CN114269462A - 用于产生微滴的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种用于产生第一相在第二相中的分散体的装置（1），装置包括：用于供应第一相的第一入口（2），其通向第一室（4）；用于供应第二相的第二入口，其通向第二室；以及用于收集分散体的分散体出口（6）。此外，装置包括膜（7），膜使第一室（4）和第二室（5）分开，并且包括面向第一室（4）的第一侧面（8）和面向第二室（5）的第二侧面（9）。膜（7）包括从第一侧面（8）延伸到第二侧面（9）的多个通道（10），其提供第一室（4）和第二室（5）之间的流体连接。每个通道（10）包括布置在第一侧面（8）上的通道入口（11）和布置在第二侧面（9）上的通道出口（82）。第一室（4）通常构造成使得第一相穿过所有单个通道（10）的流速基本上相等。

Description

用于产生微滴的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于产生第一相在第二相中的分散体的装置、单层膜和方法。具体地，该装置是微流体刷式乳化器，其根据分步乳化（也称为微通道乳化）的原理操作。
背景技术
在从微米到毫米的尺寸范围内的单分散微滴广泛应用于制药、化妆品、诊断学、食品和材料科学领域中。在乳液中，单分散性增加了稳定性，允许在多个化学或生物反应中精确控制体积，并且使得可以产生周期性结构。微流体技术为精确地形成单分散微滴提供了一个精致的平台。这些单分散微滴可以进一步固化以产生所谓的微胶囊，这些微胶囊用于有效成分（active ingredient）的封装，所述有效成分例如为药物、芳香剂、调味剂、肽、生命物质（living material）（例如细菌或噬菌体等）、肥料、杀虫剂和其它有益健康的有效物质。
目前，用于生产微胶囊的大多数工业方法采用喷雾干燥、具有高剪切力的高速旋转超声波处理、混合和/或摇动。值得注意的是，这种方法通常具有尺寸控制差的缺点。然而，特别是在选择性药物递送中，精确的尺寸控制是至关重要的因素。
根据现有技术的常规微流体膜由大块材料（作为起始材料）制成。作为处理步骤，孔被微钻孔、被施以激光、被湿法蚀刻或通过深度反应离子蚀刻而被蚀刻。这些方法限制了最终膜的可能的尺寸和形状，因为通道是沿着通道的最终流动方向被处理的。现有技术的装置的缺点是：只有一小部分通道有效地产生微滴，这大大降低了乳化的效率。因此，希望提高该效率，特别是对于微滴产生装置的大规模工业应用而言。
从现有技术中已知一种乳化装置，其包括并行的微滴制造器的二维阵列（WO2014/186440A2）。这种二维的微流体装置限制了高吞吐量的生产。在这样的装置中，可以达到25ml/h的最大速率来生产单分散乳液。
发明内容
迄今为止已知的用于产生单分散微滴的方法受到显著的限制。已知的方法要么允许产生具备精确尺寸控制以及因此的可再现品质的微滴（然而这受到总体运转能力的严重限制），要么能够以高运转能力执行，但是具备较差的可再现品质和尺寸控制。典型地，在现有技术中实现的第一相在第二相中的分散体的最大产生速率是25ml/h （Ofner等人，Macromol.Chem.Phys， 2016，218，1600472；Amstad等人，Rapid Production of Droplets，2013，1-70）。
因此，本发明的总体目标是改进关于单分散微滴产生的技术状态，从而优选地至少部分地避免现有技术的缺点。
在有利的实施例中，提供了一种方法和用于实施所述方法的装置，其允许实现高运转能力和高再现性，特别是关于微滴尺寸控制而言。
在进一步有利的实施例中，提供了一种方法和用于实施所述方法的装置，其向所采用的第一相施加均匀的压力。
在进一步的实施例中，提供了一种膜，该膜允许高运转能力，同时保持高再现性。
总体目的是通过独立权利要求的内容实现的。从属权利要求、说明书和附图给出了进一步有利的实施例。
根据第一方面，本发明涉及一种用于产生第一相在第二相中的分散体的装置，该装置包括：用于供应第一相的第一入口，第一入口通向第一室；用于供应第二相的第二入口，第二入口通向第二室；以及用于收集分散体的分散体出口。此外，该装置包括膜，该膜将第一室和第二室分开，并且该膜包括面向第一室的第一侧面和面向第二室的第二侧面。膜包括从第一侧面延伸到第二侧面的多个通道，通道提供第一室和第二室之间的流体连接。每个通道包括设置在第一侧面上的通道入口和设置在第二侧面上的通道出口。第一室通常可以被构造成使得第一相穿过所有单独通道的流速是基本上相等的。在现有技术中，不均匀的压力分布（尤其是第一相的不均匀压力分布）仅使得一小部分通道能够有效地产生微滴。然而，在第一侧面上的相等的压力分布允许第一相稳定地流入第二相，并且允许以高达5升/小时的高吞吐量产生具有可再现品质的微滴。
该膜通常可以是单层膜。因此，这种膜由均匀的材料制成，并且除了膜的多个通道之外，不包含任何相界面或过渡区域。在一些实施例中，膜可以是可更换的。特别地，膜可以是如本文公开的任何方面和实施例中描述的膜。
在某些实施例中，膜可以是盘形的。因此，膜可以包括圆形轮廓。膜的多个通道通常是微通道。例如，通道的直径可以在0.25至2000 µm的范围内，优选地在2至800 µm的范围内。典型地，通道布置成基本上彼此平行。
所产生的分散体通常是稳定的分散体和/或微分散体。也就是说，分散体包括第一相在第二相中的微滴。第一相和第二相通常是流体，尤其是液体。此外，第一相和第二相也可以是分散体，特别是乳液。第一相和第二相通常是互不相溶的。因此，如果第一相是极性相，特别是水相，则第二相是非极性的，特别是油基的。同样，如果第一相是非极性的，则第二相是极性的。通常，第一相不仅包含载液，还可以包含有效成分，例如药物、肽、抗体、DNA、RNA、芳香剂、调味剂、气味剂、色素、染料、细菌、病毒、噬菌体、农业化学成分、非药物分类物质等。在某些实施例中，第一相可以由有效成分组成。术语“第一相”通常是在根据本发明的方法中分散在第二相中的相。因此，在一些实施例中，第一相可以被称为“待分散的相”。第二相通常可以是连续相，第一相的微滴分散在其中。
在某些实施例中，第二室可以由玻璃或透明聚合物（例如PTFE、聚（甲基）丙烯酸甲酯或聚甲醛）制成，或者由金属（例如钢、铝或钛）制成。通常，该装置可以包括容器（例如玻璃容器），其部分地形成第二室。容器可以与膜一起形成第二室。在一些实施例中，第一室可以由金属（例如铝或钢）制成，或者由透明聚合物（例如PTFE、聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲醛）制成。
典型地，分散体出口可以连接到产品器皿。在一些实施例中，分散体出口可以与三通阀流体连通，该三通阀可以在产品器皿和废物器皿之间切换。
在一些实施例中，第一室被配置成使得：在操作状态下，沿着膜的第一侧面的压力基本上等压。例如，第一入口可以包括喷嘴，用于在膜的第一侧面上提供等压压力分布。特别地，可以使用喷雾喷嘴（spray nozzle）。可替代地，第一室可以成形为使得在膜的第一侧面上提供等压压力分布。
