CN111229070A - 一种用于大批量生成多重乳液滴的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于大批量生成多重乳液滴的装置。包括分散相入口层、液滴生成层以及液滴收集层；液滴生成层至少设有两层，逐层自上而下依次垛叠而成；液滴生成层的顶部与分散相入口层连接，底部与液滴收集层连接；液滴生成层的上表面设置有连续相通道，中心处设有导流口，连续相通道由所述导流口的中心向四周呈辐射状分布，每一条连续相通道的末端均设有一个上下贯通的液滴生成通道；液滴生成通道的顶部与分散相入口层连通，底部与液滴收集层连通；在所述液滴生成层的内部还设有一条与导流口连通的连续相流入管道。本发明结构简单，可根据需求自行选择液滴生成层的层数来生成所需的多重乳液滴；通过分型结构形成大量的液滴生成通道，每个生成通道结构一致且位置完全对等，因此能保证大批量地生成高度均一的多重乳液。

Description

一种用于大批量生成多重乳液滴的装置
技术领域
本发明属于微流控技术领域，更具体地，涉及一种用于大批量生成多重乳液滴的装置。
背景技术
多重乳液是一种乳液内包含着更小的乳液。多重乳液在医药、食品、化工等行业有着广泛的应用。传统上，多重乳液是通过一步乳化法或两步乳化法，利用搅拌、震荡及化学反应进行制备。此类方法制备多重乳液，试剂消耗大、工艺可控性差；而且制备出的多重乳液成品均一性很差，成型度很低。
通过微流控技术可以实现多重乳液的高度均一地可控化制备。微流控是利用微流道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体的系统和技术，具有精确可控等优势。微流控技术普遍存在产量低，而提高常量的方法往往是通过集成结构来实现。利用微流控技术制备N重乳液涉及到对至少N+1路流体的精确控制，而多流路的精确控制导致其集成难度大；因此，目前利用微流控技术制备多重乳液存在着生成效率低下，制约着多重乳液的广泛和大规模使用。
综上所述，如何在保证高度均一制备多重乳液的基础上，高效的生成多重乳液，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种大批量多重乳液生成装置，结构简单，可大批量生成高度均一的多重乳液滴。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于大批量生成多重乳液滴的装置，包括分散相入口层、液滴生成层以及液滴收集层；所述的液滴生成层至少设有两层，且为逐层自上而下依次垛叠而成；所述的液滴生成层的顶部与分散相入口层连接，底部与液滴收集层连接；所述的液滴生成层的上表面设置有连续相通道，中心处设有导流口，所述的连续相通道由所述导流口的中心向四周呈辐射状分布，每一条连续相通道的末端均设有一个上下贯通的液滴生成通道；液滴生成通道的顶部与分散相入口层连通，底部与液滴收集层连通；在所述液滴生成层的内部还设有一条与导流口连通的连续相流入管道。
进一步地，所述的连续相通道采用分型结构，在每一条连续相通道的末端通过分形原理形成多个分支，每一个分支的末端均设有一个液滴生成通道。连续相通道可利用分型结构逐步分叉由所述导流口的中心向四周呈辐射状分布，形成多个相对位置关系完全一致的连续相通道，每一条连续相通道的末端均设有一个上下贯通的液滴生成通道，每个液滴生成通道完全一致，利用三维轴对称结构实现每个液滴生成通道完全对等，保证可以大批量生成高度均一的多重乳液滴。
进一步地，所述的分散相入口层的顶部设有分散相入口管道，在分散相入口层底部的底板上设有多个位置完全对等的分散相通道，所述的分散相通道与液滴生成通道一一对应连通。分散相溶液从分散相入口管道流入至分散相入口层中，然后经分散相通道流出；分散相通道与液滴生成通道对应连通；多个分散相通道实现对分散相溶液的分流，实现大批量生成多重乳液。
进一步地，在每一个分散相通道上均连接有一个导流管，所述的导流管伸入至液滴生成通道内。在分散相通道上连接一个导流管，一方面，便于分散相形成液滴；另一方面，连续相溶液从导流管的外部四周流向导流管，然后与分散相汇集，将分散相包裹，分散相在流动的连续相的剪切作用下，生成单重乳滴。
