DE102012104867A1 - Micro-fluidic system for supplying nozzle set with fluids, has integrated inflow of focusing fluid going to reservoir of focusing fluid, where pairs of feed channels lead in accordance with multiple nozzles - Google Patents
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- B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrofluidiksystem zur Versorgung eines Düsensets mit Fluiden, umfassend einen integrierten Zufluss des fokussierenden Fluids, der zu einem Reservoir des fokussierenden Fluids geht, sowie n ≥ 1 Paare von Zuflusskanälen des fokussierenden Fluids, die ihren Anfang an dem Reservoir des fokussierenden Fluids nehmen und entsprechend zu n Düsen führen.The present invention relates to a microfluidic system for supplying fluid to a nozzle set comprising an integral inflow of the focussing fluid going to a reservoir of focussing fluid, and n ≥ 1 pairs of focussing fluid inflow channels beginning at the focussing fluid reservoir take and lead to n nozzles accordingly.
Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein Verfahren zur gleichmäßigen Verteilung der Fluide innerhalb eines Mikrofluidiksystems, bestehend aus mindestens zwei Sets von Kanälen, die planare Analoga von achsensymmetrischen Düsen darstellen. Die Erfindung umfasst ebenfalls ein Mikrofluidiksystem, in dem das obige Verfahren zur Verteilung der Fluide zum Einsatz kommt.The present invention also discloses a method for evenly distributing the fluids within a microfluidic system consisting of at least two sets of channels that are planar analogs of axisymmetric nozzles. The invention also includes a microfluidic system utilizing the above method of distributing the fluids.
Die Atomisierung eines Fluids besteht darin, dass ein Teil der einen Prozess versorgenden Energie in die Oberflächenenergie umgewandelt wird. In der Regel wird nur ein geringer Teil der Energie, die einen Atomisierungsprozess versorgt, in die Oberflächenenergie umgewandelt. Diese Abhängigkeit wird quantitativ durch einen Parameter beschreibt, der der Quotient der Oberflächenenergie und der den Atomisierungsprozess versorgenden Energie ist. Die Energie, die den Prozess versorgt, kann aus verschiedenen Quellen kommen, am meisten ist es mechanische, elektromechanische oder rein elektrostatische Energie.The atomization of a fluid consists in converting some of the energy that supplies a process into the surface energy. As a rule, only a small part of the energy that supplies an atomization process is converted into surface energy. This dependence is quantitatively described by a parameter that is the quotient of the surface energy and the energy supplying the atomization process. The energy that supplies the process can come from different sources, most of it is mechanical, electromechanical or purely electrostatic energy.
Das Betriebsprinzip pneumatischer Zerstäuber besteht darin, dass sie den Flüssigkeitsstrahl durch einen Gasstrom zerteilen. Bei meisten Zerstäubern, die im Stand der Technik bekannt sind, verläuft der Zersträubungsprozess wegen bedeutender Dissipation der mechanischen Energie mit einer sehr geringen Ausbeute. Bis zum heute wurden Dutzende von Düsentypen mit wesentlich verschiedenen Zerstäubungsausbeuten entwickelt und sie sind auch vom Stand der Technik bekannt. Die Optimierung einer Düse eines pneumatischen Zerstäubers besteht in einer möglichst richtigen Ausnutzung der Energie, die den Prozess versorgt. Bei der Auswahl einer möglichst richtigen Geometrie des Zerstäubers werden in der Praxis folgende Faktoren in Erwägung gezogen: Maximierung der Oberflächenenergie, Minimierung der Gasmenge (des Gasdrucks) und, nicht weniger wichtig, Gewährleistung einer minimalen Koaleszenz der in der Düse erzeugten Tropfen. Als generellen Grundsatz könnte angenommen werden, dass je komplizierter und teurer die Vorrichtung, desto effizienter die darin stattfindende Zerstäubung ist.The operating principle of pneumatic atomizers is that they divide the liquid jet by a gas flow. For most atomizers known in the art, the desensitization process proceeds with very little yield due to significant mechanical energy dissipation. To date, dozens of nozzle types have been developed with significantly different sputtering yields and are also known in the art. The optimization of a nozzle of a pneumatic atomizer is to use as correctly as possible the energy that supplies the process. In choosing the most accurate atomizer geometry, the following factors are considered in practice: maximizing surface energy, minimizing the amount of gas (gas pressure), and, not less important, ensuring minimal coalescence of the droplets generated in the nozzle. As a general principle, it could be assumed that the more complicated and expensive the device, the more efficient the atomization taking place therein.
