CN113853249A - 乳液制备微流控装置 - Google Patents

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Guo Jiakeyanzhongxin
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Abstract

本发明涉及乳液制备微流控装置(100，100’，100”)，其具有第一通道(10，10’，10”)、第二通道(20，20’，20”)和至少一组微通道(30，30’，30”)，第一通道具有配置成注入待分散相(2a)的入口，第二通道具有配置成注入连续相(2c)的入口和乳液出口，每条微通道的高度h0小于第一通道的高度h1；第二通道具有连接于每条微通道排出口(34，34’)的第一部分(21，21’，21”)和至少一个沿第一部分的第二部分(22，22’，22”)，第一部分位于微通道组与第二部分之间，第一部分的高度h2a大于每条微通道的高度h0，第二部分的高度h2b大于第一部分的高度h2a。

Description

乳液制备微流控装置
技术领域
本发明涉及一种乳液制备微流控装置。
背景技术
乳液是至少两种通常互不相溶的液体的混合物。根据定义，一种液体(称作分散相)分散在另一种液体(称作连续相)中。
有两种主要类型的乳液：一种是正乳液，其如同水包油乳液，其中，油是分散相，水是连续相；一种是反相乳液，其犹如油包水乳液，其中，水是分散相，油是连续相。
待分散相可以是几种混相流体的混合物，两亲性或非两亲性的小分子、大分子溶液，或者固体或液体微粒的分散体——其因此形成双重或多重乳液，或者上述不同选择方案的结合。
连续相一般含有一种或多种表面活性剂(两亲性分子)以及溶解物、聚合物或甚至微粒。
为获得几微米直径的液滴的乳化方法是已知的，例如使用一种具有两个同轴圆筒、其中一个是旋转圆筒的装置获得的剪切乳化方法、或者基于使用通过其注入待分散相的多孔材料的膜乳化方法。
但是，这些方法导致以至少约15％的尺寸变化系数为特征的乳液液滴，尺寸变化系数定义为液滴尺寸标准偏差与平均液滴尺寸之间的比率。
因此，微流控已成为一种获得校准乳液液滴的有效工具。
例如，微流控装置在美国专利申请No 14/890 817中描述过。
在这种装置中，待分散相通过彼此平行布置的微通道从第一通道进到第二通道，微通道的高度小于通道的高度。
液滴在微通道的与第二通道接合的端部处形成，连续相横向于微通道网注入所述第二通道中。液滴的尺寸与微通道的高度成比例，对微通道的宽度依赖性较小。液滴的尺寸弱取决于微通道中待分散相的流量，流量取决于所述微通道两侧上的压力，低于临界流量。超过该临界流量，液滴的尺寸大很多，会导致微通道网内很宽的尺寸分布。
此外，第二通道中的乳化液滴由连续相向与罐连接的装置输出端移动。
因为微通道横向于第二通道串联布置，所以连续相中的液滴量沿连续相的流向增大。
太过浓缩的乳液可能导致对乳液制备产生不利影响：连续相中待分散相的体积百分率(即液滴)的增大会增大乳液的粘度，从而损失相应的压力。此外，液滴之间存在的附着力增大这种影响。
因此，为通过压力调节进行流量控制，连续相的压力必须进行调节，以免阻塞装置。
但是，流量控制可能难以用于产率较低的小液滴尺寸。常常必须要求高流量的连续相以充分稀释乳液。
此外，第一微通道处的压力条件可能是不利的。通过微通道的待分散相的流量取决于该微通道两侧上的压力。因此，增大连续相的压力以免阻塞装置，相当于改变或甚至停止位于上游的微通道的部分液滴生产。
发明内容
本发明涉及一种用于制备乳液的微流控装置，其中，液滴尺寸具有很大的均匀性，即尺寸分散系数低于或等于15％，或者甚至10％，平均尺寸例如平均粒度为数微米，例如其可以从数微米到数十微米或者数百微米变化。
本发明还涉及一种微流控装置，其能改善乳液制备条件，例如能够连续不断地大量制备这种乳液。