进一步地，在每一个液滴生成通道的底部也设有一个导流管，所述的导流管伸入至下一层的液滴生成通道内。同样的，在液滴生成通道的底部设置导流管，也是便于上一层液滴生成层生成的液滴落入下一层后，继续在外部包裹另一连续相，从而形成多重乳液滴。
进一步地，所述的导流管呈锥体结构，且锥体的底面一侧与分散相通道或液滴生成通道的底部连接，尖端一侧伸入液滴生成通道内。
进一步地，所述的液滴收集层的底部设有液滴收集管道。生成的多重乳滴流入液滴收集层内，在液滴收集层的底部还设有一条液滴收集管道，收集的液滴从液滴收集管道流出液滴收集层。
进一步地，所述的液滴生成层的侧面设有连续相入口，所述的连续相入口与连续相流入管道连通。连续相溶液从连续相入口流入至液滴流入管道中。
工作原理：
分散相从分散相入口管道导入，进入分散相入口层，经过设置于底板上的分散相通道进入液滴生成通道中；同时地，连续相从连续相流入管道导入液滴生成层中，经过导流口流入各连续相通道当中，通过连续相通道流入液滴生成通道；分散相在导流管的尖端处形成液滴，连续相从导流管的外部流向尖端处将分散相包裹，分散相在流动的连续相的剪切挤压作用下，生成单重乳液滴；该单重乳液滴流入下一层液滴生成层并通过同样的过程生成双重乳液滴，生成的液滴流入液滴收集层中，通过液滴收集管道进行收集。可根据需求，自行选择液滴生成层的层数来生成所需的多重乳液滴。
与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种用于大批量生成多重乳液滴的装置，结构简单，可根据需求，自行选择液滴生成层的层数来生成所需的多重乳液滴；利用空间轴对称结构，实现多重乳液生成结构的高度集成，实现大批量生成；采用共轴流结构来生成乳液，每个生成通道完全一致且相对位置完全对等，因此生成多重乳液具有高度均一；综上所述，该结构可以大批量生成多重乳液，且生成的多重乳液滴具有高度均一性。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明内部结构第一视角结构示意图。
图3是本发明内部结构第二视角结构示意图。
图4是本发明液滴生成层第一视角结构示意图。
图5是本发明液滴生成层第二视角结构示意图。
图6是本发明液连续相通道采用分型原理形成多个分支的结构示意图。
图7是本发明分散相入口层结构示意图。
图8是本发明液滴收集层结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
如图1至图8所示，一种用于大批量生成多重乳液滴的装置，包括分散相入口层1、液滴生成层2以及液滴收集层3；所述的液滴生成层2至少设有两层，且为逐层自上而下依次垛叠而成；所述的液滴生成层2的顶部与分散相入口层1连接，底部与液滴收集层3连接；所述的液滴生成层2的上表面设置有连续相通道21，中心处设有导流口22，所述的连续相通道21由所述导流口22的中心向四周呈辐射状分布，每一条连续相通道21的末端均设有一个上下贯通的液滴生成通道23；液滴生成通道23的顶部与分散相入口层1连通，底部与液滴收集层3连通；在所述液滴生成层2的内部还设有一条与导流口22连通的连续相流入管道24。所述的液滴生成层2的侧面设有连续相入口，所述的连续相入口与连续相流入管道24连通。连续相溶液从连续相入口流入至连续相流入管道24中。
在其中一个实施例中，如图6所示，连续相通道采用分型结构，在每一条连续相通道的末端通过分形原理形成多个分支，每一个分支的末端均设有一个液滴生成通道。连续相通道可利用分型结构逐步分叉由所述导流口的中心向四周呈辐射状分布，形成多个相对位置关系完全一致的连续相通道，每一条连续相通道的末端均设有一个上下贯通的液滴生成通道，每个液滴生成通道完全一致，利用三维轴对称结构实现每个液滴生成通道完全对等，保证可以大批量生成高度均一的多重乳液滴。
如图1、2、3、7所示，所述的分散相入口层1的顶部设有分散相入口管道11，在分散相入口层1底部的底板上设有大量分散相通道12，所述的分散相通道12与液滴生成通道23一一对应连通。分散相溶液从分散相入口管道11流入至分散相入口层1中，然后经分散相通道12流出；分散相通道12设有多个，一一与液滴生成通道23对应连通；实现对分散相溶液的分流，实现同时生成多股分散相。