Je nach Anwendung, ob in Verwendung bei industrieller Benetzung im riesigen Maßstab (in kg oder Tonnen der zu zerstäubenden Flüssigkeit), oder auch in der Biotechnologie und Zellenkultivierung in Polymermikrokapseln, werden verschiedene Anforderungen zur Monodispersität der Tropfenverteilung der zu zerstäubenden Flüssigkeit gestellt. Und so, bei manchen Anwendungen ist hohe Monodispersität von entscheidender Bedeutung, und bei anderen weniger wichtig. Als genereller Grundsatz gilt es auch, dass die Zerstäuber mit niedrigerer Produktivität, gezahlt in Kilogrammen der zu zerstäubenden Flüssigkeit pro Zeiteinheit, eine bessere Monodispersität anbieten sollen. Eine eigenartige Lösung wäre also eine solche, die gleichzeitig eine hohe Zerstäubungsausbeute und parallel eine hohe Produktivität, die von entscheidender Bedeutung bei industriellen Anwendungen ist, gewährleisten würde.Depending on the application, whether in use in industrial wetting on a huge scale (in kg or tonnes of liquid to be atomized), or in biotechnology and cell cultivation in polymer microcapsules, various requirements for monodispersity of the droplet distribution of the liquid to be atomized. And so, in some applications, high monodispersity is crucial, and less important in others. As a general principle, atomizers with lower productivity, expressed in kilograms of the liquid to be atomized per unit of time, should offer better monodispersibility. A peculiar solution would therefore be one that would simultaneously ensure a high sputtering yield and, in parallel, high productivity, which is of crucial importance in industrial applications.
Insbesondere, im Stand der Technik, kommt ein Verfahren zum hydrodynamischen Fokussieren – „flow-focusing” (
Die Verwendung von Polymerwerkstoffen für eine präzise Düsenfertigung ist wegen einer niedrigeren Genauigkeit der Fertigung der Plastikdetails beschränkt. Hohe Produktivität der meisten Verfahren auf der Basis von Polymerwerkstoffen, insbesondere in der Einspritztechnik erkennbar, gewährleistet die gewünschte Toleranz der Abmessungen nicht. Plastikdüsen, die mit den im Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt sind, erzeugen Aerosole mit einer breiten Größenverteilung. Eine Barriere für industrielle Anwendungen stellten auch die Schwierigkeiten in der Endbearbeitung der Plastikdetails dar.The use of polymeric materials for precise nozzle fabrication is limited because of a lower accuracy in the fabrication of the plastic details. High productivity of most processes based on polymer materials, especially recognizable in injection technology, does not guarantee the desired dimensional tolerance. Plastic nozzles made by the methods known in the art produce aerosols having a broad size distribution. A barrier to industrial applications also represented the difficulties in finishing the plastic details.
Eine weitere Barriere für die Entwicklung der Techniken zur Erzeugung monodisperser Aerosole stellt eine beschränkte Möglichkeit der Integration von Düsen dar. Hohe Produktivität wird auf Kosten eines breiten Spektrums der Tropfengrößen dar. Ein Beispiel für solche Lösung ist die Modifikation des Verfahrens zum hydrodynamischen Fokussieren – die Flow-Blurring-Technik, die vom A. Gañán-Calvo (
Es gibt gegenwärtig keine Technologie, die ein hochwertiges Aerosol im industriellen Multikilogramm-Maßstab zu erzeugen ermöglicht. In der Technik der hydrodynamischen Fokussierung ist die Steigerung der Produktivität nur durch Zusammensetzen der Düsen in Multidüsensets möglich. Um ein Aerosol reproduzierbar zu erzeugen, müssen gleiche Bedingungen für jede einzelne Düse in einem Düsenset gewährleistet werden. Insbesondere erfordert es, sowohl individuell gesteuerte, getrennte Flüssigkeitszuflüsse zu jeder Düse im Düsenset zu zuführen, wie auch, was noch komplizierter, den gleichen Gasdruck für jeden Zufluss des fokussierenden Gases, zu gewährleisten. In der Praxis ist diese Losung sehr kompliziert und kostspielig, und dadurch äußerst ungünstig in industriellen Anwendungen.There is currently no technology that can produce a high quality aerosol on the industrial multi-kilogram scale. In hydrodynamic focusing technology, increasing productivity is only possible by assembling the nozzles in multi-nozzle sets. To reproducibly generate an aerosol, equal conditions must be ensured for each individual nozzle in a nozzle set. In particular, it is necessary to provide both individually controlled, separate liquid feeds to each nozzle in the nozzle set, as well as, more complicatedly, to ensure the same gas pressure for each inflow of the focussing gas. In practice, this solution is very complicated and expensive, and thus extremely unfavorable in industrial applications.