CN114945425A - 乳化装置及乳化方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开的乳化装置包括：具有第一压力端和第一出口端的外罐；具有第二压力端和第二出口端的内罐，其中内罐设置在外罐内部并且第二出口端位于比第二压力端更靠近第一出口端的位置，外罐被配置为容纳第一种液体，内罐被配置为容纳第二种液体，第一压力端和第二压力端被设置成可以对第一种液体和第二种液体同时施加单一压力，并且在该压力下，第二种液体通过第二出口端流出内罐与外罐中的第一种液体接触，从而在第一种液体中形成包含第二种液体的乳液液滴。

Description

乳化装置及乳化方法

相关应用

本申请要求2019年11月14日提交的美国临时申请号62/935,210的优先权并享有其权益。所述临时申请的全部内容通过引用并入本申请以用于所有目的。

发明领域

本发明涉及乳化技术领域，尤其涉及一种乳化装置及乳化方法。

背景技术

乳化是将第一种液体分散在第二种不混溶液体中以形成乳液的过程。乳化技术广泛应用于不同行业，并随着微流体工艺的发展而取得显着进步。与传统的乳化技术相比，基于微流体的工艺可以产生可控体积和分布的液滴。常用的基于微流体的乳化装置通常基于T形接头设计或流动聚焦设计，如图1所示。图1A和图1B。这种装置带有一个指液体的分散相，它将形成液滴，以及一个指另一种液体的连续相，该液体与分散相不混溶，并将围绕形成的液滴。

图1A显示了T形接头设计的一个示例，它目前被认为是一种简单和常用的液滴生成装置。在根据T形接头设计的装置中，分散相垂直于连续相的流动注入以产生微流体液滴。当不混溶的流体到达两个通道的T形接头时，分散相逐渐进入主通道。此时连续相发生切离。然后分散相在两种流体的界面处形成弯曲101。分散相在主通道中前进得越多，弯曲部101的弯头102越变窄以破坏界面的连续性。断裂产生液滴的分离，液滴继续沿通道流动的方向移动。

图1B显示了流体聚焦设计的一个示例。在流体聚焦设计中，分散相直接引入主通道201，而连续相通过两个垂直分支202和203注入。然后分散相在两侧被连续相夹住。然后由于粘性力和两相界面处的表面张力之间的竞争而形成液滴。

目前这些乳化装置设计都很复杂，并且不能以经济的方式产生稳定一致的乳化液滴。

发明内容

在一些实施例中，本申请公开的乳化装置包括外罐、内罐和压力源。外罐用于容纳第一种液体，外罐包括第一压力端和第一出口端。第一压力端用以将压力源的压力传递至第一种液体，第一出口端具有开口，第一种液体在压力作用下流出开口。内罐配置为容纳第二种液体，内罐包括第二压力端和第二出口。第二压力端用于将压力传递到第二种液体上，第二出口端具有开口，第二种液体在压力作用下流出。内罐位于外罐内。压力源连接在第一压力端并提供压力。当压力源对第一压力端施加压力时，所述压力也同时通过第二压力端施加。在一些实施例中，第一种液体和第二种液体是不混溶的。

在一些实施例中，乳化装置的第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端按照第一压力端、第二压力端、第二出口端、第一出口端顺序装配。

在一些实施例中，所述第一压力端与所述第二压力端齐平，所述乳化装置的所述第二压力端、所述第二出口端和所述第一出口端按照所述第二压力端、所述第二出口端、所述第一出口端的顺序装配。

在一些实施方案中，本申请公开的乳化方法包括：

提供一种乳化装置，包括外罐和内罐，

其中，外罐填充有第一种液体，而内罐填充有第二种液体，

其中填充有第二种液体的内罐在填充有第一种液体的外罐的内部，

从而第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端按照第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端的顺序装配。

通过连接到第一压力端的压力源向第一种液体施加压力，其中压力同时通过第二压力端并施加到第二种液体，其中在压力下第一种液体流向第一出口，以及第二种液体流向第二出口端，

其中第二种液体流出第二出口端并接触到外罐里正在流向第一出口端的第一种液体，导致在第一种液体中形成包含第二种液体的乳液液滴。

在一些实施例中，外罐的容积小于5000μl，内罐的容积小于4000μl，其中外罐填充有第一种液体，而内罐填充有第二种液体。

在一些实施例中，第一出口端是敞开的开口，其中第一出口端的开口具有小于5000微米的线性尺寸；第二出口端是敞开的开口，其中第二出口端的开口具有小于4000微米的线性尺寸。

在一些实施例中，本申请公开的乳化装置包括

外罐具有极性两端，其中一极端为第一压力端，另一极端为第一出口端；和

具有极性两端的内罐，其中一极端为第二压力端，另一极端为第二出口端，

其中，所述乳化装置在使用时，所述内罐设置在所述外罐内部，所述第二出口端位于比所述第二压力端更靠近所述第一出口端的位置，所述外罐用于容纳第一种液体，所述内罐用于容纳第二种液体，第一出口端和第二出口端是敞开的，并且第一压力端和第二压力端被布置成使得压力可以从第一和第二压力端同时施加到第一和第二种液体上，和

其中，在压力作用下，第一种液体流向第一出口端，第二种液体流向第二出口端，

其中，所述第二种液体通过所述第二出口端流出所述内罐并与所述外罐中的所述第一种液体接触，从而在所述第二出口端形成在所述第一种液体中包含所述第二种液体的乳液液滴。

在一些实施例中，内罐和外罐被布置成使得第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端按照第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端的顺序装配。