在进一步的实施例中，第一室具有相对于截面平面的倒圆（rounded）截面，其垂直于膜并且相对于中心纵向轴线旋转对称。这里使用的术语“倒圆截面”是指没有增加物（increment）的连续曲线，特别是指在垂直于膜的截面中半径至少为1 mm，特别是至少为5mm，特别是至少为10 mm的曲线。应当理解，剖视图中的弯曲部分可以描述为具有所述半径的圆的一部分。因此，第一室的侧壁可以在上游方向上朝向彼此连续地会聚。中心纵向轴线是在装置的纵向方向上延伸的轴线（其布置在装置的中心）和/或垂直于膜并与膜的中心相交的轴线。例如，第一室可以具有U形截面，或者可以是凹进地倒圆的或是半圆形的。倒圆截面通常是无边棱的（edgeless）且因此排除了边棱（edge），当第一相被迫使通过膜时，边棱将导致不均匀的压力分布。优选地，第一室可以具有球形圆顶的形状。通常，第一室的形状可优选地基本上相对于中心纵向轴线旋转对称。
在某些实施例中，分散体出口可以基本上布置在中心纵向轴线和/或垂直于膜并与膜中心相交的轴线上。优选地，第二室朝着分散体出口逐渐变细。例如，第二室的至少一部分可以是朝向分散体出口的拱形或锥形。这些实施例确保没有微滴被截留，并且所有微滴都是经由分散体出口直接可收集的。
在一些实施例中，第一室具有半球或截头圆锥的形状。通常，半球或截头圆锥朝向膜敞开，也就是说，最大半径通常最靠近膜。这里使用的术语“半球的”还包括其他球形部分，例如三分之一球体。因此，在一些实施例中，第一室的形状是球形圆顶或球形帽。优选地，如果第一室具有球形圆顶的形状，和/或特别是半球形的形状，则第一入口可以布置在第一室（特别是半球形的第一室）的球形圆顶的极点区域附近或极点区域中。这种形状的优点在于，第一相的材料流在膜的第一侧面均匀分布，从而有助于在各个通道附近提供均匀的压力分布。例如，第一入口可以布置成基本垂直于中心纵向轴线，即基本平行于膜的第一侧面，或者也平行于中心纵向轴线，即相对于膜的第一侧面垂直。
在进一步的实施例中，膜的第二侧面包括的总开口面积大于第一侧面的总开口面积。这种膜具有的优点是：即使在高达5 l/h的流速下也能产生高品质微滴的优点。在一些实施例中，每个通道的流速可以在1 µl/h至50 ml/h之间，优选10 µl/h至5 ml/h。
在某些实施例中，每个通道包括通道出口，该通道出口的截面积大于相应通道的其余部分的截面积。在纵向方向上，即在流动方向上，通道出口具有若干微米的典型长度，例如200 µm至20 mm，优选500 µm至5 mm。通道出口可以是例如漏斗形、V形或U形。在一些实施例中，通道出口可以具有椭圆形轮廓。特别地，通道出口不是旋转对称的，因此具有3或更高的长/宽比。因此，通道出口可以不具有圆形或方形截面。这种通道出口能够在没有外力的情况下使微滴分离。因此，第一相在第二相中的微滴的形成被解耦，且因此基本上与流速无关。根据Young-Laplace方程，不溶液体界面处的压力在通道出口处比在第二储存器中高。因此，产生了沿流动方向的压力梯度，这导致流体线（fluid thread）分离成单独的微滴。因此，在通道的端部处产生压力梯度，这有助于流体边界层的分离，且因此有利于单个微滴的形成。当到达通道出口时，通道内外分散相的压力梯度使微滴在没有外力的情况下分离。这种喷嘴是有利的，因为它将流速与乳化过程解耦。
在一些实施例中，第一入口相对于膜的通道以基本上90°或更小的角度布置。典型地，所有通道基本上彼此平行排列。这具有有益的效果，即第一相不被直接推压到膜上，从而进一步能够在膜的每个通道上提供均匀的压力分布。例如，第一入口和膜的通道之间的角度可以在60°和90°之间，特别是75°和90°之间。优选地，第一入口基本上横向于（优选垂直于）膜的多个通道设置。因此，在这样的实施例中，第一入口可以平行于膜的第一侧面。
在进一步的实施例中，该装置包括用于安装膜的膜保持器。
在某些实施例中，该装置包括用于保持容器的容器保持器，该容器保持器部分地形成第二室。容器保持器可以固定地以及可释放地连接到膜保持器。容器保持器和/或膜保持器和/或基部可以由任何合适的材料制成，例如塑料材料（例如PTFE、聚（甲基）丙烯酸甲酯或聚甲醛）或金属（优选为钢）。
优选地，如果容器是玻璃容器，可以在玻璃容器和容器支架之间设置减震垫，以避免损坏玻璃容器、以及密封玻璃容器。
在一些实施例中，膜保持器包括用于安装膜的夹紧器件，膜保持器和/或夹紧器件被配置成容纳具有各种厚度的膜。典型地，夹紧器件可以是可调的。夹紧器件的示例包括螺钉、夹子、螺栓、锁等。
在一些实施例中，该装置包括基部，并且优选地，第一室部分地由基部形成。
在进一步的实施例中，基部和/或膜保持器包括至少一个密封件，以将膜抵靠基部和/或抵靠膜保持器进行密封。密封环可以被配置成使得它周向地完全包围膜的外围。密封环还可以包括气体出口，该气体出口与第一室流体连通，并且被配置为将第一室中存在的任何气体排出第一室。
在一些实施例中，基部和/或膜保持器包括间隔环。这种间隔环允许采用不同厚度的膜。
在一些实施例中，第一室包括气体出口，特别是流体开关，例如阀。气体出口和膜布置成使得：在将第一相供应到第一室期间（特别是在第一室首次/初始填充有第一相期间），第一室内的气体被导向气体出口并经由气体出口从第一室移除。在一些示例中，膜相对于装置的中心纵向轴线倾斜。因此，在沿着中心纵向轴线的剖视图中，中心纵向轴线和膜的第一和/或第二侧面之间的角度不同于90°。例如，膜的第二侧面和中心纵向轴线之间的锐角可以在45°和89°之间，优选在70°和88°之间，更优选在78°和87°之间。在这样的实施例中，气体出口可以布置在第一室的顶部边缘处，第一室由膜和另一个室壁形成。这确保了（例如在使用该装置之前）存在于第一室中的任何残留气体（特别是空气）上升到膜，并且由于膜的倾斜布置而被引导到顶部边缘，从而被引导到气体出口。通常，膜的通道对于空气来说太窄而不能通过，且因此上述实施例中描述的气体出口能够去除所有剩余的气体，否则这些气体会负面地影响均匀的微滴尺寸和分布，或者阻碍第一流体到达所有的微通道，从而降低吞吐量。典型地，气体出口可以与装置的环境流体连通。
在一些实施例中，该装置包括加热第一相和/或第二相的至少一个加热器和/或冷却第一相和/或第二相的至少一个冷却器。加热或冷却任一相可能是有益的，因为所产生的分散微滴的固化可容易地受到温度变化（例如通过使分散体冷却）的影响。典型地，至少一个加热器可以提供足够的热能来将第一相和/或第二相加热到100℃、125℃或150℃。加热器可以例如包括加热浴，例如水浴或油浴。可替代地，加热器可以是红外辐射器、加热线圈或任何其他合适的加热器。
在进一步的实施例中，该装置包括用于第一相的第一储存器和/或用于第二相的第二储存器，并且通过膜的流速是可调节的。第一储存器和第二储存器都可以被加压。例如，储存器可以流体连接到压力源，例如压缩机。可替代地，储存器可以是注射器，并由普通注射泵和/或柱塞或蠕动泵、齿轮泵或任何其它泵送系统加压。
分散体出口可以例如与产品器皿和/或废物器皿流体连接。可替代地或附加地，后处理器皿可以布置在第二储存器和产品器皿或废物器皿之间。在一些实施例中，第二储存器可以进一步用作后处理器皿。
在一些实施例中，限流器布置在用于第二相的第二储存器和第二室之间。这种限流器是有益的，因为第二室通常不会为第二相提供显著的流动阻力。因此，通过使用限流器，该装置更加稳定，因为可以避免非故意的压力差，例如由波动的气压引起的压力差。