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine effiziente und sparsame Vorrichtung zur Erzeugung von Aerosolen vorzuschlagen. In der erfindungsgemäßen Losung wurde ein Verfahren zur Fertigung eines Mikrofluidiksystems sowie zur Bildung von Aerosolen mit gut definierter Tropfengrößenverteilung durch Durchlassen der Fluide durch ein geeignetes Mikrofluidiksystem und das oben erwähnte Mikrofluidiksystem dargestellt. Die Erfindung beruht auf einer solchen Organisation der Strömung in einem Mikrofluidiksystem, dass die Fluide zunächst in einen großen Behälter (Reservoir), und aus dem Behälter durch Widerstandskanäle zu zwei oder mehr Kanalsets, den Äquivalenten der zentrosymmetrischen axialen Düsen, einfließen. Die Widerstandskanäle kennzeichnen sich durch gleichen hydraulischen Widerstand, und der hydraulische Widerstand ist bedeutend größer als hydraulischer Widerstand des Reservoirs und hydraulischer Widerstand der Düsenmündung.The object of the present invention is to propose an efficient and economical device for generating aerosols. In the solution according to the invention, a process for the production of a microfluidic system and for the formation of aerosols with a well-defined droplet size distribution by passing the fluids through a suitable microfluidic system and the above-mentioned microfluidic system has been presented. The invention is based on such organization of the flow in a microfluidic system that the fluids flow first into a large reservoir, and out of the reservoir through resistance channels to two or more sets of channels, the equivalents of the centrosymmetric axial jets. The resistance channels are characterized by the same hydraulic resistance, and the hydraulic resistance is significantly greater than the hydraulic resistance of the reservoir and hydraulic resistance of the nozzle orifice.
Gemäß der Erfindung, ein Mikrofluidiksystem zur Versorgung eines Düsensets mit Fluiden, umfassend einen integrierten Zufluss des fokussierenden Fluids, der zu einem Reservoir des fokussierenden Fluids geht, sowie n ≥ 1 Paare von Zuflusskanälen des fokussierenden Fluids, die ihren Anfang an dem Reservoir des fokussierenden Fluids nehmen und entsprechend zu n Düsen führen, kennzeichnet sich dadurch, dass der hydraulische Widerstand R von jedem der Zuflusskanäle des fokussierenden Fluids bedeutend größer ist als hydraulischer Widerstand r des Reservoirs des fokussierenden Fluids, vorzugsweise 50 mal größer, mehr bevorzugt 100 mal größer, und am meisten bevorzugt 10000 mal größer.According to the invention, a microfluidic system for supplying fluid to a nozzle set, comprising an integral inflow of the focussing fluid going to a reservoir of focussing fluid, and n ≥ 1 pairs of focussing fluid inflow channels beginning at the focussing fluid reservoir and leading to n nozzles is characterized in that the hydraulic resistance R of each of the inflow channels of the focussing fluid is significantly greater than the hydraulic resistance r of the reservoir of focussing fluid, preferably 50 times greater, more preferably 100 times greater, and am most preferably 10,000 times larger.
Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche a von jedem der Zuflusskanäle des fokussierenden Fluids bedeutend kleiner als die Querschnittsfläche A des Reservoirs des fokussierenden Fluids, mehr bevorzugt 50 mal kleiner, noch mehr bevorzugt 100 mal kleiner, und am meisten bevorzugt 10000 mal kleiner.Preferably, the cross-sectional area a of each of the inflow channels of the focusing fluid is significantly smaller than the cross-sectional area A of the reservoir of the focussing fluid, more preferably 50 times smaller, even more preferably 100 times smaller, and most preferably 10000 times smaller.