在一些实施例中，第二压力端与第一压力端齐平，而第二压力端、第二出口端和第一出口端按照第二压力端、第二出口端和第一个出口端的顺序装配。

在一些实施例中，第一出口端所具有的线性尺寸可以使得第一出口端处的第一种液体具有的表面张力足以在没有外部压力时防止第一种液体流出外罐；第二出口端具有线性尺寸，使得第二出口端处的第二种液体具有的表面张力足以在没有外部压力时防止第二种液体流出内罐。

在一些实施例中，该乳化装置包括压力源，该压力源被配置为向来自第一压力端的第一种液体和来自第二压力端的第二种液体提供单一压力。

在一些实施例中，乳化装置压力源是气泵，并且当乳化装置在使用中时，气泵以气压形式加压到第一种液体和第二种液体上。

在一些实施例中，第一压力端用盖子密封，使得内罐与第二压力端的整体处在外罐内，加压气体通过后外罐盖子的一个洞来施压。

在一些实施例中，该装置还包括设置在外罐内部的支架，这个支架将内罐支起在外罐内部。

在一些实施例中，乳化装置还包括用于将内罐支撑在外罐内的装置。

在一些实施例中，支架是一个边缘部分与外罐内壁切合的板，并且板上具有一个主孔和一个或多个副孔，

其中，所述主孔用于将所述内罐支撑在所述外罐内，所述一个或多个副孔用于使所述外罐中的第一种液体流过。

在一些实施例中，第二出口端的线性尺寸小于第一出口端的线性尺寸。

在一些实施例中，第一出口端具有范围从0.01mm到2.0mm的线性尺寸，并且第二出口端具有范围从0.007mm到1.8mm的线性尺寸。

在一些实施例中，外罐和内罐中的某些部位形状作成流化曲线形状。

在一些实施例中，外罐和内罐中都是由三部分构成：顶部是具有第一直径的一个圆柱、底部是具有小于第一直径的第二直径的一个圆柱、中间第三部分是具有截锥，其中截锥连接顶部和底部，

其中，所述第一压力端是所述外罐的顶部的一端，

其中，第二压力端为内罐顶部的一端，

其中第一出口端是外罐底部的一端，和

其中第二出口端是内罐底部的一端。

本申请还提供了一种乳化方法，该乳化方法采用包括外罐和内罐的乳化装置实施，所述乳化方法包括：

用第一种液体填充外罐，用第二种液体填充内罐，其中外罐和内罐可以是任意顺序填充，其中外罐具有两个端部，其中一端是第一压力端，另一端是第一出口端，内罐也具有两端，一端为第二压力端，另一端为第二出口端，内罐设置于外罐内，并且内罐的第二出口端比第二压力端更靠近第一出口端；

从第一压力端和第二压力端同时对第一种液体和第二种液体施加压力，使得在压力下，第一种液体流向第一出口端，第二种液体流向第二出口端，其中第二种液体流出内罐通过第二出口端并与外罐中的第一种液体接触而形成乳化液滴，该乳化液滴结构是第一种液体中包含第二种液体。

在一些实施方案中，第一种液体是油相液体，第二种液体在水相液体。

在一些实施例中，第一种液体和第二种液体每种都可以包含一种或多种表面活性剂。

在一些实施例中，乳化方法进一步包括：

通过改变内罐的体积来调整要产生的液滴总数，例如通过增加或减小内罐的体积来增加或减少液滴的总数，其中内罐填充有第二种液体。

上述实施例和本发明其他实施例中的乳化装置结构简单，易于配置，易于制造，成本相对较低。使用该乳化装置实施的乳化方法的实施例可以容易地实施并且具有更简单的形成乳液的步骤。

以下描述和附图将进一步解释和展现本发明的其他方面和优点。尽管以下描述可能包含描述本发明的特定实施例的具体细节，但这不应被解释为对本发明范围的限制，而是作为优选实施例的示例。对于本发明的每个方面，本领域普通技术人员可以根据了解到的本发明细节做出各种变更调节而做出改装的乳化装置或乳化方法，而这些变更和修改都不脱离本发明的精神本质。

附图的简要说明

本发明的新颖特征在所附权利要求中进行专门阐述。通过参考以下阐述说明性实施例的详细描述，将获得对本发明的特征和优点的更好理解。使用了本发明的原理的阐述说明性实施例的附图说明如下：

图1A和1B分别示出了用于现有技术中微流乳化装置的T形接头设计和流动聚焦设计的示例。

图2描绘了本申请的一个实施例的乳化装置中外罐的一个示例性实施例。

图3描绘了根据本申请的一个实施例的乳化装置中内罐的一个示例性实施例。

图4描绘了根据本申请的一个实施例的使用中的乳化装置的一个示例性实施例，其中内罐放置在外罐内部。施压源的压力4同时将压力同时传导到第一压力端2和第二压力端7，进而驱动外罐里第一种液体和内罐里第二种液体流动；第二种液体在流出第二出口端8时被流动的第一种液体切分形成乳化液滴，之后乳化液滴从第一出口端3流出。

图5描绘了使用中的乳化装置的另一个示例性实施例，其包括在外罐内部安装的支撑内罐中的支架13。该装置在第一压力端2处连接了一个密闭盖子14，盖子上的开孔连接管道15连接到压力源16。