在进一步的实施例中，第二入口包括供应通道，该供应通道至少部分地围绕中心纵向轴线周向布置，中心纵向轴线即垂直于膜的第一侧面和第二侧面并与膜的中心相交的轴线。供应通道包括通向第二室的一个或多个开口。至少部分地围绕上述轴线周向布置意味着供应通道可以具有部分圆形的轮廓，例如半圆形或三分之一圆形等。优选地，供应通道围绕中心纵向轴线完全周向布置，中心纵向轴线即垂直于膜并与膜的中心相交的轴线。在这样的实施例中，供应通道形成环状结构。优选地，供应通道包括通向第二室的多个开口，这些开口特别是沿着供应通道的圆周基本上均匀分布。典型地，供应通道的一个或多个开口可以布置在分散体出口的方向上，即，使得开口面向分散体出口。包括供应通道的实施例具有这样的优点，即第二相可以均匀且平滑地被引入第二室，而不会引起有害的湍流，该湍流对所产生的微滴的均匀形状和尺寸分布产生负面影响。在一些实施例中，供应通道的一个或多个开口被布置成使得当第二相被提供到第二室中时产生涡流。特别地，一个或多个开口可以是管状的，并且每个管状开口的纵向轴线可以相对于装置的中心纵向轴线倾斜。通常，所有的管状开口都是均匀倾斜的。涡流的产生是有益的，因为首先，通常可包含在第一相和/或第二相中的表面稳定剂可以更均匀地分布，这将因此增强所形成的分散体的稳定性，且其次，因为所产生的分散体向分散体出口的传输被加速，如果第一相和第二相的密度基本相等的话，则这是特别有益的。
典型地，供应通道布置在第二室的底部处，即邻近膜。供应通道例如也可以围绕膜周向布置。供应通道可以具有2 mm至100 mm的直径，优选5 mm至20 mm。
可替代地，第二入口可构成优选地从第二室的侧向侧面直接通向第二室的单个入口。
在一些实施例中，该装置可以包含控制单元。典型地，控制单元可以是电路、微处理器等。
在一些实施例中，该装置可以包含被配置用于存储数据的存储单元。存储单元可以是微处理器、硬盘驱动器或基于云的系统的接口。这个存储单元不是膜的一部分。
在一些实施例中，该装置可以包括用于用户输入数据的输入面板，例如键盘、触摸屏等。该装置还可以包括用于向用户呈现数据的信息系统，例如显示器、屏幕等。
在进一步的实施例中，膜包含标签，优选为计算机可读标签。标签可以是2D或1D标签、条形码、全息图、RFID标签或芯片。该装置还可以包括被配置用于从标签检索数据的读出单元和被配置用于处理来自标签的数据的控制单元。该数据可以与所产生的单分散微滴的期望品质值相关联，例如颗粒尺寸和尺寸分布以及其下限和上限，其可以经由读出单元被检索。此外，数据可以与工艺参数相关联，例如施加到第一室和/或第二室的压力、第一相和/或第二相的流速或压力、第一相和/或第二相的温度、所使用的材料、测量的品质值（特别是通过分析单元）、第一相和/或第二相的粘度、界面张力、接触角、微滴产生的持续时间等。数据也可以与膜本身的参数相关，即通道出口形状、通道尺寸（例如直径、纵横比、长度），以及膜厚度和/或直径、表面功能（例如疏水或亲水处理）、膜材料（例如钢玻璃或聚合物）、使用日期等。
读出单元和控制单元不是膜的一部分。读出单元例如可以是光学扫描仪、照相机等。由控制单元处理数据可以例如包括：检索与工艺参数相关的特定数据，例如施加到第一室和/或第二室的压力、第一相和/或第二相的流速、第一相和/或第二相的温度等；以及当操作该装置时调整这些参数，特别是自动地调整这些参数。这允许存储针对每个特定膜或膜类型的最佳参数。取决于具体的膜特性（例如厚度、总开口面积、通道出口形状等），某些工艺参数应该理想地被优化。可以使用针对每种膜类型的优化的参数，而不是单独优化每种膜。这些优化的参数可以作为数据经由标签直接存储在特定膜上，或者可以存储在装置本身内，即存储单元中。在后一种情况下，膜的标签与特定代码相关联，该特定代码与存储在存储单元中的特定数据集相关联，例如工艺数据或期望的品质值。然后，用户只需将膜插入到装置中，并且读出单元可以从标签中检索数据，将数据发送到控制单元，然后控制单元可以基于直接从膜中检索的数据或者通过检索与膜上的特定代码相关联并存储在存储单元中的特定一组工艺参数来调整相应的工艺参数。读出单元可以被定位成使得：当膜被插入到膜保持器中时，即当它被定位在第一室和第二室之间时，标签可以被读出。可选地，读出单元可以位于装置的任何合适的位置。然后，用户可以在将膜引入膜保持器之前扫描膜的标签。读出单元也可以是便携式的，例如便携式扫描仪。
在一些实施例中，该装置还包括发送器单元，该发送器单元被配置用于将数据（特别是工艺数据，例如实际应用的工艺参数，例如施加到第一室和/或第二室的压力、第一相和/或第二相的流速、第一相和/或第二相的温度等）发送到接收器。这里描述的工艺数据还可以包括日志条目，即关于使用持续时间、使用位置、用户ID等的信息。发送可以通过本领域技术人员已知的任何方法进行，例如经由Bluetooth®、WiFi、以太网、在线发送等。例如，发送可以实时发生，即：当装置在使用中时，工艺参数被直接发送。
在一些实施例中，控制单元可以包括存储单元，特别是硬盘驱动器或基于云的系统的接口，用于实时记录和存储实际工艺数据。控制单元可以例如被配置成按需或以规则的时间间隔检索存储在存储单元中的工艺数据。可选地，然后可以将数据提供给发送器单元，发送器单元然后将数据发送给接收器。作为向接收器实时发送数据的替代方案，数据可以存储在存储单元中，并以规则的时间间隔或按需被检索和由发送器单元发送。
在一些实施例中，接收器可以是包含在膜中的膜存储单元。在这样的实施例中，发送器单元可以将实际使用的工艺参数发送到膜存储单元。
在一些实施例中，该装置可以包括分析单元，分析单元具有传感器，优选为光学传感器，分析单元被配置用于确定和控制品质值，例如所产生的单分散微滴的尺寸和尺寸分布。光学传感器可以例如被配置用于测量和/或确定光的衍射，即确定待分析产品的折射率。
在优选实施例中，分析单元可以包括检测室，该检测室被配置成使得能够确定所产生的分散体的品质值。检测室可以优选地被配置为仅容纳单层的所产生的单分散微滴或者单个单分散微滴。例如，检测室可以包括透明材料或由透明材料组成。检测室可以被配置成使得在分析过程中所容纳的所产生的单分散微滴保持在稳定状态或非稳定状态。检测室也可以是微通道，其直径通常大于所产生的单分散微滴的直径。例如，直径可以小于5000 µm，或小于2000 µm，或小于或小于1000 µm，或小于500 µm。在这样的实施例中，当所产生的单分散微滴在微通道内时，它们可以由传感器进行分析。应当理解，传感器通常被布置和定位成使得可以分析微滴。
分析单元布置在膜的下游。例如，分析单元可以与从第二室分支出的通道流体连通，或者分析单元可以布置在分散体出口的下游。在分散体出口的下游，该装置可以包括流体接头，该流体接头尤其可以由开关控制，该开关与分析单元流体连通。例如，控制单元可以被配置成使得：开关自动地或按需以这样的方式操作，使得特别是在装置运转时，有限数量的所产生的单分散微滴被导向并进入分析单元。因此，分析单元允许在产生单分散微滴的同时直接进行在线品质控制。
应当理解，典型地，控制单元、发送单元、存储单元、读出单元和分析单元可操作地彼此耦接。
在一些实施例中，分析单元可操作地耦接到控制单元、发送单元和/或存储单元。因此，所获得的品质值（例如所产生的单分散微滴的颗粒尺寸和尺寸分布）可以被存储在存储单元中，被发送或如上所述由膜直接检索。