Vorzugsweise ist die längste Querschnittabmessung d von jedem der Zuflusskanäle des fokussierenden Fluids bedeutend kleiner als die längste Querschnittabmessung D des Reservoirs des fokussierenden Fluids, mehr bevorzugt 50 mal kleiner, noch mehr bevorzugt 100 mal kleiner, und am meisten bevorzugt 10000 mal kleiner.Preferably, the longest cross-sectional dimension d of each of the inflow channels of the focussing fluid is significantly smaller than the longest cross-sectional dimension D of the focussing fluid reservoir, more preferably 50 times smaller, even more preferably 100 times smaller, and most preferably 10000 times smaller.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das System gemäß der Erfindung aus Polycarbonat, Polyethylen, Polypropylen oder einem anderen mechanisch oder thermisch verformbaren Polymer gefertigt.In a preferred embodiment, the system according to the invention is made of polycarbonate, polyethylene, polypropylene or another mechanically or thermally deformable polymer.
Vorzugsweise, n = 1, 2, 6, 10, 25 oder 100.Preferably, n = 1, 2, 6, 10, 25 or 100.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele sind im Folgenden unter Bezugsnahme auf Figuren der beigelegten Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The preferred embodiments are explained in more detail below with reference to figures of the accompanying drawings. Hereby show:
Beschreibung der Bestandteile der in
Beschreibung der Bestandteile der in
Die Zuflusskanäle des fokussierenden Fluids sind quaderförmig und stellen ein zweidimensionales (planares) Äquivalent der äußeren Kapillare in einer achsensymmetrischen Anordnung dar. Zu jeder Düse sind zwei Zuflusskanäle des fokussierenden Fluids zugeführt. Der hydraulische Widerstand – r – des Reservoirs des fokussierenden Fluids ist bedeutend kleiner als der hydraulische Widerstand – R – eines einzelnen Zuflusskanals des fokussierenden Fluids.The inflow channels of the focussing fluid are cuboidal and represent a two-dimensional (planar) equivalent of the outer capillary in an axisymmetric arrangement. To each nozzle are supplied two inflow channels of the focussing fluid. The hydraulic resistance - r - of the reservoir of the focussing fluid is significantly smaller than the hydraulic resistance - R - of a single inflow channel of the focussing fluid.
In dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel umfasst die Erfindung:
- • Verfahren zur Versorgung mit Fluiden von zwei oder mehr Düsen, durch ein Mikrofluidiksystem, bestehend in der Einführung in die Anordnung integrierter Zuflüsse, das heißt der Zuflüsse, die einen Set von zwei oder mehr Düsen versorgen; wobei:
- – Jede Düse in einem Düsenset besteht aus einem quaderförmigen Kanal, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird, und aus einem Paar von quaderförmigen Widerstandskanälen, die das fokussierende Fluid übertragen; vorzugsweise befinden sich die das fokussierende Fluid übertragenden Widerstandskanäle an zwei Seiten des Kanals, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird.
- – Der integrierte Zufluss ist im Reservoir des fokussierenden Fluids angebracht, d. h. in einem Raum mit Volumen V größer als das Volumen des einzelnen, quaderförmigen Widerstandskanals, durch den das fokussierende Fluid übertragen wird.
- – Im Rahmen eines Düsensets kennzeichnet sich jeder der das fokussierende Fluid übertragenden Kanäle durch gleichen hydraulischen Widerstand – R, und der Widerstand der Kanäle, die das fokussierende Fluid übertragen, ist bedeutend größer als der Widerstand des Reservoirs des fokussierenden Fluids – r, und der Widerstand der Düse selbst. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Widerstände r/
R 1/100 oder weniger. - • Planares Mikrofluidiksystem bestehend aus
mindestens 3 Schichten, von denen eine einen Zufluss des fokussierenden Fluids und einen Zufluss des dispergierten Fluids beinhaltet, wobei: - – Die Zuflüsse des fokussierenden und des dispergierten Fluids sind integriert, d. h. ein Zufluss versorgt ein Set von zwei oder mehr Düsen;
- – Jede Düse in einem Düsenset besteht aus einem quaderförmigen Kanal, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird, und aus einem Paar von quaderförmigen Widerstandskanälen, die das fokussierende Fluid übertragen; vorzugsweise befinden sich die das fokussierende Fluid übertragenden Widerstandskanäle an zwei Seiten des Kanals, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird.
- – Der integrierte Zufluss ist im Reservoir des fokussierenden Fluids angebracht, d. h. in einem Raum mit Volumen V größer als das Volumen des einzelnen, quaderförmigen Widerstandskanals, durch den das fokussierende Fluid übertragen wird.
