制备。

实施例2：一种多重乳液制备系统无人值守情况下连续、稳定制备水包油包水包油三重乳液的具体实施步骤：

(1)在上述双重乳液制备装置的基础上，增加一个单通道单元，并将微流控芯片替换为制备三重乳液的微流控芯片，构成四通道系统

(2)配制相关溶液，水相可选用2％的PVA水溶液，油相可选用ETPTA。

(3)将配制的溶液对应的加入第一通道循环瓶(油相)、第二通道循环瓶(水相)、第三通道循环瓶(油相)、第四通道循环瓶(水相)。

(3)关闭所有阀门，开启控制器，调节各相对应的缓冲储液装置、溢流装置高度，并利用控制器动态调控微泵，使各相流量输运进入缓冲储液装置中。

(4)依次开启第四通道缓冲储液装置阀门、溢流装置阀门；第三通道缓冲储液装置阀门、溢流装置阀门；第二通道缓冲储液装置阀门、溢流装置阀门；第一通道缓冲储液装置阀门、溢流装置阀门，开启控制器动态控制，实现双重乳液的无人值守情况下，连续不断的进液制备。

Claims (8)

1.一种多重乳液制备系统，包括微流控芯片以及与微流控芯片连接的输液装置，所述微流控芯片具有多个单相进液口，其特征在于：所述输液装置包括控制器及与控制器连接的输液单元，所述输液单元包括运行台、缓冲储液装置、溢流装置、循环瓶及微泵；在所述运行台上设置有第一传动器和第二传动器，所述第一传动器位于所述第二传动器上方，所述缓冲储液装置连接在所述第一传动器上，所述溢流装置连接在所述第二传动器上，所述溢流装置进口与所述缓冲储液装置出口相连，所述溢流循环装置的溢流循环出口与所述循环瓶相连，所述溢流装置出口与所述微流控芯片的单相进液口相连，所述微泵与所述循环瓶相连后与所述缓冲储液装置相连；在所述运行台上还设置有用于监控所述缓冲储液装置的高液点及低液点的激光测高器，所述控制器与所述激光测高器、第一传动器和第二传动器连接，所述控制器根据所述激光测高器获取的缓冲储液装置的高液点及低液点控制所述第一传动器和第二传动器在所述运行台上上下移动。

2.根据权利要求所述的多重乳液制备系统，其特征在于：所述溢流装置采用由内衬瓶和外瓶构成的内衬瓶复合溢流结构，通过所述的溢流循环出口保证所述内衬瓶始终处在溢流稳压状态；所述溢流装置进口采用J形进口管，该J形进口管为J状弯管且管径不断收缩的结构。防止液体直接通入时冲击内衬瓶内的压力稳定。

3.根据权利要求2所述的多重乳液制备系统，其特征在于：所述内衬瓶尺寸为1/2D＜d＜3/4D，3/5L＜l＜4/5L，其中，D，L分别为外瓶的直径与高度，d，l分别为内衬瓶的直径与高度。

4.根据权利要求1所述的多重乳液制备系统，其特征在于：所述激光测高器位于所述传动器的上端及下端。

5.根据权利要求1所述的多重乳液制备系统，其特征在于：所述控制器采集信号包括所述传动器的位置信息、所述激光测高器的高度信息；所述控制器控制所述微泵运行及停止运行，以及控制所述传动器进行高度的调节。

6.根据权利要求1所述的多重乳液制备系统，其特征在于：在所述运行台上设置有传动轨道，所述传动器设置在所述传动轨道上。

7.根据权利要求7所述的多重乳液制备系统，其特征在于：所述运行台为金属框架台。

8.根据权利要求1所述的多重乳液制备系统，其特征在于：所述微流控芯片位PDMS光刻芯片、毛细管组装结构芯片或PDMS组装结构芯片。