因此，本发明提供一种乳液制备微流控装置，具有：
-第一通道，具有入口，入口配置成使待分散相注入到第一通道中，
-第二通道，具有入口和乳液出口，第二通道的入口配置成使连续相注入到第二通道中，所述乳液出口配置成使乳液从乳液制备微流控装置提取出，以及
-至少一组并排布置的微通道，每条微通道具有从第一通道进入的进入口和出到第二通道的排出口，每条微通道的高度h0小于第一通道的高度h1，
装置的特征在于，第二通道具有与每条微通道的排出口连接的第一部分和至少一个沿第一部分的第二部分，第一部分位于微通道组与第二部分之间，第一部分的高度h2a大于每条微通道的高度h0，第二部分的高度h2b大于第一部分的高度h2a。
因此，本发明使用以借助沿微通道的稠密乳液构成乳液的液滴形成步骤(即乳化步骤)、与由于横向流稀释乳液从而便于乳液从装置流出的乳液收集步骤不相偶联。
换句话说，第二通道配置成在入口与出口之间驱动至少具有连续相的流，微通道配置成横向于第二通道的流来将待分散相的液滴流注入到第二通道中。
本发明允许使流在微通道的排出口处均匀化，在第二通道的第一部分与第二部分之间产生流体动阻力的变化。
为此，本发明使第二通道分为两部分：其第一部分配置成实施离开微通道形成液滴的液滴形成步骤，其第二部分配置成实施液滴收集步骤。
第二通道的特征在于至少两种不同的高度：
-在微通道附近的第一部分的特征在于，第一部分的高度h2a是微通道的高度的数倍，以及
-与第一部分邻接的第二部分的特征在于，第二部分具有为第一部分的高度的数倍的至少一种高度h2b。
这种装置还称作“封闭式装置”，因为其具有待分散相入口、乳液出口以及在装置中流通的流，这种流能收集在装置中形成的液滴(即乳液在装置中形成)。
优选地，第二通道的第一部分的高度h2a恒定，或者可以从微通道到第二部分略微变化例如增大，但无论如何，第一部分的高度h2a远大于微通道的高度h0，第二通道的第二部分的高度h2b远大于第一部分的高度h2a。
这里，装置的纵向视为流沿第二通道在入口与乳液出口之间流动的方向。此外，装置的宽度方向视为与装置的纵向正交的方向，高度方向正交于纵向和宽度方向。
此外，可考虑微通道的纵向是从微通道的进入口到排出口的方向。微通道的宽度方向正交于微通道的纵向；如果微通道垂直于第二通道，那么，微通道的宽度方向平行于装置的纵向延伸。微通道的高度方向平行于装置的高度方向。
对于第一通道同样如此，第一通道的高度方向平行于装置的高度方向。
微通道组的至少一条微通道的高度h0可考虑是恒定的。
例如，h0等于约2微米(μm)。
微通道包括(沿长度)具有恒定宽度W的至少一部分。
根据一实施例，微通道可以包括具有渐增宽度的部分，例如喇叭形部分。优选地，这种部分位于具有恒定宽度的部分与第二通道之间；即喇叭形部分优选具有微通道的排出口。
根据一实施例，至少两条微通道的具有恒定宽度W的部分聚合。
例如，微通道组在排出口部位包括为至少两条微通道所共有的部分，其具有相同高度h0。
根据一实施例，微通道的至少一部分的宽度W为微通道的高度h0的0.01倍至10000倍之间。
例如，微通道的至少一部分的宽度W为微通道高度h0的2倍至10 000倍之间，例如为其高度h0的2倍至1000倍之间，或者甚至为其高度h0的100倍乃至20倍，优选等于高度h0的5倍。
例如，W等于约10微米。
例如，沿其长度具有恒定宽度的约为10微米(宽度)x2微米(高度)的微通道配置成产生直径约为8微米的液滴。
例如，微通道的至少一部分的宽度W为其高度h0的0.01倍至1倍之间，优选为其高度h0的0.01倍至0.5倍之间。
在这种情况下，由于一定的微细加工技术，微通道的高度可大于宽度。
根据另一实施例，微通道的长度为其高度h0的2倍至1000倍之间，优选为100倍。
长度的选择与高度相结合，能够调节微通道的流体动阻力。
例如，两个相继的微通道之间的距离e为微通道的宽度W的2倍至100倍之间，例如等于微通道的宽度W的约4倍。