图6描绘了根据本申请实施例的乳化装置外罐内部安装的一个用于支撑内罐的支架的示例。中间孔133用于安放内罐，两边孔132a 132b用于外罐中第一种液体的流通。

图7描绘了根据本申请实施例的乳化方法的示例性实施例的流程图。

详细说明

尽管本申请已经示出和描述了本发明的各种实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些实施例仅作为示例提供。在不背离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到许多变化、更改和替换。应当理解，在实施本发明时可以采用对本申请描述的本发明实施例的各种替代方案。

如本申请所用，术语“罐”是指容器等，其可以按本申请中公开的需求接收或容纳液体。术语“罐”无意限制容器的形状或构造、材料、尺寸或制造方法。例如，罐可以是任何形状，例如管、漏斗、长方体等。

当与量值结合使用时，术语“约”是指合理接近该量值的任何值，即在该量值的+/-10％范围内，包括该量值本身。例如，11、10和9都被认为是“大约10”。

术语“使用”是指乳化装置的状态，其中乳化装置的两个罐都充满液体并且从装置产生液滴。

术语“内部”在用于描述内罐和外罐之间的空间关系时，是指内罐的任何部分都没有在外罐之外。

如本申请所用，关于开口(例如，内罐或外罐的第一出口端或第二出口端)的术语“线性尺寸”是指完全覆盖开口截面最小边界外切圆的直径。

如本申请所用，术语“间距”在下文中是指所产生的乳液液滴之间的平均距离。

用于液滴生成的不混溶液体

本申请公开提供了用于形成乳液的装置和方法的实施例，该乳液是指在一种液体中包含了另外一种不混溶的液体，并且该乳液是当第一种液体与第二种不混溶液体混合时形成乳液。例如，第一种液体可以是疏水液体，第二种液体可以是亲水液体，反之亦然。在一个实施例中，第一种液体是油，第二种液体是水中的化学反应混合物(例如PCR反应混合物)。该设备或方法可以作为独立的设备或方法应用，或者作为集成系统的一部分应用。应当理解，本申请中的不同部分可以单独应用，也可以将各个部分集成或相互结合用以应用。

外罐和内罐

根据本发明的一个方面，乳化装置包括外罐和内罐。通常，内罐的尺寸和体积比外罐小，从而可以放置在外罐的内部。外罐或内罐都具有相对的两个端部，其中一个是压力端，用于接收压力，另一个是出口端，液体可以从该出口端流出。使用乳化装置时，内罐放置于外罐内，同时确认内罐的出口端比内罐的压力端更靠近外罐的出口端以确认放置方向正确。即内罐安置在外罐内部形成乳化装置时，内、外罐的两个压力端在乳化装置的一端，而内、外罐两个出口端在乳化装置的另一端。

图2示出了本申请公开的乳化装置的外罐的示例性实施例。外罐用于容纳第一种液体。如图2所示，外罐(oTK)包括壳体1、第一压力端2和第一出口端3。第一压力端2和第一出口端3为壳体1的相对端。当乳化装置在使用时，第一压力端2和第一出口端3均为开放状态，当从第一压力端2接收到对第一种液体施加的压力时，第一种液体将流经外罐并通过外罐第一出口端3流出外罐。。

图3显示了本申请所公开的乳化装置的内罐的示例性实施例。在本实施例中，内罐(iTK)包括壳体6、第二压力端7和第二出口端8。第二压力端7和第二出口端8是壳体6的相对端。当乳化装置使用时，第二压力端7和第二出口端8均为开放状态。内罐设置于外罐内部，用于容纳第二种液体，当第二压力端2接收到对第二种液体施加的压力时，第二种液体将流经内罐并通过内罐第二出口端8流出内罐。

图4显示了使用中的乳化装置的示例性实施例，该乳化装置包括如图3所示的内罐安置于如图2所示的外罐内部。外罐用于容纳第一种液体11，内罐用于容纳第二种液体12。第一种液体11和第二种液体12不混溶。在一个实施例中，第一种液体11为油相，第二种液体12为水相。

如图4所示，第一压力端2和第二压力端7位于乳化装置的一端。这种安置方法可以使得单一压力4方便地从第一压力端7施加压力到第一种液体11，同时该同一压力源通过第二压力端7向第二种液体12施加压力。该配置有利于可以使用单一压力同时驱动第一和第二种液体，促使液滴从第二出口端8形成，然后从第一出口端3流出。在该压力下，第一种液体11流向第一出口端3，第二种液体12流向第二出口端8。如图4所示的安置方式，第二种液体12通过第二出口端8流出内罐时接触到第一种液体11并在第二出口端8处形成两种液体交界面。在两种液体接触过程中，第一种液体11凸起并进入第二种液体12。之后第一种液体11继续凸起变大并最终被第二种液体12切离而形成液滴。然后依次下一个凸起开始，第一种液体11的凸起进而变大直至最后在第二种液体内形成液滴。接着这样依次形成乳化液滴从第二出口端8流向第一出口端3。

在如图4所示的示例性实施例中，内罐和外罐的排列方式是：第一压力端2、第二压力端7、第二出口端8、第一出口端3按照第一压力端2，第二压力端7、第二出口端8和第一出口端3。如图4所示一种乳化装置示例，第一压力端2的高度高于第二压力端7的高度，第一出口端3的高度低于第二出口端8的高度。但是排列方式可以进行一些修改和变更。在另一个实施例中，第二压力端7可以与第一压力端2齐平。