在装置包括如上所述的发送器单元的一些实施例中，发送器单元可以被配置用于向接收器发送品质参数。品质参数可以分别以规则的时间间隔实时传输或按需传输。
在一些实施例中，控制单元可以被配置成监控品质参数并检测品质参数是否低于或超过预定的上限和/或下限阈值。与数据相关联的阈值可以从膜中检索，即阈值可以经由标签直接被存储在膜上，或者标签包含与存储在存储单元中的特定上限和下限阈值（例如微滴尺寸的上限和下限）相关联的特定代码。在这样的实施例中，当品质参数低于或超过预定的上限和/或下限阈值时，可以触发警报。该警报例如可以是声音信号、视觉信号和/或触觉信号。附加地或可替代地，如果品质参数低于或超过预定阈值，则控制单元可以切断装置，即禁止额外的第一相和/或第二相的供应。
在第二方面，本发明包括用于产生第一相在第二相中的分散体的膜，该膜包括第一侧面和与之相对的第二侧面，以及穿过膜从第一侧面延伸到第二侧面的多个通道。每个通道包括布置在第一侧面处的通道入口、布置在第二侧面处的通道出口和布置在通道入口和通道出口之间的主部段，其中通道出口包括与主部段形状不同的形状。
在一些典型的实施例中，通道出口的形状是非对称的。例如，相对于与穿过通道的流动方向垂直的截面平面，通道出口的形状可以具有矩形或椭圆形截面。
典型地，主部段被限定为通道入口和通道出口之间的整个部段。主部段通常在主部段的整个长度上具有恒定的直径。
在一些实施例中，膜的第二侧面的总开口面积大于第一侧面的总开口面积。
优选地，通道出口的截面积大于通道的其余部分的截面积。
在本发明第二方面的任何实施例中描述的膜通常可以用在本文所描述的装置中。
该膜通常可以是单层膜。也就是说，膜由单件（single piece）制成。优选地，这种膜由块状材料制成，并且除了膜的多个通道之外，不包含任何相界面或过渡区域。这种膜对于所产生的微滴的品质是有利的，因为任何相界面和过渡对微滴形成和微滴稳定性都是有害的。
在一些实施例中，膜可以是可更换的。膜的多个通道通常是微通道。例如，除了通道出口处的截面之外，每个通道在通道的任何位置（主部段和/或通道入口）处可以具有0.04 µm2至4000000 µm2，优选4 µm2至640000 µm2的截面积，而通道出口处的截面积可以更大。
在进一步的实施例中，通道出口可以是楔形的。特别地，通道出口可以包括相对于垂直于延伸通道的横向平面的椭圆形截面，即通道出口在第一方向上可以比在第二方向上更大。
通常，每个通道由通道壁限定。通道壁可以是弯曲的，即通道壁可以朝着通道出口呈凸形或凹形。此外，每个通道可以包括收缩部，该收缩部的截面小于通道其余部分的截面，并且其中该收缩部布置在通道出口附近。因此，收缩部布置在通道出口和通道的其余部分之间。
在某些实施例中，每个通道出口可以具有椭圆形轮廓。因此，相对于横向于延伸通道并平行于膜的第一侧面或第二侧面的平面，通道出口可具有椭圆形截面。具有椭圆形轮廓的通道出口对形成的微滴的品质具有有益的影响，因为通道内的任何边棱都可能导致不稳定和不均匀的微滴。
在一些实施例中，膜是盘形的。这种膜可以具有圆形轮廓。可替代地，膜可以具有有角的轮廓，特别是三角形或矩形轮廓。
在某些实施例中，膜包含1至10000000个通道，优选20至500000个通道。
在进一步的实施例中，膜包括0.06至600000个通道/cm2，优选20至30000个通道/cm2。
在一些实施例中，膜由玻璃或聚合材料（例如聚（甲基）丙烯酸甲酯或PTFE）制成，或者由金属材料（例如钢）制成。
在进一步的实施例中，通过3D打印（特别是增材制造或减材制造）来产生膜。可以通过通道结构的3D激光加工，然后在酸（例如氢氟酸）或碱（例如氢氧化钾）中进行湿法蚀刻来产生该膜。在使用钢膜或塑料膜的情况下，膜可以通过微机械加工（采用诸如钻孔、铣削、车削或激光熔化、腐蚀等方法）来产生。
在一些实施例中，每个通道的其余部分（特别是主部段）的截面积在0.125 µm2至4mm2的范围内，优选地在10 µm2至0.5 mm2的范围内。
在进一步的实施例中，每个通道出口的截面积为0.12至36000000 µm2，优选12至5760000 µm2。特别地，膜的第二侧面的总开口面积可以比通道在任何其它给定位置（例如主部段和/或通道入口）处的总开口面积大300%至1500%，优选400%至900%。
在进一步的实施例中，限定为通道长度/最小直径的每个通道的纵横比为5至1000，特别地为10至500，更特别地为10至50。
在某些实施例中，膜的每个通道相对于横向平面具有倒圆截面。也就是说，至少在通道和/或通道出口内，每个通道基本上是无边棱的。这种通道是有益的，因为边棱可能对压力分布、流动特性和所产生的分散微滴的再现性有不利影响。该横向平面与膜以及膜的第一侧面和第二侧面共面。典型地，通道出口以及通道的其余部分可以具有倒圆截面。
在进一步的实施例中，膜的厚度为0.05 mm至20 mm，特别是在0.1 mm至20 mm之间，特别是0.1 mm至5 mm，特别是0.5 mm至20 mm。通常，膜的厚度等于每个通道的总长度。每个通道的总长度是每个通道出口的长度和通道的其余部分的长度之和。
在一些实施例中，膜包括不设有通道的至少一个固体支撑结构，其将膜分成两个或多个包含通道的部段。固体支撑结构增加了膜的稳定性。这种固体支撑结构可以与膜成一体，或者可以构成附加元件，这些附加元件布置在膜的第一表面和/或第二表面的顶部上。如果存在若干个固体支撑结构，这些固体支撑结构可以平行于膜的第一侧面和/或第二侧面（即横向于延伸通道）延伸。固体支撑结构可以是直梁。典型地，支撑结构不设有通道。通常只有膜的第一侧面和/或第二侧面的总表面积的一小部分是支撑结构的一部分。至少一个支撑结构（或组合的所有支撑结构）的总表面积与包含通道的部段的总表面积相比可以小于1∶10，优选小于1∶15，特别是小于1∶20。支撑结构可以布置成使得一些包含通道的部段各自具有三角形形状，优选至少6个，特别是至少10个。固体支撑结构增强了膜，有利于膜的处理并避免破裂，因为膜可能由于通道的大的总开口面积而变得相对脆弱。在进一步的实施例中，膜包含标签，优选为计算机可读标签。标签可以是2D或1D标签、条形码、全息图、RFID标签或芯片。标签可以是计算机可读的。优选地，标签包含可以与所产生的单分散微滴的期望品质值相关联的数据，例如颗粒尺寸和尺寸分布以及其下限和上限阈值，这些数据可以经由读出单元来检索。此外，数据可以与工艺参数相关联，例如施加到第一室和/或第二室的压力、第一相和/或第二相的流速、第一相和/或第二相的温度、所使用的材料等。数据还可以与膜本身的参数相关联，即通道出口形状、通道尺寸（例如直径、纵横比、长度）以及膜厚度。数据要么可以直接存储在标签中，要么标签可以包括与存储在装置中（特别是存储在如本文的任何方面和实施例中描述的装置中）的特定数据相关联的特定代码，其与膜结合使用。
在一些实施例中，膜可以包括膜存储单元，该膜存储单元被配置成接收和存储由发送器装置发送的数据。膜存储单元可以是电子电路、微处理器等，因此，膜可以存储从装置（特别是从发送器装置）获得的实际使用的工艺参数。因此，膜可以被返回给制造商，制造商可以检索工艺参数并对其进行分析。