根据一实施例，微通道具有矩形或半圆柱形或三角形的横截面。
例如，矩形横截面的至少一个角落是直角角落，或者是弯曲的，例如成圆角落或者成斜角落。
根据另一实施例，微通道中的至少一条微通道可沿其长度具有至少一个凹槽。这种凹槽易于液滴形成的定位，当微通道的宽度很宽，即大于其高度h0的20倍时，尤其如此。
例如，微通道组具有至少10条微通道，例如100条至100 000条微通道之间，优选约1000条微通道。
例如，优选地，装置的微流控部分的长度L0为2厘米至20厘米之间，宽度W0为0.5厘米至10厘米之间，高度为0.1厘米至2厘米之间。
连续相的压力因而流量可以进行调节，以便在制备期间如所期望的稀释乳液，而不改变乳化过程，这使乳液制备最佳化，没有间歇性，即进行连续制备。
因此，与具有单一高度的第二通道的装置相比，微通道数量可以增加，从而进一步提高产率。
在这种装置中，待分散相通过第一通道的入口输入到第一通道中。
可选地，第一通道还可具有待分散相出口，其配置成开启或关闭。
当第一通道的出口关闭时，待分散相被强制通过通向第二通道的微通道组。当第一通道的出口开启时，无需流经微通道组即可排空第一通道。
当待分散相从第一通道通过微通道进入第二通道的第一部分时，液滴在与第二通道的第一部分接合的微通道端部处形成。
同时，连续相通过第二通道入口注入到第二通道中，使液滴移向第二通道的乳液出口。
特别是，连续相例如注入到第二通道的第二部分中，扩散到第二通道的第一部分中。
例如，第二通道例如至少在其入口及其乳液出口之间可以是笔直的。
但是，第二通道可以是迂回曲折的。这可进一步增加微通道数量，从而提高产率。
例如，第二通道的乳液出口配置成连接乳液收集罐。
例如，这种装置可用于制备用于合成在生物技术领域可有用的功能化固体微粒的液滴。
根据一实施例，装置具有两组微通道。
根据一实施例，在第一通道、第二通道中的至少一个的两侧设置一组微通道。
例如，装置可具有至少两个第一通道，两组微通道的第一组微通道位于第二通道与两个第一通道中的第一个之间，两组微通道的第二组微通道位于第二通道与两个第一通道中的第二个之间。换句话说，在这种情况下，存在仅一个第二通道，一组微通道设置在该第二通道的两侧，然后第一通道也设置在其两侧。
或者例如，装置可具有至少两个第二通道，两组微通道的第一组微通道位于第一通道与两个第二通道的第一个之间，两组微通道的第二组微通道位于第一通道与两个第二通道的第二个之间。换句话说，在这种情况下，存在仅一个第一通道，一组微通道设置在该第一通道两侧，然后第二通道也设置在其两侧。
第二通道的第一部分具有高度h2a。
例如，第二通道的第一部分的高度h2a是微通道的高度h0的2倍至100倍，优选10倍。
例如，h2a等于约20微米。
例如，第二通道的第二部分的高度h2b是第二通道的第一部分的高度h2a的2倍至100倍，优选10倍。
例如，h2b等于约200微米。
第一通道具有高度h1。
例如，第一通道的高度h1是微通道的高度h0的2倍至1000倍，例如10倍。
根据一实施例，第一通道的高度h1等于第二通道的第一部分的高度h2a。
例如，h1等于约20微米。
例如，第一通道的宽度为其高度h1的1倍至100倍之间。
例如，第二通道的宽度为其第二部分的高度h2b的1倍至100倍之间。
例如，第二通道的第一部分的宽度是高度h2a的1倍至100倍之间，优选10倍；第二通道的第一部分的宽度指第二通道第一部分的从微通道延伸到第二通道第二部分的尺寸。
有利地，微流控装置用玻璃制成，因为玻璃兼容于大多数溶剂，因此可使用变化更多的乳液配方。
同样，使用玻璃基件的微细加工技术导致获得精确和可复现的微通道特征件。
根据另一有利的实施例，装置可用硅制成。
例如，为限制乃至防止待分散相使玻璃受湿——特别是当待分散相具有有机相时，及为确保有效乳化步骤，期望第一通道、第二通道和/或微通道的至少一些表面是亲水的(或者疏水的)，在乳液制备期间尽可能长时间地保持亲水(或者疏水)。