在一些实施例中，如图1、2、3、7所示，在每一个分散相通道12上均连接有一个导流管4，所述的导流管4伸入至液滴生成通道23内。在分散相通道12上连接一个导流管4，一方面，便于分散相形成液滴；另一方面，连续相溶液从导流管4的外部四周流向导流管4，然后与分散相汇集，将分散相包裹，分散相在流动的连续相的剪切作用下，生成单重乳滴。
另外，如图2、3、4、5所示，在每一个液滴生成通道23的底部也设有一个导流管4，所述的导流管4伸入至下一层的液滴生成通道23内。同样的，在液滴生成通道23的底部设置导流管4，也是便于上一层液滴生成层2生成的乳滴落入下一层后，继续在外部包裹另一连续相，从而形成多重乳滴。
其中，所述的导流管4呈锥体结构，且锥体的底面一侧与分散相通道12或液滴生成通道23的底部连接，尖端一侧伸入液滴生成通道23内。
另外，如图8所示，所述的液滴收集层3的底部设有液滴收集管道31。生成的多重乳滴流入液滴收集层3内，在液滴收集层3的底部还设有一条液滴收集管道31，收集的液滴从液滴收集管道31流出液滴收集层3。
工作原理：
分散相从分散相入口管道11导入，进入分散相入口层1，经过设置于底板上的分散相通道12进入液滴生成通道23中；同时地，连续相从连续相流入管道24导入液滴生成层2中，经过导流口22流入各连续相通道21当中，通过连续相通道21流入液滴生成通道23；分散相在导流管4的尖端处形成液滴，连续相从导流管4的外部流向尖端处将分散相包裹，分散相在流动的连续相的剪切作用下，生成单重乳液滴；该单重乳液滴流入下一层液滴生成层2并通过同样的过程生成双重乳液滴，生成的液滴流入液滴收集层3中，通过液滴收集管道31进行收集。可根据需求，自行选择液滴生成层2的层数来生成所需的多重乳液滴。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于大批量生成多重乳液滴的装置，其特征在于，包括分散相入口层(1)、液滴生成层(2)以及液滴收集层(3)；所述的液滴生成层(2)至少设有两层，且为逐层自上而下依次垛叠而成；所述的液滴生成层(2)的顶部与分散相入口层(1)连接，底部与液滴收集层(3)连接；所述的液滴生成层(2)的上表面设置有连续相通道(21)，中心处设有导流口(22)，所述的连续相通道(21)由所述导流口(22)的中心向四周呈辐射状分布，每一条连续相通道(21)的末端均设有一个上下贯通的液滴生成通道(23)；液滴生成通道(23)的顶部与分散相入口层(1)连通，底部与液滴收集层(3)连通；在所述液滴生成层(2)的内部还设有一条与导流口(22)连通的连续相流入管道(24)。
2.根据权利要求1所述的用于大批量生成多重乳液滴的装置，其特征在于，所述的连续相通道(21)采用分型结构，在每一条连续相通道(21)的末端通过分形原理形成多个分支，每一个分支的末端均设有一个液滴生成通道(23)。
3.根据权利要求1所述的用于大批量生成多重乳液滴的装置，其特征在于，所述的分散相入口层(1)的顶部设有分散相入口管道(11)，在分散相入口层(1)底部的底板上设有多个分散相通道(12)，所述的分散相通道(12)与液滴生成通道(23)一一对应连通。
4.根据权利要求3所述的用于大批量生成多重乳液滴的装置，其特征在于，在每一个分散相通道(12)上均连接有一个导流管(4)，所述的导流管(4)伸入至液滴生成通道(23)内。
5.根据权利要求4所述的用于大批量生成多重乳液滴的装置，其特征在于，在每一个液滴生成通道(23)的底部也设有一个导流管(4)，所述的导流管(4)伸入至下一层的液滴生成通道(23)内。
6.根据权利要求5所述的用于大批量生成多重乳液滴的装置，其特征在于，所述的导流管(4)呈锥体结构，且锥体的底面一侧与分散相通道(12)或液滴生成通道(23)的底部连接，尖端一侧伸入液滴生成通道(23)内。
7.根据权利要求1至6所述的用于大批量生成多重乳液滴的装置，其特征在于，所述的液滴收集层(3)的底部设有液滴收集管道(31)。
8.根据权利要求7所述的用于大批量生成多重乳液滴的装置，其特征在于，所述的液滴生成层(2)的侧面设有连续相入口，所述的连续相入口与连续相流入管道(24)连通。
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