在某些实施例中，膜可以包括膜密封环，该膜密封环周向地完全地包围膜的外围。这种膜密封环可以具有C形截面，一方面，它完全地使得能够完整地包围膜的外围，并且也包围膜的第一侧面和第二侧面的小部分。膜密封环可以优选由合适的聚合材料（例如橡胶、硅树脂等）制成。
根据另一个方面，本发明包括一种使用根据本文描述的任何实施例的装置产生第一相在第二相中的分散体的方法。该方法包括以下步骤：提供如本文公开的任何实施例中所述的装置，穿过第一入口将第一相供应到第一室中，以及穿过第二入口将第二相供应到第二室中，其中第一相从第一室穿过膜的多个通道流入第二室中，以形成第一相在第二相中的分散体。
典型地，可以对第一室中的第一相施加压力。例如，压力可以经由装置的加压的第一储存器和/或经由外部气压供应管线而被施加。任选地，也可以对第二室中的第二相施加压力。
在一些实施例中，在第二室中产生的分散体通过分散体出口被收集。优选地，在第二室中产生分散体的过程中连续地收集分散体。
在一些实施例中，第一相和/或第二相可以包含表面稳定剂，用于稳定第一相在第二相中产生的分散体。优选地，表面稳定剂仅被包含在第二相中。例如，表面稳定剂可以是表面活性剂，例如阴离子、阳离子或两性表面活性剂。表面稳定剂也可以是肥皂或合适的蛋白质。附加地或可替代地，根据应用，表面稳定剂可以是固体颗粒，优选疏水亲水或Janus型颗粒，其被配置用于提供pickering乳液。例如，固体颗粒可以是胶体二氧化硅。在一些实施例中，第一相和/或第二相中表面稳定剂的量高于临界微团（micelle）浓度，特别是在0.001至5wt%之间，特别是在0.01至5wt%之间，特别是在0.1至5wt%之间。
在一些实施例中，沿着膜的第一侧面的压力是基本上等压的。因此，多个通道中的每一个处的压力可以基本上是均匀的。
在进一步的实施例中，穿过各个通道的第一相的质量流量在膜上是基本上相等的。因此，穿过单独通道中的每一个的吞吐量是基本上相等的。
在一些实施例中，高达10 atm的超压被施加到第一室中的第一相。优选地，施加到第一相的绝对压力可以高达11 atm。
在进一步的实施例中，第二室中的第二相的压力为0.01至10 atm，优选为0.01至1atm。
在一些实施例中，在将第二相供应到第二室中之前，通过限流器降低第二相的压力。
在一些实施例中，读出单元从膜上的标签检索数据，并且检索的数据被提供给控制单元，控制单元处理数据。通常，可以在提供第一相和/或第二相之前执行读出。该数据可以与所产生的单分散微滴的期望品质值相关联，例如颗粒尺寸和尺寸分布以及其下限和上限阈值，其可以经由读出单元来检索。此外，数据可以与工艺参数相关联，例如施加到第一室和/或第二室的压力、第一相和/或第二相的流速、第一相和/或第二相的温度、所使用的材料等。该数据还可以与膜本身的参数相关联，即通道出口形状、通道尺寸（例如直径、纵横比、长度）以及膜厚度。由控制单元处理数据可以例如包括：检索与工艺参数相关的特定数据，例如施加到第一室和/或第二室的压力、第一相和/或第二相的流速、第一相和/或第二相的温度等；以及当操作该装置时调整这些参数，特别是自动地调整这些参数。取决于具体的膜特性（例如厚度、总开口面积、通道出口形状等），某些工艺参数应该理想地被优化。可以使用针对每种膜类型的优化的参数，而不是单独优化每种膜。这些优化的参数可以作为数据经由标签直接存储在特定膜上，或者可以存储在装置本身内，即存储单元中。在后一种情况下，膜的标签与特定代码相关联，该特定代码与存储在存储单元中的特定一组数据相关联，例如工艺数据或期望的品质值。然后，用户只需将膜插入到装置中，并且读出单元可以从标签中检索数据，将数据传输到控制单元，然后控制单元可以基于直接从膜中检索的数据或者通过检索与膜上的特定代码相关联并存储在存储单元中的特定一组工艺参数来调整相应的工艺参数。
在一些实施例中，数据由发送单元发送到接收器。该数据可以是实际工艺数据，例如实际应用的工艺参数，例如施加到第一室和/或第二室的压力、第一相和/或第二相的流速、第一相和/或第二相的温度等。这里描述的工艺数据还可以包括日志条目，即关于使用持续时间、使用位置、用户ID等的信息。发送可以通过本领域技术人员已知的任何方法进行，例如经由Bluetooth®、WiFi、以太网、在线发送等。例如，发送可以实时发生，即：当装置在使用中时，即，当提供第一相和/或第二相时，直接发送工艺参数。
可选地，实际工艺数据可以被记录并存储在存储单元中。控制单元可以例如按需或以规则的时间间隔检索存储的工艺数据。可选地，然后可以将数据提供给发送器单元，发送器单元然后将数据发送给接收器。作为向接收器实时发送数据的替代方案，数据可以存储在存储单元中，并以规则的时间间隔或按需被检索和由发送器单元发送。
在一些实施例中，接收器可以是包含在膜中的膜存储单元。在这样的实施例中，发送器单元可以将实际使用的工艺参数发送到膜存储单元。
在一些实施例中，产生的分散体包括单分散微滴，并且在具有传感器的分析单元中分析所产生的单分散微滴中的至少一者。该分析可以在线进行，即在供应第一相和/或第二相期间，以及在停止供应第一相和/或第二相之后进行。此外，分析可以包括确定和控制品质值，例如产生的单分散微滴的尺寸和尺寸分布。光学传感器可以例如被配置用于测量和/或确定光的衍射，即确定待分析产品的折射率。
在优选实施例中，分析单元可以包括检测室，该检测室被配置成使得能够确定所产生的分散体的品质值。检测室可以优选地仅容纳单层的所产生的单分散微滴或者单个单分散微滴。例如，检测室可以包括透明材料或由透明材料组成。在分析过程中，检测室可以容纳稳定状态或非稳定状态下的所产生的单分散微滴。检测室也可以是微通道，其直径通常大于所产生的单分散微滴的直径。例如，直径可以小于5000 µm，或小于2000 µm，或小于或小于1000 µm，或小于500 µm。在这样的实施例中，当所产生的单分散微滴在微通道内时，它们可以由传感器进行分析。应当理解，传感器通常被布置和定位成使得可以分析微滴。
在一些实施例中，分析单元可操作地耦接到控制单元和/或存储单元。因此，所获得的品质值（例如所产生的单分散微滴的颗粒尺寸和尺寸分布）可以存储在存储单元中，或者如上所述由膜直接检索。
在进一步的实施例中，发送器单元可以向接收器发送品质参数。品质参数可以分别以规则的时间间隔实时传输或按需传输。
在一些实施例中，品质参数由控制单元监控。如果检测到品质参数低于或超过预定的上限和/或下限阈值，则可以触发警报和/或立即停止供应第一相和/或第二相。该警报例如可以是声音信号、视觉信号和/或触觉信号。
所产生的第一相在第二相中的分散体可以被进一步处理以产生胶囊和颗粒，例如微胶囊、微颗粒、纳米胶囊、纳米颗粒。典型的方法包括：通过加热或通过冷却进行的热固化；化学地、UV或热诱导的聚合；溶剂萃取；化学反应；界面反应；凝胶化；交联；辐射；复合凝聚和本领域技术人员已知的其他方法。微胶囊或微颗粒可具有1至1000 µm的平均直径，纳米颗粒或纳米胶囊可具有1 nm至小于1 µm的平均直径。然而，也可能产生平均直径大于1000 µm、平均直径高达5 mm或高达3 mm的颗粒和胶囊。