此外，根据有利的选择方案，表面性质可以被改变以使之具有亲水性或者疏水性，这视待制备的乳液类型而定。
为此，根据一实施例，亲水性分子吸附或接枝于第一通道和/或第二通道和/或微通道的至少部分表面中，以使表面亲水，或者疏水性分子吸附或接枝于第一通道和/或第二通道和/或微通道的至少部分表面中，以使表面疏水。
如可能，亲水性或者疏水性分子施加于第一通道、第二通道和微通道的整个表面。
亲水性或疏水性分子的特征可在于对表面的高粘附能。
根据一实施例，亲水性或疏水性分子可以是聚合物。
有利的亲水性分子可以是与聚乙二醇(PEG)结合的硅烷，对于例如用玻璃或硅制成的装置来说尤其如此。
有利的疏水性分子可以是硅烷，例如与有机化合物结合的硅烷，例如具有有机功能的烷氧基硅烷(organofunctional alkoxysilane)，如十八烷基三氯硅烷，对于例如用玻璃或者硅制成的装置来说尤其如此。
有关方法可以如下。
例如，用piranha溶液(食人鱼溶液)活化表面，所述piranha溶液是包含硫酸和过氧化氢(H2O2)的一种溶液。
然后，清洗表面，之后，用亲水性或疏水性溶液来功能化表面。
例如，防止有机相受湿的亲水性或疏水性分子被吸附于表面上。
例如，防止有机相受湿的亲水性或疏水性分子共价结合于表面上。
根据一实施例，具有至少一些上述特征的几个装置可并联地布置和使用。
这样可进一步提高乳液产率。
例如，这种具有至少一些上述特征的装置的制造方法可包括以下步骤：
-提供这里称作底板的板；
-在底板中形成第一通道和/或第二通道和/或微通道的至少部分；
-将底板与这里称作顶板的板装配在一起，以形成装置。
例如，第一通道和/或第二通道和/或微通道的至少部分可由湿法或干法的蚀刻、或者软光刻、或者3D打印技术如立体光刻形成。
根据一实施例，所述方法还可以包括在顶板中形成第一通道、第二通道和/或微通道的互补部分的步骤。
例如，第一通道和/或第二通道和/或微通道的互补部分可由湿法或干法的蚀刻、或者软光刻、或者3D打印技术如立体光刻形成。
优选地，该步骤在装配顶板与底板之前进行。
例如，蚀刻底板和/或顶板可以包括各向异性蚀刻。
例如，蚀刻底板和/或顶板可以包括各向同性蚀刻。
当然，可使用许多种其他技术。
此外，如果需要的话，不同的技术可应用于配置成彼此装配在一起的底板和顶板。
根据另一实施例，如果基件用硅制成(从而制成顶板和/或底板)，则可以通过蚀刻玻璃基件(顶板和/或底板)以获得半圆柱体或者三角形件来形成第二通道的第二部分。
根据另一实施例，也可以用3D打印法例如立体光刻制成装置的至少部分，从而能提供不同的形状。
附图说明
将在从下面参照附图对现优选实施例的说明中描述本发明的其他特征和优点，并且本发明的其他特征和优点将从这些说明中体现出来，附图中：
图1示意性示出根据现有技术的微流控装置1的横截面。
图2A示意性示出根据本发明的微流控装置100的横截面。
图2B示出根据图2A的装置的试验性制造和使用。
图3A示出根据符合图2A(图3A)实施例的第一实施例的乳液制备微流控装置100’的视图，图3B示出沿点划线A-A的相应的横截面。
图4包括图4A至4I，示出在根据本发明的装置中制造通道或者微通道的不同方法。
图5示出根据本发明的微通道的三个实施例。
图6示出根据图3A的实施例的微流控装置的快照，该装置针对两种不同压力Pc的连续相制备乳液，而同时待分散相的压力设定在500毫巴(mbar)。示出不同通道的高度。
图7示出随沿根据图3A实施例和图6试验的玻璃装置的微通道组的微通道数而变化的液滴形成频率。
图8示出用根据图3A的装置以癸烷作为待分散相制备成的乳液的液滴尺寸分布。
图9示意性示出根据本发明第二实施例的微流控装置。
图10示出根据图9的实施例的微流控装置的快照，该装置针对两种不同压力Pc的连续相制备乳液。待分散相的压力设定在350毫巴。也示出了不同区域的高度。