- – Im Rahmen eines Düsensets kennzeichnet sich jeder der das fokussierende Fluid übertragenden Kanäle durch gleichen hydraulischen Widerstand – R, und der Widerstand der Widerstandskanäle, die das fokussierende Fluid übertragen, ist bedeutend größer als der Widerstand des Reservoirs des fokussierenden Fluids – r, und der Widerstand der Düse selbst. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Widerstände r/
R 1/100 oder weniger.
- • A method of supplying fluids from two or more nozzles, through a microfluidic system, consisting in the introduction to the array of integrated tributaries, that is, the inlets supplying a set of two or more nozzles; in which:
- Each nozzle in a nozzle set consists of a parallelepiped channel through which the dispersed fluid is transferred, and a pair of parallelepipedic resistance channels which transmit the focusing fluid; Preferably, the resistive channels transmitting the focusing fluid are located on two sides of the channel through which the dispersed fluid is transferred.
- - The integrated inflow is mounted in the reservoir of the focussing fluid, ie in a space with volume V greater than the volume of the individual, cuboid resistance channel through which the focussing fluid is transmitted.
- In a nozzle set, each of the focusing fluid transmitting channels is characterized by the same hydraulic resistance - R, and the resistance of the channels transmitting the focusing fluid is significantly greater than the resistance of the focusing fluid reservoir - r, and the resistance Preferably, the ratio of the resistances r / R is 1/100 or less.
- Planar microfluidic system comprising at least 3 layers, one of which includes an inflow of the focussing fluid and an inflow of the dispersed fluid, wherein:
- The inflows of the focusing and the dispersed fluid are integrated, ie one inflow supplies a set of two or more nozzles;
- Each nozzle in a nozzle set consists of a parallelepiped channel through which the dispersed fluid is transferred, and a pair of parallelepipedic resistance channels which transmit the focusing fluid; Preferably, the resistive channels transmitting the focusing fluid are located on two sides of the channel through which the dispersed fluid is transferred.
- - The integrated inflow is mounted in the reservoir of the focussing fluid, ie in a space with volume V greater than the volume of the individual, cuboid resistance channel through which the focussing fluid is transmitted.
- In the context of a nozzle set, each of the focusing fluid transmitting channels is characterized by the same hydraulic resistance - R, and the resistance of the resistance channels transmitting the focusing fluid is significantly greater than the resistivity of the focusing fluid reservoir - r, and the resistance Preferably, the ratio of the resistances r / R is 1/100 or less.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Beispiel 1 – ein 10-Düsen-SetExample 1 - a 10-nozzle set
Es wurde ein dreischichtiges, aus einem 10-Düsen-Set bestehendes Mikrofluidiksystem konstruiert. Jede Schicht ist aus einer 2 mm hohen Polycarbonatplatte gefertigt. Das Beispiel ist in der Aufnahme dargestellt (
- – einem zentralen quaderförmigen Kanal mit charakteristischen Abmessungen 0,20 mm × 0,20 mm, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird,
- – zwei quaderförmigen, das fokussierende
Fluid übertragenden Widerstandskanälen 3 , mit charakteristischen Abmessungen 0,20 mm × 0,20 mm, die symmetrisch, an beiden Seiten des Kanals, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird, angebracht sind.
- A central cuboidal channel of characteristic dimensions 0.20 mm × 0.20 mm, through which the dispersed fluid is transferred,
- - Two cuboid, the focusing fluid transmitting
resistor channels 3 , having characteristic dimensions of 0.20 mm × 0.20 mm, which are symmetrically mounted on both sides of the channel through which the dispersed fluid is transferred.
Das Volumen des Reservoirs des fokussierenden Fluids – V beträgt in dem obigen Beispiel 54 Mikroliter bei einem Volumen eines einzelnen das fokussierende Fluid übertragenden Kanals – v – gleich 2 Mikroliter. Das Verhältnis der hydraulischen Widerstände r/R beträgt ca. 1/20000 ((1·0,042/62·5) – siehe: die Ableitung der Formel für das Verhältnis der hydraulischen Widerstände des Reservoirs und des Widerstandskanals.The volume of the focusing fluid reservoir -V in the above example is 54 microliters for a volume of a single focusing fluid-transmitting channel -v - equal to 2 microliters. The ratio of hydraulic resistances r / R is approximately 1/20000 ((1 x 0.04 2/6 2 * 5) - see: the derivation of the formula for the ratio of the hydraulic resistances of the reservoir and the resistance channel.