如上所述，第一种液体11和第二种液体12可以在压力4下流出外罐和内罐。在一些实施例中，在没有压力的情况下，第一种液体11和第二种液体12在外罐中保持静止，尽管第一出口端3和第二出口端8是敞开的。因为即使不施加压力，这些实施例中的第一出口端和第二出口端的线性尺寸在合适的范围内，使得第一出口端或第二出口端处的第一种液体或第二种液体具有足以防止第一种液体或第二种液体流出的表面张力。一般来说，第一出口端的线性尺寸越小，越容易阻止第一种液体流出第一罐。同样地，第二出口端的线性尺寸越小，越容易防止第二种液体流出第二罐。

通常，第一出口端和第二出口端中的线性尺寸被设计为较小。在一个实施例中，第一出口端3具有从0.01mm到2.0mm线性尺寸，例如从0.05mm到1mm，或从0.2mm到1mm的线性尺寸。第二出口端8具有从0.007mm至1.8mm线性尺寸，例如0.01mm至1.5mm，0.05至1.2mm，或0.1mm至1mm。在一些实施例中，第二出口端8开口的线性尺寸小于第一出口端3开口的线性尺寸，使得即使第二出口端8插入第一出口端3中，两个开口之间仍有一些距离。在一些实施例中，第一出口端的开口线性尺寸小于5000微米，并且第二出口端的开口线性尺寸小于4000微米。

内罐和外罐可以是任何形状或构造，只要它们适合容纳相应第一种液体和第二种液体，或根据需要的其它种液体。例如，内罐和外罐都可以是管状的。在另一示例中，内罐和外罐均是锥形形状，同时压力端的线性尺寸大于出口端的线性尺寸。

如图2-图6所示的实施例中，外罐和内罐都包括三部分：具有第一直径的圆柱形状的顶部、具有小于第一直径的第二直径的圆柱形状的底部、和具有截锥形状的第三部分用于连接顶部圆柱体和底部圆柱体。其中第一压力端或第二压力端位于顶部的一端，第一出口端或第二出口端位于底部的一端。然而，可以理解，这些仅仅是示例性实施例，并且可以在外罐或内罐的形状方面对这些实施例进行许多修改或变更。

如图4或5所示的实施例，内罐的形状与外罐的形状相似。可以理解，它们可以有不同的形状，只要内罐可以放在外罐里面即可。

如图4所示乳化装置的一个说明性实施例中，外罐的第一压力端2的直线尺寸约为8mm，外罐的总高度约为30mm，第一出口端3的直线尺寸约为0.3mm。外罐中的第一种液体11的体积约为1500μl，内罐中的第二种液体12的体积约为100μl。

如图4或5所示的实施例，当乳化装置直立放置时，第一种液体11的液面位高于第二种液体的液面位。但是不必为了形成乳液而将第一种液体11液面位保持在高于第二种液体液面位的水平。在其它实施例中，第一种液体11的液面位可以低于或等于第二种液体的液面位。

如图4或5所示的实施例，在内罐中，在第二种液体之上覆盖着第一种液体。然而，内罐中第二种液体之上不必具有任何第一种液体以形成乳液。在另一个实施例中，在内罐中的第二种液体之上没有第一种液体覆盖。在一些其他实施例中，在外罐中的第一种液体之上覆盖着第二种液体。

如图4或图5所示的实施例，乳化装置竖直放置，第一压力端、第二压力端、第二出口端、第一出口端从上到下依次排列。然而，竖直放置不是设备操作的必要条件。在一些其他实施例中，该装置放置在倾斜位置。

内罐和外罐各自可以由任何材料制成，只要它们可以根据需要容纳第一和第二种液体。例如，内罐和外罐各自可以由塑料、玻璃、金属等制成。

内罐和外罐各自可以通过任何制造方法制造。例如，它们中的每一个都可以通过注塑成型来制造。每个罐体可以分成几个部分，每个部分单独生产，然后将这些部分组装或连接起来形成罐体。这些部分可以由不同的材料或不同的生产方法制成。

如上所述，在单一压力4下，第一种液体和第二种液体分别流出内罐和外罐。在本发明的实施例中，单一压力4可以同时对第一种液体和第二种液体施加压力。配置单一压力同时对第一种液体和第二种液体施加压力是有利的，因为如果分别对第一种液体和第二种液体施加两个单独的压力，则外罐的第一种液体和内罐的第二种液体在第二出口端周围的压力差可能导致回流。例如，来自外罐的第一流体可以回流到内罐；或者来自内罐的第二流体可能会回流到外罐。通过施加一个单一压力，在第二出口端周围没有压力差，因此第一和第二种液体可以从第二出口端向第一出口端沿相同方向移动，而不会出现与施加两个单独压力相关的不希望的回流。压力4可以由压力源提供。压力源可以是能够对罐中的第一和第二种液体施加正压的任何类型的压力源。在一些实施例中，压力源是气泵，其通过第一压力端和第二压力端将加压气体供应到第一种液体和第二种液体顶部的密封空间中。在一些实施例中，压力源是液压机，其使用油、水等作为介质将压力传递到第一和第二种液体上。在一些实施例中，压力源是有重量的重力块。

可选的附加组件

气泵

在一些实施例中，乳化装置连接到压力源，例如气泵。

图5显示了与压力源16一起使用的乳化装置的示例性实施例，压力源16是气泵。如图5所示，第一压力端2用盖子14密封，第二压力端7敞开并位于外罐内。压力源16使用管道15提供加压气体，管道15将压力源16连接到外罐的盖子。管道15通过盖子14上的孔连接到盖子14，这使得外罐内部的空间和压力源之间能够流畅传递压力信号。加压气体通过管道15并到达第一种液体和第二种液体顶部(盖子14下方)的空间，从而同时推动第一种液体和第二种液体流向第一出口端和第二出口端。