图11示出随沿根据图9实施例的PDMS(聚二甲基硅氧烷)装置的微通道组的微通道数而变化的液滴形成频率。横坐标上的第一微通道对应于靠近连续相进口就位的微通道。如图10中那样使用两种压力Pc的连续相。待分散相的压力设定在350毫巴。
具体实施方式
图1示意性示出根据现有技术的微流控装置1的横截面。
该装置1具有第一通道1a、第二通道1b以及使第一通道连接于第二通道的微通道1c。
使用中，例如具有至少一种有机相的待分散相2a被注入到第一通道1a中。待分散相2a流经微通道1c，在与第二通道1b接合的微通道端部处形成液滴2b。在第二通道1b中，连续相2c例如水相被注入并使液滴2b移向装置的乳液出口。
连续相2c中的液滴2b形成乳液。
根据这种实施例，微通道1c的高度h0小于第一通道1a的高度h1和第二通道1b的高度h2。
如图1所示，第二通道1b具有一致的高度。
这种实施例的缺陷在于，装置、尤其是至少第二通道1b，可能易于发生阻塞，难以监控乳液的连续流。
图2A示意性示出根据本发明的微流控装置100的横截面。
该装置100具有第一通道10、第二通道20以及使第一通道10连接于第二通道20的微通道30。
使用中，例如具有至少一种有机相的待分散相2a被注入到第一通道10中。待分散相2a流经微通道30，在与第二通道20接合的微通道排出口34处形成液滴2b。在第二通道20中，连续相2c例如水相被注入并使液滴2b移向装置的乳液出口。特别是，优选地，连续相横向于离开微通道到达的液滴流流动。
连续相2c中的液滴2b形成乳液。
在该实施例中，第二通道20具有与微通道30的排出口34接合的第一部分21，还具有第二部分22，第一部分21位于微通道30与第二部分22之间。
根据这种实施例，微通道30的高度h0小于第一通道10的高度h1。此外，第二通道的第一部分21的高度h2a大于微通道的高度h0，第二通道的第二部分22的高度h2b大于第二通道的第一部分21的高度h2a。
根据一具体实施例，h0＝2微米，h2a＝20微米，h2b＝200微米。
根据一具体实施例，第一通道10的宽度是500微米，第二通道的第一部分21的宽度是200微米，第二通道的第二部分22的宽度是1600微米。
图2B示出根据图2A的装置的试验性制造。
根据使用装置的一使用实施例，待分散相2a输入到第一通道中，流经微通道30。
同时，可能具有水相的连续相2c输入到第二通道20中，如箭头所示。
因此，这显示出连续相2c横向于来自微通道30的液滴流到达方向进行流动。
图2B还示出在第二通道20的第一部分21中乳液是稠密的，然后在第二通道20的第二部分22中乳液被稀释，从而确保更好的连续流动，因而确保乳液的更连续的生产。
A-第一种装置
图3A和3B(沿点划线A-A的横截面)中示出根据符合图2A原理的第一实施例的乳液制备微流控装置100’的视图。
在一实施例中，这种微流控装置100’的微流控部分的尺寸可约为10厘米(长度L0)x1厘米(宽度W0)。例如，装置的高度会是h1、h2b中的最大高度。
微流控装置100’具有第一通道10’、第二通道20’、以及使第一通道10’连接于第二通道20’的微通道30’构成的两个相对的微通道组31’、32’。
在一实施例中，每组31’、32’具有1000条微通道30’。
每条微通道30’具有从第一通道10’进入的进入口33’以及出到第二通道20’的排出口34’(参见图3B)。
在本发明中，第二通道20’在装置中呈中央地定位在两组微通道30’之间。
此外，这里，第二通道是笔直的。
第二通道20’具有连续相入口23’和使用装置形成的乳液的出口24’。使用中，连续相从入口23’流向收集乳液的出口24’。
如图3B中所示，第二通道20’的特征在于两种不同的高度(h2a和h2b)：第一部分21’，具有两种高度中的最小高度(h2a)，沿微通道30’组就位；和第二部分22’，具有两种高度中的最大高度(h2b)，这里位于第二通道20’的中央。因此，这里，第二通道20’具有两个第一部分21’，第二部分22’位于两个第一部分21’之间。