根据另一个方面，本发明涉及一种用于产生具有多芯微滴的分散体的系统，该系统包括串联连接的至少两个根据本文所述的任一实施例的装置。因此，在第一装置中形成具有第一组分散的微滴的第一分散体，然后将其提供给第二装置的第一室，该第二装置在流动方向上布置在第一装置之后。第一组分散的微滴流动穿过第二装置的膜的通道，从而在第二相中形成多芯微滴。如本领域技术人员所理解的，多芯微滴是包括内芯和围绕内芯的附加层的微滴。内芯和单层中的每一个可以由不同的材料制成。然而，如果被至少一种不同的材料分开，也可能层中的至少一些和/或内芯由相同的材料制成。另外地或可替代地，可以通过本领域技术人员已知的方法（例如摇动、超声处理、高剪切乳化、喷雾干燥）将乳液添加到根据本文所述的任何实施例的装置，特别是添加到第一相和/或第二相而形成多重乳液。
根据另一方面，本发明涉及一种用于产生第一相在第二相中的分散体的装置，装置包括用于供应第一相的第一入口，第一入口通向第一室；用于供应第二相的第二入口，第二入口通向第二室；分散体出口，其用于收集第一相在第二相中的分散体；膜保持器，其用于保持膜，膜能够将第一室和第二室分开，其中第一室相对于截面平面具有倒圆截面，相对于与第一室的中心和第二室的中心相交的中心纵向轴线旋转对称。本发明的这个方面也可以与这里描述的一个或多个实施例相结合，特别是与关于本发明的第一方面描述的一个或多个实施例相结合。在一些实施例中，该装置还可以包括如本文所述的任何方面和实施例中所述的膜，该膜被布置成使得其将第一室和第二室分开，并且包括面向第一室的第一侧面和面向第二室的第二侧面。膜还可以由膜保持器保持。
附图说明
从下文给出的详细描述和附图中将更全面地理解这里描述的发明，这些描述和附图不应被认为是对所附权利要求中描述的发明的限制。附图显示：
图1：根据本发明的第一实施例的用于产生第一相在第二相中的分散体的装置的示意图；
图2：图1中所示装置的剖视图；
图3：图1中所示装置的分解局部剖视图；
图4：根据本发明另一实施例的装置1'的示意图；
图5：根据本发明第一实施例的膜的第二侧面的示意性放大图；
图6：图5中所示的膜沿A-A轴线的局部剖视图；
图7：根据本发明的其他实施例的不同通道出口几何形状的示意性局部表示图；
图8：根据本发明另一实施例的装置的局部剖视图；
图9：根据本发明另一实施例的装置的剖视图；
图10：根据本发明另一实施例的膜的示意图。
具体实施方式
图1描绘了用于产生第一相在第二相中的分散体的装置1。装置1包括由玻璃制成的容器19和由金属制成的基部14。基部14包括用于供应第一相的第一入口（未示出，见图2），第一入口通向第一室。第一室部分地由基部14和膜7形成（见图2）。容器19包括：用于供应第二相的第二入口3，其通向第二室；以及用于收集第二室中产生的分散体的分散体出口6。第二室由容器19和膜7形成（见图2）。装置1还包括固定地连接到基部14的膜保持结构20。此外，该装置包含容器保持结构21，该容器保持结构21经由夹紧器件18固定地连接到膜保持结构20。因此，容器19被固定地连接到基部14上。
图2示出了装置1的剖视图。装置1包括基部14，其具有用于供应第一相的第一入口2。入口2通向第一室4，第一室4部分地由基部14形成。装置1还包含容器19，其具有用于供应第二相的第二入口3和用于收集第一相在第二相中的分散体的分散体出口6。第二入口3通向第二室5，第二室5部分地由容器19形成。第一室和第二室被膜7分开。从图2中可以容易地看出，相对于沿着中心纵向轴线15并垂直于膜7的相应截面，第一室具有倒圆截面。在所示的特定实施例中，第一室4具有半圆形截面，并且因此可以具有半球的形状。第一入口2布置在半球的极点13的区域中。第二室5朝向分散体出口6逐渐变细，分散体出口6布置纵向轴线15上，纵向轴线15沿装置的纵向方向延伸，与第一和第二室的中心相交，垂直于膜7并与膜的中心相交。可以看出，纵向轴线15构成了该装置在纵向方向上的中心轴线。在所示的实施例中，第二室朝向分散体出口6呈拱形。因此，第二室6具有U形截面。第一入口2被布置成相对于中心轴线15和膜的通道成基本上90°的角度α，膜的通道通常平行于轴线15。装置1包括膜保持器20和容器保持器21，它们经由可释放的夹紧器件18彼此固定地连接。通过将膜夹在膜保持器7和基部14之间，膜7被安装到膜保持器20上。膜保持器20经由夹紧器件18固定地连接到基部14。为了将玻璃容器19安全地固定在膜保持器20和容器保持器21之间，可以在容器19和容器保持器21之间布置垫23，在特定情况下，垫23是泡沫垫。膜保持器20包括用于接收容器19的凹槽22。
图3示出了部分删减的装置1的分解图。可以看出，第一室部分地由基部14形成，并且具有半球的形状。相对于中心轴线15基本上成90°角设置的第一入口2设置在半球的极点上。基部14包括间隔环16，其使得能够使用具有不同厚度的不同膜，并且膜保持器20包括密封环17。膜7布置在环16和17之间。具有可调夹紧器件18的装置1的设计允许使用各种厚度的膜。膜保持器20还包括用于接收容器19的下端部分的圆周凹槽22。夹紧器件18将膜保持器20与容器保持器21固定地且可释放地连接。
图4示出了根据本发明优选实施例的装置1的示意图。第二室5由容器19和膜7形成，膜7将第一室4与第二室5分开。容器19包括分散体出口6，分散体出口6与产品器皿29和废物器皿30流体连通。一般来说，流体流量可以由阀控制，例如三通阀。装置1还包括第一储存器24，其与第一室4流体连通，用于经由第一入口2将第一相提供到第一室4中。在第一储存器24和第一入口2之间设置有用于测量第一相的流体流量的流量计。第一储存器24与压力源32流体连通。此外，压力调节器27a布置在第一储存器24和压力源32之间。除了第一储存器24，装置1包括冲洗储存器31，该冲洗储存器31也与第一室4和压力源32两者流体连通。冲洗储存器31被配置用于在装置1的预期使用之后向第一室4中提供冲洗溶液以便清洁装置1。通常，如果冲洗溶液被提供到第一室4，则设置在产品器皿29和废物器皿30与分散体出口6之间的三通阀被配置成使得冲洗溶液可以流入废物器皿30。装置1还包括加热器33，其被配置用于在分散相的产生过程中加热第一和第二室。此外，第二室5与第二储存器25流体连通，用于向第二室5供应第二相。限流器26和流量计28布置在第二室5和第二储存器25之间。在所示的实施例中，限流器26沿流动方向设置在流量计28的后面。第二储存器25还与压力源32流体连接。此外，第二压力调节器27b布置在第二储存器25和压力调节器27a之间。在一个代表性的实验中，第一储存器被加压以0.08 atm的超压，并且第二储存器被加压以0.4atm的超压。仅在12分钟内就可以用第一相在第二相中产生的分散体填充1 L产品器皿。装置1还包括读出单元39和控制单元40，读出单元39被配置用于从膜7的标签检索数据，控制单元40被配置用于处理来自标签的数据。通常，读出单元可以布置在任何合适的位置处。例如，用户可以在将膜放置在第一室和第二室之间之前扫描膜的标签。可选地，读出单元和标签通常可以被布置成使得当膜位于第一室4和第二室5之间时，可以直接读出标签。装置1还包含发送器单元41，其被配置用于向接收器发送数据。通常，发送器单元41、控制单元40和读出单元39可以功能性地连接。装置1还包含具有传感器的分析单元42，其用于确定和控制品质值，特别是所产生的单分散微滴的尺寸和尺寸分布。分析单元42位于膜7的下游，在这种情况下是分散体出口6的下游。