固定支架

在一些实施例中，当在液滴产生过程中，内罐被固定在外罐内，使得内罐与外罐的相对位置保持不变。内罐固定在外罐内可采用各种方式。在一些实施例中，乳化装置还包括设置在外罐内部的固定支架。所述固定支架构将内罐固定在外罐内的适当位置。图5示出了一个说明性实施例，其中固定支架13设置在外罐内部并且将内罐固定在外罐内部的适当位置。固定支架13可以接收并固定内罐。固定支架13可以是任何形状或任何材料，只要它可以接收并将内罐固定在外罐内的适当位置，并且同时还允许第一种液体11在乳化过程中流过。图6示出了固定支架13的示例。

固定支架的一个说明性实施例在图6中示出。固定支架是个内置片13，内置片13的边缘部分131附接到外罐的内壁。内置片13上具有第一孔133和一个或多个第二孔132a、132b。第一孔133用于内罐穿过而将内罐容纳并支撑在外罐内，第二孔132a、132b用于外罐中的第一种液体11流过。内置片13可以在第一孔133周围具有一定的厚度，以便内罐可以牢固地固定在第一孔133中。如图6所示，内置片13为圆盘状，使得内置片13的边缘部131能够与外罐的内壁紧密贴合。可以理解的是，内置片13可以是任何其他形状，只要它可以固定在外罐上即可。在图6所示的实施例中。第一孔133为圆形，第二孔为椭圆形。可以理解的是，第一孔和第二孔都可以具有不同的数量和不同的形状。在一些实施例中，内置片13具有多个不同尺寸和/或形状的第一孔。在一些实施例中，第二孔具有不同于椭圆形的形状。

在一种替代方案中，可以对内罐相对于外罐的位置(例如，第二出口相对于第一出口的位置)进行调节。例如，可将内罐插入到附接到外罐的固定支架中的不同位置，使得内罐的第二出口端远离或靠近外罐的第一出口端。在另一种替代方案中，安置在外罐内的内罐可以具有不同容积。不同容积的内罐可以插入到支架说相应的孔中。

如上所述的实施例和本申请的其他实施例中的乳化装置具有简单的结构、易于组装和制造，因此具有相对较低的生产成本。在一些实施例中，可以容易地调节内罐相对于外罐的位置，从而改变第一种液体与第二种液体的流量比，从而方便地改变所产生的乳液液滴的体积和控制液滴的间距。

液滴生成方法

另一方面本申请给出一种利用乳化装置实施的乳化方法。乳化装置可以为本发明乳化装置的任一实施例，所述乳化装置包括外罐和内罐。

图7示出了根据本发明实施例的乳化方法的一个例子的流程图。如图7所示，该方法可以包括以下步骤。

S710，将外罐注满第一种液体，内罐注满第二种液体。其中，外罐具有相对的两端，一端为第一压力端，另一端为第一出口端，第一出口端敞开。内罐具有相对的两端，一端为第二压力端，另一端为第二出口端，第二出口端敞开。内罐以第二出口端比第二压力端更靠近第一出口端的方式设置在外罐内。外罐的充灌和内罐的充灌可以以任意先后顺序进行。在一些实施例中，在S710步骤之前，先将内罐设置在外罐内部，因此在S710中外罐和内罐的充灌步骤不会改变两个槽的布置。在一些实施例中，在S710步骤之前，内罐没有安置在外罐内部，因此S710可以包括将填充有第一种液体的内罐安置置到填充有第二种液体的外罐中这一步骤。

S720，对来自第一压力端的第一种液体和来自第二压力端的第二种液体施加单一压力，使得在压力作用下，第一种液体流向第一出口端，第二种液体流向第二出口端。第二种液体通过第二出口端流出内罐并与外罐中的第一种液体接触以形成第一种液体包含第二种液体的乳液液滴。

如上所述，第一种液体和第二种液体是不混溶的。在一个实施例中，第一种液体是疏水液体，第二种液体是亲水液体。在一个实施例中，第一种液体是油溶液，第二种液体是水溶液。

在压力作用下，第二种液体通过第二出口端流出内罐。随着第二种液体流出第二出口端，它与外罐中的第一种液体合并，从而形成第一种液体包含第二种液体的液滴乳液。

在一些实施方案中，产生的乳液液滴的体积应保持在适合反应(例如，PCR反应)的范围内。产生的液滴的体积范围可以从1皮升到150微升，例如从10皮升到100微升，或从100皮升到1微升，或从1皮升到10微升。该乳化装置产生的最常见的液滴体积从1纳升到100纳升不等。乳液液滴的体积可以通过多种方式控制改变。在一些实施例中，将一种或多种表面活性剂添加到第一和/或第二种液体中可以以增加液滴体积。示例性表面活性剂包括但不限于泊洛沙姆、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯脂肪酸酯、脱水山梨糖醇酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇酯、吐温80、吐温20、Triton X-100、Span 80、Span 60、Tetronic 701、Brij 58、BrijL4、普朗尼克F-68、普朗尼克F-127。在一些实施例中，仅将一种或多种表面活性剂添加到第一种液体中。在一些实施例中，仅第二种液体加入一种或多种表面活性剂。在一些实施例中，第一种液体和第二种液体两者都加入一种或多种表面活性剂。