这里，装置的纵向L0视为流沿第二通道20’的流动方向。
这里，第一通道10’具有待分散相入口13’、以及配置成开启或关闭的待分散相出口14’。
当待分散相出口14’关闭时，待分散相被强制通过通向第二通道20’的微通道30’组，连续相在第二通道从入口23’流向收集乳液的乳液出口24’。
因此，第二通道20’中的连续相横向于来自微通道30的液滴流进行流动。
在图3A的实施例中，第一通道10’分成两个部分11’、12’，微通道30’的第一组31’位于第一通道10’的两个部分中的第一部分11’与第二通道20’之间，微通道30’的第二组32’位于第一通道10’的两个部分中的第二部分12’与第二通道20’之间。
因此，这里，第一通道10’的两个部分11’、12’围绕两组31’、32’微通道30’和第二通道20’。
这里，第一通道10’(这里尤其是两个部分11’、12’)的高度h1和第二通道20’的第一部分21’的高度h2a等于20微米，微通道30’的高度h0等于2微米，第二通道20’的第二部分22’的高度h2b等于200微米。
这里，第一通道10’的宽度是500微米，第二通道的第一部分21’的宽度是200微米，第二通道的第二部分22’的宽度是1600微米。
此外，每条微通道30’具有长度L，至少一部分具有(沿装置的纵向考虑的)宽度W。
例如，宽度W等于约10微米，(在其进入口及其排出口之间考虑的)长度等于约140微米。
两条相继的微通道30’之间的距离e例如等于40微米。
有利地，具有如图3A和3B中所示设计的微流控装置用玻璃制成。
根据一实施例，通道可用湿蚀刻法制成，从而致使通道的底角具有特征在于曲率半径等于通道高度的圆形形状。
用于制造根据本发明的装置的不同示例性制造方法示于图4中。
例如，根据本发明的装置可由底板与顶板装配而成。
可在至少底板中形成第一通道、第二通道和/或微通道的至少部分。
作为示意，图4示出微通道横截面。
为此，可使用以下技术：
-各向异性蚀刻或者软光刻，其通常致使形成具有直角角落的矩形横截面，如图4A)所示，
-各向同性蚀刻，其通常致使：
■当应用于玻璃基件时，形成圆角落，如图4B)所示，
■当应用于硅基件时，形成斜角落，如图4C)所示。
继而与底板装配的顶板可为平板，如图4D)、4E)和4F)所示，或者顶板也可为蚀刻板，如图4G)、4H)和4I)所示。
如果需要，彼此装配在一起的底板和顶板可用不同的技术进行蚀刻。
根据另一实施例，3D打印例如立体光刻也可用于制造装置的至少一部分。
如图5中所示，微通道可沿其长度具有不同的形状。
根据一实施例，图5A示出沿其长度L具有恒定宽度W的微通道。
根据第二实施例，图5B示出微通道具有沿长度L1有恒定宽度W的第一部分和沿长度L2呈喇叭形的第二部分。
根据第三实施例，图5C示出微通道具有：沿长度L1’有恒定宽度W的第一部分；和沿长度L2’为几条微通道所共有的第二部分，对应于几条微通道的聚合。
微通道的第二部分具有相同高度h0。
1.第一乳液制备例
待分散相2a是癸烷(其为由十个碳原子(C)的直链组成的烷烃)，连续相2c是含十二烷基硫酸钠的水。
通过对装有液体并连接于微流控装置的相应入口的每个容器施加压力控制两相流的流动。
如图6所示，水包油液滴2b在微通道30’端部处形成，从而形成具有均匀尺寸的稠密乳液，如液滴如同水晶类时尚品中布置所示的。
稠密乳液然后流向第二收集通道20’的具有更大高度并且大部分连续相2c在此流动的中央部分22’。
这样可稀释乳液，因而可以实现以高产量连续制备并收集乳液。
图6中提供的快照针对两种不同压力(Pc)的连续相2c拍摄于微通道组端部，其中即对于左手图来说，Pc＝100毫巴，对于右手图来说，Pc＝200毫巴。待分散相2a的压力(Pd)设定在500毫巴。