图5显示了用于产生第一相在第二相中的分散体的单层膜7，膜7可用于如本文公开的任何实施例中所描述的装置中。膜7具有第一侧面8（未示出）和第二侧面9，第二侧面9在操作状态下面向第二室。多个微通道10延伸穿过膜7。每个通道10具有椭圆形轮廓。膜7还具有附着在第二侧面9上的计算机可读标签43。此外，膜7包括膜密封环44，该膜密封环44周向地完全地包围膜的外围。在一些情况下，膜7可以另外包括膜存储单元45，该膜存储单元45被配置为接收和存储由发送器装置发送的数据。
图6在沿A-A的剖视图中示出了图5的厚度为T的单层膜7。该膜包括第一侧面8和第二侧面9。多个通道10（以放大的尺寸绘制）各自从膜的第一侧面8延伸到膜的第二侧面9。每个通道包括设置在第一侧面8处的通道入口11和设置在第二侧面9处的通道出口12。布置在每个通道入口和通道出口之间的是主部段M。可以容易地看到，第二侧面9包括的总开口面积大于第一侧面8的总开口面积。此外，每个通道出口12的形状不同于通道的其余部分（即主部段M和通道入口11）的形状。每个通道出口12的截面积大于相应通道10的其余部分的截面积。在所示的实施例中，通道出口12是楔形的。
图7示出了精选的具有不同形状的通道出口的通道的截面示意性局部视图。例如，图7a）显示了楔形通道出口。图7b）显示了成角度的通道出口。图7c）和7d）显示了如下的通道出口，其中通道壁是凸地（图7c）或凹地（图7d）弯曲的。图7e）至7g）示出了具有收缩部的通道，该收缩部设置在通道出口附近，并且设置在相应的通道出口和通道的其余部分之间。可以看出，所示的所有不同通道的通道出口的截面积大于通道其余部分的截面积。
图8示出了根据本发明另一实施例的装置的局部剖视图。装置1具有用于供应第一相的第一入口2，第一入口2通向具有倒圆截面的第一室4。在所示的实施例中，第一室4具有球形圆顶的形状，圆顶基部处的半径小于相应的假想的全球体的半径。第二室5至少部分由容器19限定。该装置还包括分散体出口6，分散体出口6用于收集第一相在第二相中产生的分散体。为了更好的可视化，没有示出相应的膜。通向第二室5的第二入口在所示实施例中包括供应通道34，该供应通道34围绕中心纵向轴线15和/或垂直于膜的第一和第二侧面并与膜的中心相交的轴线周向布置。供应通道34包括通向第二室5的多个开口35。开口35沿供应通道的圆周均匀分布，并沿分散体出口7的方向布置。在所示的实施例中，供应通道34形成环状结构，供应通道34布置在第二室5的底部处，即在膜和容器19的边缘处。在所示的实施例中，供应通道具有有角的截面（angular cross-section）。可选地，供应通道可以具有倒圆截面，特别是圆形截面。
图9示出了根据本发明的装置的另一个实施例的剖视图。装置1具有用于供应第一相的第一入口2，第一入口2通向具有倒圆截面的第一室4。在所示的实施例中，第一室4具有球形圆顶的形状。膜7将第一室4与第二室5分开。与图2所示的实施例相反，膜相对于装置1的中心纵向轴线15倾斜。在沿着中心纵向轴线的剖视图中，中心纵向轴线和膜的第二侧面之间的锐角β在45°和89°之间，优选在70°和88°之间，更优选在78°和87°之间。装置1还包括气体出口36。气体出口和膜被布置成使得：在将第一相供应到第一室期间（特别是在第一次填充期间），第一室内的气体被导向气体出口并经由气体出口36从第一室4中移除。可以看出，气体出口36布置在第一室4的顶部边缘处，该第一室4由膜7和室壁形成，该室壁是基部14的一部分。在用第一相初始填充第一室4之前，气体（特别是空气）存在于第一室中。在用第一相填充第一室4时，空气被推出气体出口36。由于膜7和气体出口36的布置，基本上所有气体都可以从第一室4中移除。由于剩余气体（特别是气泡）对压力分布有不利影响，尺寸和颗粒分布变得更加均匀。
图10描绘了根据本发明另一实施例的膜7。膜7包含若干交叉固体支撑结构37，交叉固体支撑结构37不设有通道，交叉固体支撑结构37将膜分成若干个三角形的包含通道的部段38。这种固体支撑结构可以与膜7成一体，或者可以包括布置在膜的第一和/或第二表面上的附加元件。
附图标记列表
1 装置
2 第一入口
3 第二入口
4 第一室
5 第二室
6 分散体出口
7 膜
8 第一侧面
9 第二侧面
10 通道
11 通道入口
12 通道出口
13 极点
14 基部
15 中心轴线
16 间隔环
17 密封环
18 夹紧器件
19 容器
20 膜保持器
21 容器保持器
22 凹槽
23 垫
24 第一储存器
25 第二储存器
26 限流器
27a,b 压力调节器
28 流量计
29 产品器皿
30 废物器皿
31 冲洗储存器
32 压力源
33 加热器或冷却器
34 供应通道
35 开口
36 气体出口
37 固体支撑结构
38 部段
39 读出单元
40 控制部件
41 发送器单元
42 分析单元
43 标签
44 膜密封圈
45 膜存储单元
M 主部段。

Claims (38)

1.一种用于产生第一相在第二相中的分散体的装置（1），所述装置（1）包括：
a.用于供应第一相的第一入口（2），所述第一入口（2）通向第一室（4）；
b.用于供应第二相的第二入口（3），所述第二入口（3）通向第二室（5）；
c.分散体出口（6），所述分散体出口（6）用于收集所述第一相在所述第二相中的所述分散体；
d.膜（7），所述膜（7）将所述第一室（4）和所述第二室（5）分开，所述膜（7）包括面向所述第一室（4）的第一侧面（8）和面向所述第二室（5）的第二侧面（9），
其中，
e.从所述膜（7）的所述第一侧面（8）延伸到所述第二侧面（9）的多个通道（10）提供所述第一室（4）和所述第二室（5）之间的流体连接，每个通道（10）包括设置在所述第一侧面（8）上的通道入口（11）和设置在所述第二侧面（9）上的通道出口（12）；
f.所述第一室（4）被配置成使得所述第一相穿过每个单独通道（10）的流速是基本上均匀的。
2.根据权利要求1所述的装置（1），其特征在于，所述第一室（4）被配置为使得沿着所述膜（7）的第一侧面（8）的压力是基本上等压的。
3.根据权利要求1或2所述的装置（1），其特征在于，所述第一室（4）具有倒圆截面。
4.根据权利要求3所述的装置（1），其特征在于，所述第一室（4）具有半球形形状，并且所述第一入口（2）优选地邻近半球形的第一室的极点（13）布置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述膜（7）的所述第二侧面（9）具有由所述通道（10）形成的总开口面积，由所述通道（10）形成的总开口面积大于所述第一侧面（8）的总开口面积。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，每个通道（10）包括位于通道出口（12）处的端部区域，所述端部区域的截面积大于相应的通道（10）的其余部分的截面积。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述第一入口（2）相对于所述膜（7）的所述通道（10）以基本上90°或更小的角度布置，优选地，所述第一入口（2）基本上横向于所述膜（7）的多个通道（10）布置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置包括用于安装膜（7）的膜保持器（20）。