在一些实施例中，产生的乳液液滴的体积可以通过控制第一种液体与第二种液体的流量比来改变。一般来说，流量比越低，液滴尺寸越大。在一些实施例中，通过减小内罐的出口端的线性尺寸或用另一个内罐的出口端的线性尺寸较小的内罐替换可以增加流量比。在一些实施例中，通过增加内罐的出口端的线性尺寸或用另一个具有更大的内罐出口端的线性尺寸的内罐替换来降低流量比。

乳化装置的其他细节以及乳化原理或过程请参见乳化装置实施例中的描述，为简洁起见，在此不再赘述。

使用乳化装置实施的乳化方法的实施例具有更简单的形成乳液的步骤。在乳化方法的一些实施例中，可以通过调节内罐相对于外罐的位置或内罐的容积来调节第一种液体与第二种液体的流量比，从而改变所产生的乳化液滴的体积或控制乳化液滴之间的间距。

前述书面说明被认为足以使本领域技术人员能够实践本发明。本发明的范围不受所提供的实施例的限制，因为这些实施例旨在作为本发明的一个方面的一个说明例子，而其它功能等效的实施例也在本发明的范围内。除了这里所示和描述的之外，对于本领域技术人员来说对本发明的各种显而易见修改都在所附权利要求的范围内。本发明的某些优点和目的不一定在本发明的每个实施例中都包含。

尽管本申请已经示出和描述了本发明的若干实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些实施例仅作为示例提供。在不背离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到许多变化、改变和替替。应当理解，在实施本发明时可以采用对本申请描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求旨在定义本发明的范围，这些权利要求及其等同范围内的方法和结构都在本发明的涵盖范围之内。

本发明的非限制性示例性实施例

实施例1.一种乳化装置，包括：外罐、内罐和压力源，

1)其中外罐用于容纳第一种液体，

其中外罐包括第一压力端和第一出口端，

其中第一压力端将来自压力源的压力传递到第一种液体上，

其中，所述第一出口端敞开，所述第一种液体在所述压力下通过所述开口流出；

2)其中内罐被用于容纳第二种液体，

其中，所述内罐包括第二压力端和第二出口，

其中第二压力端将压力传递到第二种液体上，

其中第二出口端具有开口，第二种液体在压力下通过该开口流出，

其中内罐在外罐内部，并且

其中，第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端按照第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端的顺序安置。和

3)其中压力源用于连接第一压力端并提供压力，其中当压力从压力源施加到第一压力端时，所述压力也同时传递并施压到第二压力端。

实施例2.根据实施例1所述的乳化装置，其中所述第一种液体和所述第二种液体是不混溶的。

实施例3.一种乳化方法，包括

提供一种乳化装置，包括外罐和内罐，

其中，所述外罐充灌有第一种液体，所述内罐充灌有第二种液体；

其中，充灌有第二种液体的内罐位于充灌有第一种液体的外罐的内部；

从而第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端按照第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端的顺序装配。

通过连接到第一压力端的压力源向第一种液体施加压力，其中压力同时通过第二压力端并施加到第二种液体，其中在压力下第一种液体流向第一出口端，第二种液体流向第二出口端，

其中第二种液体流出第二出口端并接触流出第一出口的第一种液体，形成第一种液体中包含第二种液体的乳液液滴。

实施例4.如实施例3所述的乳化方法，其中外罐的容积小于5000μl，内罐的容积小于4000μl，其中外罐填充有第一种液体，并且其中内罐填充有第二种液体。

实施例5.如实施例3所述的乳化方法，其中：

第一出口端敞开且具有开口，其中第一出口端的开口具有小于5000微米的线性尺寸；和

第二出口端敞开并且具有开口，其中第二出口端的开口具有小于4000微米的线性尺寸。

实施方案6.一种乳化装置，包括：

外罐具有相对两端，其中一端为第一压力端，另一端为第一出口端；和

具有相对两端的内罐，其中一端为第二压力端，另一端为第二出口端，

其中，所述乳化装置在使用时，所述内罐设置在所述外罐内部，所述第二出口端位于比所述第二压力端更靠近所述第一出口端的位置，所述外罐用于容纳第一种液体，所述内罐用于容纳第二种液体，第一出口端和第二出口端是敞开的，并且第一压力端和第二压力端被安置成使得压力可以从第一压力端和第二压力端同时施加到第一种液体和第二种液体上，和

其中，在压力作用下，第一种液体流向第一出口端，第二种液体流向第二出口端，

其中，所述第二种液体通过所述第二出口端流出所述内罐并与所述外罐中的所述第一种液体接触，从而在所述第二出口端形成在所述第一种液体中包含所述第二种液体的乳液液滴。

实施例7.根据实施例6所述的乳化装置，其中，所述内罐和所述外罐被安置为使得所述第一压力端、所述第二压力端、所述第二出口端和所述第一出口端按第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端的顺序排列。

实施例8.如实施例6所述的乳化装置，其特征在于，所述第二压力端与所述第一压力端齐平，所述第二压力端、所述第二出口端和所述第一出口端按第二压力端、第二出口端和第一出口端顺序排列。