图6清楚地示出收集的乳液对于更高的Pc值得到更好稀释。
借助于根据本发明的微流控装置的设计，因而产率主要取决于待分散相的压力(Pd)，弱取决于连续相的压力(Pc)。
图7中示出在沿图3A和3B所示的玻璃装置的微通道组的五个位置处的约二十条微通道的产率。
第一微通道靠近连续相入口就位。如图6中那样使用两种压力(Pc)的连续相。待分散相的压力设定在500毫巴。
如图7所示，沿微通道组的液滴形成频率不受Pc改变的影响。
每条微通道的平均液滴形成频率约为13赫兹(Hz)。这样使得装置的总产率为每秒2.6x105液滴。
平均液滴尺寸为8.5微米，定义为尺寸分布标准偏差除以平均尺寸的相应的变化系数(CV)是7.5％(如图8所示)。
相应的产量是每小时0.3毫升待分散相。
微流控装置可以几天或者几个星期连续不断地制备乳液液滴。
2.第二乳液制备例
待分散相2a是一种折射率经认证的液体(AA-xx系列，n＝1.41，#1806Y，来自Cargille实验室)，连续相2c是十二烷基磺酸钠(SDS)水溶液。
对于一组压力，每条微通道的液滴形成平均频率是90赫兹，产生的液滴尺寸是8.4微米，尺寸分布的特征在于变化系数为4.8％。
3.第三乳液制备例
仍然使用图3的装置，待分散相2a包括苯乙烯、二乙烯基苯、以及油酸修饰的氧化铁纳米颗粒；连续相2c是含十二烷基硫酸钠的水。
对于一组压力，每条微通道的液滴形成平均频率是30赫兹，产生的平均液滴尺寸是8.2微米，尺寸分布的特征在于变化系数为7.2％。
B-第二种装置
根据本发明第二实施例的微流控装置100”示于图9中。
类似部件以相同的数字标号加’号表示。
装置100”与图3所示的前一装置的不同之处在于：第一通道10”的设计，第一通道在这里制成迂回曲折状，分成几个分通道；以及第一通道中没有待分散相出口。
例如，装置100”用软光刻技术制成。
装置由聚二甲硅氧烷(PDMS)制成，粘合在玻璃板上。
在一实施例中，微通道高度(h0)是2.3微米，宽度W是10微米，长度L是140微米，第一通道的高度(h1)和第二通道的每个第一部分的高度(h2a)均是20微米，第二通道(收集通道)的第二部分的高度(h2b)是240微米。
这里，第二通道的第一部分21”的宽度是490微米，第二通道的第二部分22”的宽度是1600微米。
每组含有500条微通道，或者装置总共有1000条微通道。
由用作待分散相2a的氟碳油(FC40，3M Fluorinert)和用作连续相2c的十二烷基硫酸钠水溶液组成的乳液，用图9所示的微流控装置生产。
图10所示的快照针对两种不同压力(Pc)的连续相2c在微通道组端部处摄取，其中即对于左手图来说，Pc＝200毫巴，对于右手图来说，Pc＝600毫巴。待分散相的压力(Pd)设定在350毫巴。
如该图中所示，水包油液滴2b在微通道30”端部处形成，从而形成具有均匀尺寸的稠密乳液，如液滴2b如水晶类时尚品中布置所示的。
然后稠密乳液流向第二收集通道20”的具有更大高度并且大部分连续相2c在此流动的中央部分22”。这样可稀释乳液，因而能实现以高产量连续生产并收集乳液。
清楚可见的是，收集的乳液对于更高的Pc值得到更好稀释。
图11示出在沿图9所示的PDMS装置100”的微通道30”组的三个位置处的约二十条微通道的产率。
第一微通道30”靠近连续相2c的入口23”就位。
如该图所示，沿微通道30”组的液滴形成频率不受Pc改变的影响。

Claims (12)

1.一种乳液制备微流控装置(100，100’，100”)，具有：
-第一通道(10，10’，10”)，具有入口(13’，13”)，入口配置成使待分散相(2a)注入到第一通道中，
-第二通道(20，20’，20”)，具有入口(23’，23”)和乳液出口(24’，24”)，第二通道的入口配置成使连续相(2c)注入到第二通道中，所述乳液出口配置成使乳液从乳液制备微流控装置提取出，以及