9.根据权利要求8所述的装置（1），其特征在于，所述膜保持器（20）包括用于安装所述膜（7）的夹紧器件（18），所述膜保持器（20）和/或所述夹紧器件（18）被配置成容纳具有不同厚度的膜（7）。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置包括基部（14），并且在于，所述第一室（4）部分地由所述基部（14）形成。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述基部（14）和/或所述膜保持器包括至少一个密封件（17），以将所述膜（7）抵靠所述基部（14）和/或抵靠所述膜保持器（21）进行密封。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述第一室（4）包括气体出口（36），并且在于，所述气体出口（36）和所述膜（7）被布置成使得：在将所述第一相供应到第一室（4）期间，所述第一室内的气体被导向所述气体出口（36）并且经由所述气体出口（36）从所述第一室（4）移除。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置包括加热器和/或冷却器（33），以加热和/或冷却所述第一相和/或所述第二相。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置包括用于第一相的第一储存器（24）和/或用于第二相的第二储存器（25），使得通过膜（7）的流速是可调节的。
15.根据权利要求14所述的装置（1），其特征在于，限流器（26）布置在所述第二储存器（25）和所述第二室（5）之间。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述第二入口（3）包括供应通道（34），所述供应通道至少部分地围绕中心纵向轴线和/或垂直于所述膜的所述第一侧面和所述第二侧面并与所述膜的中心相交的轴线周向布置，所述供应通道包括通向所述第二室的一个或多个开口。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述膜（7）包含标签（43），优选为RFID标签或条形码，并且在于，所述装置（1）还包括被配置为从所述标签（43）检索数据的读出单元（39）和被配置为处理来自所述标签（43）的数据的控制单元（40）。
18.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置还包括被配置为向接收器发送数据的发送器单元（41）。
19.根据前述权利要求中任一项所述的装置（1），其特征在于，所述装置还包括具有传感器的分析单元（42），所述传感器优选为光学传感器，所述分析单元（42）用于确定和控制品质值，特别是所产生的单分散微滴的尺寸和尺寸分布。
20.一种用于根据权利要求1至19中任一项所述的装置的膜（7），所述装置用于产生第一相在第二相中的分散体，所述膜包括第一侧面（8）和与之相对的第二侧面（9）以及穿过所述膜从所述第一侧面延伸至所述第二侧面的多个通道（10），其中每个通道包括布置在所述第一侧面（8）处的通道入口（11），布置在所述第二侧面（9）的通道出口（12）和布置在所述通道入口（11）和所述通道出口（12）之间的主部段（M），其中所述通道出口包括偏离所述主部段的形状的形状。
21.根据权利要求20所述的膜（7），其特征在于，所述通道出口（12）的截面积大于所述通道的其余部分的截面积。
22.根据权利要求20或21所述的膜（7），其特征在于，每个通道的其余部分的截面积在0.125 µm2至4 mm2的范围内，优选地在10 µm2至0.5 mm2的范围内。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的膜（7），其特征在于，所述膜（7）的每个通道（10）相对于横向平面具有倒圆截面。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的膜（7），其特征在于，所述膜（7）的厚度为0.05mm至20 mm，优选为0.5 mm至20 mm。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的膜（7），其特征在于，所述膜（7）包括不设有通道的至少一个固体支撑结构，所述固体支撑结构将所述膜（7）分成两个或更多个包含通道的部段（38）。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的膜（7），其特征在于，所述膜包含标签（43），优选为计算机可读标签。
27.根据权利要求20至26中任一项所述的膜（7），其特征在于，所述膜（7）包括膜密封环（44），所述膜密封环（44）周向地完全地包围所述膜的外围。
28.一种使用根据权利要求1至19中任一项所述的装置产生第一相在第二相中的分散体的方法，其中
-第一相穿过第一入口被供应到第一室中，并且
-第二相穿过第二入口被供应到第二室中，其中
-所述第一相从所述第一室穿过所述膜的多个通道流入所述第二室中，以形成所述第一相在所述第二相中的分散体。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，沿着所述膜的所述第一侧面的压力是基本上等压的。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其特征在于，穿过各个通道的质量流量在所述膜上是基本上相等的。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的方法，其特征在于，高达1.2 atm的超压被施加到所述第一室中的所述第一相。
32.根据权利要求28至31中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二室中的所述第二相的压力为0.01至10 atm，优选为0.01至1 atm。
33.根据权利要求28至32中任一项所述的方法，其特征在于，在将所述第二相供应到所述第二室中之前，通过限流器降低所述第二相的压力。
34.根据权利要求28至33中任一项所述的方法，其特征在于，读出单元从所述膜上的标签检索数据，并且在于，所检索的数据被提供给控制单元，所述控制单元处理所述数据。
35.根据权利要求28至34中任一项所述的方法，其特征在于，数据由发送单元发送到接收器。
36.根据权利要求28至35中任一项所述的方法，其特征在于，所产生的分散体包括单分散微滴，并且在于，在具有传感器的分析单元中分析所产生的单分散微滴中的至少一者。
37.根据权利要求28至36中任一项所述的方法，其特征在于，所产生的所述第一相在所述第二相中的分散体被进一步处理以生成胶囊和颗粒，例如微胶囊、微颗粒、纳米胶囊、纳米颗粒。
38.一种用于产生具有多芯微滴的分散体的系统，所述系统包括串联连接的至少两个根据权利要求1至19中任一项所述的装置。
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