实施例9.如实施例6所述的乳化装置，其中：

第一出口端的尺寸设置成使得第一出口端处的第一种液体的表面张力在不向第一种液体施加压力时足以防止第一种液体流出外罐；和

第二出口端的尺寸使得第二出口端处的第二种液体的表面张力在不向第一种液体施加压力时足以防止第二种液体流出内罐。

实施例10.根据实施例6所述的乳化装置，还包括压力源，所述压力源被配置为向来自所述第一压力端的所述第一种液体和来自所述第二压力端的所述第二种液体提供单一压力。

实施例11.根据实施例10所述的乳化装置，其中所述压力源是气泵，并且当使用所述乳化装置时，加压气体从所述气泵施压到所述第一种液体和所述第二种液体上。

实施例12.根据实施例11所述的乳化装置，其中，所述第一压力端用盖子密封，使得具有第二压力端的内罐的整个被包含在外罐中，并且供应加压气体通过盖子的一个孔后进入外罐。

实施例13.根据实施例6所述的乳化装置，还包括设置在所述外罐内部的固定支架，其中所述固定支架将所述内罐固定在所述外罐内部。

实施例14.根据实施例6所述的乳化装置，其中所述乳化装置还包括用于将所述内罐保持在所述外罐内部的装置。

实施例15.根据实施例14所述的乳化装置，其特征在于，所述固定支架为具有边缘的片状件，所述边缘部与所述外罐的内壁连接，所述固定支架片上具有第一孔和一个或多个第二孔。

其中，所述第一孔用于将所述内罐固定在所述外罐内，所述一个或多个第二孔用于使所述外罐中的第一种液体流过。

实施例16.根据实施例6所述的乳化装置，其中所述第二出口端的线性尺寸小于所述第一出口端的线性尺寸。

实施例17.根据实施例6所述的乳化装置，其中所述第一出口端具有0.01mm至2.0mm范围内的线性尺寸，并且所述第二出口端具有0.007mm至1.8mm范围内的线性尺寸。

实施例18.根据实施例6所述的乳化装置，其中所述外罐和所述内罐中都具有流线形状。

实施例19.根据实施例6所述的乳化装置，其中所述外罐和所述内罐都包括具有第一直径的圆柱形状的顶部部分、具有小于所述第一直径的第二直径的圆柱形状的底部部分、以及具有截锥形状的第三部分，其中第三部分截锥连接顶部和底部，

其中，所述第一压力端是所述外罐的顶部的一端，

其中，第二压力端为内罐顶部的一端，

其中第一出口是外罐底部的一端，和

其中第二出口是内罐底部的一端。

实施例20.采用包括外罐和内罐的乳化装置实施的一种乳化方法，其中所述乳化方法包括：

外罐内注有第一种液体，内罐内注有第二种液体，外罐具有相对的两端，一端为第一压力端，另一端为敞开的第一出口端，内罐体具有相对的两端，一端为第二压力端，另一端为敞开的第二出口端，内罐设置在外罐内，第二出口端位于外罐的距离较近的位置。第二压力端至第一出口端；

从第一压力端和第二压力端同时对第一和第二种液体施加压力，使得在压力下，第一种液体流向第一出口端，第二种液体流向第二出口端，其中第二种液体流出内罐通过第二出口端并与外罐中的第一种液体接触以形成第一种液体中包含第二种液体的乳化液滴。

实施例21.根据实施例20所述的乳化方法，其中所述第一种液体为油相，所述第二种液体为水相。

实施方案22.实施方案21的乳化方法，其中第一和/或第二种液体包含一种或多种表面活性剂。

实施例23.如实施例22所述的乳化方法，进一步包括：

通过改变内罐的体积来调整要产生的液滴总数。

实施例24.如实施例20所述的乳化方法，进一步包括：

通过改变内罐与外罐的相对位置来调整第一种液体与第二种液体的流量比。

实施例25.实施例20-24的乳化方法，其中平均液滴体积在1皮升至150微升的范围内。

Claims (25)

1.一种乳化装置，包括：

外罐、内罐和压力源，

1)其中外罐构制成容纳第一种液体，

其中外罐包括第一压力端和第一出口端，

其中第一压力端构制成将来自压力源的压力传递到第一种液体上，

其中，所述第一出口端具有开口，所述第一种液体在所述压力下通过所述开口流出；

2)其中内罐构制成容纳第二种液体，

其中，所述内罐包括第二压力端和第二出口，

其中第二压力端构制成将压力传递到第二种液体上，

其中第二出口端具有开口，第二种液体在压力下通过该开口流出，

其中内罐在外罐内部，并且

其中，第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端按照第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端的顺序安置，和

3)其中压力源构制成连接到第一压力端并提供压力，其中当压力从压力源施加到第一压力端时，所述压力也同时传递并施加通过第二按压结尾。

2.根据权利要求1所述的乳化装置，其中，所述第一种液体和所述第二种液体是不混溶的。

3.一种乳化方法，包括

提供一种乳化装置，包括外罐和内罐，

其中，所述外罐充灌有第一种液体，所述内罐充灌有第二种液体；

其中，充灌有第二种液体的内罐位于充灌有第一种液体的外罐的内部；

从而第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端按照第一压力端、第二压力端、第二出口端和第一出口端的顺序安置，

通过连接到第一压力端的压力源向第一种液体施加压力，其中压力同时通过第二压力端并施加到第二种液体，其中在压力下第一种液体流向第一出口端，以及第二种液体流向第二出口端，

其中第二种液体流出第二出口端并接触流出第一出口端的第一种液体，导致在第一种液体中形成包含第二种液体的乳液液滴。

4.根据权利要求3所述的乳化方法，其中，所述外罐的容积小于5000μl，所述内罐的容积小于4000μl，所述外罐中充灌有所述第一种液体，并且所述内罐中充灌有所述第二种液体。