-至少一组并排布置的微通道(30，30’，30”)，每条微通道具有从第一通道进入的进入口(33，33’)和出到第二通道的排出口(34，34’)，每条微通道的高度h0小于第一通道的高度h1，
其特征在于，第二通道(20，20’，20”)具有与每条微通道(30，30’，30”)的排出口(34，34’)连接的第一部分和至少一个沿第一部分的第二部分(22，22’，22”)，第一部分位于微通道(30，30’，30”)组与第二部分(22，22’，22”)之间，第一部分的高度h2a大于每条微通道(30，30’，30”)的高度h0，第二部分(22，22’，22”)的高度h2b大于第一部分的高度h2a。
2.根据权利要求1所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，至少一条微通道(30，30’，30”)包括具有恒定的宽度W的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，微通道(30，30’，30”)的至少一部分的宽度W为微通道的高度h0的0.01倍至10 000倍之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，至少一条微通道(30，30’，30”)具有喇叭形部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，微通道(30，30’，30”)组在排出口部位具有为至少两条微通道所共有的部分。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，微通道(30，30’，30”)组具有至少10条微通道，例如100至100 000条之间的微通道，优选约1000条微通道。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，第二通道(20，20’，20”)的第一部分(21，21’，21”)的高度h2a是微通道(30，30’，30”)的高度h0的2倍至100倍、优选10倍。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，第二通道(20，20’，20”)的第二部分(22，22’，22”)的高度h2b是第二通道(20，20’，20”)的第一部分(21，21’，21”)的高度h2a的2倍至100倍、优选10倍。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，第一通道(10，10’，10”)的高度h1是微通道(30，30’，30”)的高度h0的2倍至1000倍、优选10倍。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，第一通道(10，10’，10”)的宽度为第一通道的高度h1的1倍至100倍之间。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，第二通道(20，20’，20”)的宽度为第二通道的第二部分的高度h2b的1倍至100倍之间。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的乳液制备微流控装置，其特征在于，亲水性分子吸附或接枝于第一通道(10，10’，10”)和/或第二通道(20，20’，20”)和/或微通道(30，30’，30”)的至少部分表面中，以使表面亲水，或者疏水性分子吸附或接枝于第一通道(10，10’，10”)和/或第二通道(20，20’，20”)和/或微通道(30，30’，30”)的至少部分表面中，以使表面疏水。
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