5.如权利要求3所述的乳化方法，其中：

第一出口端敞开且具有开口，其中第一出口端的开口具有小于5000微米的线性尺寸；和

第二出口端敞开并且具有开口，其中第二出口端的开口具有小于4000微米的线性尺寸。

6.一种乳化装置，包括：

外罐具有相对两端，其中一端为第一压力端，另一端为第一出口端；和

具有相对两端的内罐，其中一端为第二压力端，另一端为第二出口端，

其中，所述乳化装置在使用时，所述内罐设置在所述外罐内部，所述第二出口端位于比所述第二压力端更靠近所述第一出口端的位置，所述外罐用于容纳第一种液体，所述内罐用于容纳第二种液体，第一出口端和第二出口端是敞开的，并且第一压力端和第二压力端被配置成使得压力可以从第一和第二压力端同时施加到第一和第二种液体上，和

其中，在压力作用下，第一种液体流向第一出口端，第二种液体流向第二出口端，

其中，所述第二种液体通过所述第二出口端流出所述内罐并与所述外罐中的所述第一种液体接触，从而在所述第二出口端形成在所述第一种液体中包含所述第二种液体的乳液液滴。

7.根据权利要求6所述的乳化装置，其特征在于，所述内罐和所述外罐设置为，所述第一压力端、所述第二压力端、所述第二出口端和所述第一出口端按照第一压力端、第二压力端、第二出口端、及第一出口端的顺序安置。

8.根据权利要求6所述的乳化装置，其特征在于，所述第二压力端与所述第一压力端齐平，而所述第二压力端、所述第二出口端和所述第一出口端按照所述第二压力端、所述第二出口端、所述第一出口端的顺序安置。

9.如权利要求6所述的乳化装置，其特征在于：

第一出口端具有线性尺寸被配置为在不对第一种液体施加压力的情况下第一种液体不会流出外罐；和

第二出口端具有线性尺寸被配置为在不对第二种液体施加压力的情况下第二种液体不会流出内罐。

10.根据权利要求6所述的乳化装置，还包括压力源，所述压力源被配置为向来自所述第一压力端的所述第一种液体和来自所述第二压力端的所述第二种液体提供单一压力。

11.根据权利要求10所述的乳化装置，其特征在于，所述压力源为气泵，在使用所述乳化装置时，从所述气泵向所述第一种液体和所述第二种液体供给加压气体。

12.根据权利要求11所述的乳化装置，其特征在于，所述第一压力端用盖子密封，使得具有所述第二压力端的所述内罐的整体容纳在所述外罐中，并且将所述加压气体通过盖子上的孔后传到所述外罐中。

13.根据权利要求6所述的乳化装置，还包括设置在所述外罐内的固定支架，其中所述固定支架将所述内罐支撑在所述外罐内。

14.根据权利要求6所述的乳化装置，其中，所述乳化装置还包括用于将所述内罐固定在所述外罐内的装置。

15.根据权利要求13所述的乳化装置，其特征在于，所述固定支架为一板片，其边缘部与所述外罐的内壁贴合，所述板片上具有第一孔和一个或多个第二孔，

其中，所述第一孔用于将所述内罐固定在所述外罐内，所述一个或多个第二孔用于使所述外罐中的第一种液体流过。

16.根据权利要求6所述的乳化装置，其中，所述第二出口端的线性尺寸小于所述第一出口端的线性尺寸。

17.根据权利要求6所述的乳化装置，其特征在于，所述第一出口端的线性尺寸为0.01mm至2.0mm，所述第二出口端的线性尺寸为0.007mm至1.8mm。

18.根据权利要求6所述的乳化装置，其中，所述外罐和所述内罐中的每一个都具有流线形状。

19.根据权利要求6所述的乳化装置，其中，所述外罐和所述内罐中都包括具有第一直径的圆柱形状的顶部、具有小于所述第一直径的第二直径的圆柱形状的底部，以及具有截锥形状第三部分，其中截锥部分连接顶部和底部，

其中，所述第一压力端是所述外罐的顶部的一端，

其中，所述第二压力端为所述内罐顶部的一端，

其中，所述第一出口是外罐底部的一端，和

其中，所述第二出口是内罐底部的一端。

20.采用包括外罐和内罐的乳化装置实施的一种乳化方法，其中所述乳化方法包括：

外罐内灌注第一种液体，内罐内灌注第二种液体，外罐具有相对的两端，一端为第一压力端，另一端为敞开的第一出口端，内罐体具有相对的两端，一端为第二压力端，另一端为敞开的第二出口端，内罐设置在外罐内，并且内罐的安置是第二出口端比第二压力端位于距离外罐第一出口端更近的位置，

从第一压力端和第二压力端同时对第一种液体和第二种液体施加压力，使得在压力下第一种液体流向第一出口端，第二种液体流向第二出口端，其中第二种液体流出内罐通过第二出口端并与外罐中的第一种液体接触以形成第二种液体被第一种液体包含在内的乳化液滴。

21.如权利要求20所述的乳化方法，其特征在于，所述第一种液体为油相，所述第二种液体为水相。

22.根据权利要求21所述的乳化方法，其中，所述第一种液体和/或所述第二种液体包含一种或多种表面活性剂。

23.如权利要求19所述的乳化方法，还包括：

通过改变内罐的体积来调整要产生的液滴总数。

24.如权利要求20所述的乳化方法，还包括：

通过改变内罐与外罐的相对位置来调整第一种液体与第二种液体的流量比。

25.权利要求20-24所述的乳化方法，其中平均液滴体积在1皮升到150微升的范围内。

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