Beispiel 2 – ein 6-Düsen-SetExample 2 - a 6-nozzle set
Es wurde ein dreischichtiges, aus einem 6-Düsen-Set bestehendes Mikrofluidiksystem konstruiert. Das in der Aufnahme (
- – einem zentralen quaderförmigen Kanal mit charakteristischen Abmessungen 0,20 mm × 0,20 mm, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird,
- – zwei quaderförmigen, das fokussierende
Fluid übertragenden Widerstandskanälen 3 , mit charakteristischen Abmessungen 0,20 mm × 0,20 mm, die symmetrisch, an beiden Seiten des Kanals, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird, angebracht sind.
- A central cuboidal channel of characteristic dimensions 0.20 mm × 0.20 mm, through which the dispersed fluid is transferred,
- - Two cuboid, the focusing fluid transmitting
resistor channels 3 , having characteristic dimensions of 0.20 mm × 0.20 mm, which are symmetrically mounted on both sides of the channel through which the dispersed fluid is transferred.
Das Volumen des Reservoirs des fokussierenden Fluids – V beträgt in dem obigen Beispiel 3 Mikroliter bei einem Volumen eines einzelnen das fokussierende Fluid übertragenden Widerstandskanals – v – gleich 0,4 Mikroliter. Das Verhältnis der Widerstände r/R des Reservoirs des fokussierenden Gases zu dem eines einzelnen Widerstandskanals beträgt ca. 1/100(0,042/0,282·2).The volume of the focusing fluid reservoir -V in the above example is 3 microliters for a volume of a single resistive channel transmitting resistive fluid - v - equal to 0.4 microliters. The ratio of the resistances r / R of the reservoir of the focusing gas to that of a single resistance channel is about 1/100 (0.04 2 / 0.28 2 x 2).
Beispiel 3 – ein 25-Düsen-SetExample 3 - a 25-nozzle set
Es wurde ein dreischichtiges, aus einem 25-Düsen-Set bestehendes Mikrofluidiksystem konstruiert, Das in der Aufnahme (
- – einem zentralen quaderförmigen Kanal mit charakteristischen Abmessungen 0,20 mm × 0,20 mm, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird,
- – zwei quaderförmigen, das fokussierende
Fluid übertragenden Widerstandskanälen 3 , mit charakteristischen Abmessungen 0,20 mm × 0,20 mm, die symmetrisch, an beiden Seiten des Kanals, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird, angebracht sind.
- A central cuboidal channel of characteristic dimensions 0.20 mm × 0.20 mm, through which the dispersed fluid is transferred,
- - Two cuboid, the focusing fluid transmitting
resistor channels 3 , having characteristic dimensions of 0.20 mm × 0.20 mm, which are symmetrically mounted on both sides of the channel through which the dispersed fluid is transferred.
Das Volumen des Reservoirs des fokussierenden Fluids – V beträgt in dem obigen Beispiel 10 Mikroliter bei einem Volumen eines einzelnen das fokussierende Fluid übertragenden Widerstandskanals – v – gleich 0,7 Mikroliter. Das Verhältnis der Widerstände r/R beträgt ca. 1/50 (2·0,04 mm2/0,28 mm2·2).The volume of the reservoir of the focusing fluid - V is 10 in the above example Microliters at a volume of a single resistive channel transmitting the focussing fluid - v - equal to 0.7 microliters. The ratio of the resistances r / R is about 1/50 (2 × 0.04 mm 2 / 0.28 mm 2 × 2).
Beispiel 4 – ein 100-Düsen-SetExample 4 - a 100 nozzle set
Es wurde ein neunschichtiges, aus vier 25-Düsen-Sets bestehendes Mikrofluidiksystem konstruiert. Das in der Aufnahme (
- – einem zentralen quaderförmigen Kanal mit charakteristischen Abmessungen 0,20 mm × 0,20 mm, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird,
- – zwei quaderförmigen, das fokussierende
Fluid übertragenden Widerstandskanälen 3 , mit charakteristischen Abmessungen 0,20 mm × 0,20 mm, die symmetrisch, an beiden Seiten des Kanals, durch den das dispergierte Fluid übertragen wird, angebracht sind.
- A central cuboidal channel of characteristic dimensions 0.20 mm × 0.20 mm, through which the dispersed fluid is transferred,
- - Two cuboid, the focusing fluid transmitting
resistor channels 3 , having characteristic dimensions of 0.20 mm × 0.20 mm, which are symmetrically mounted on both sides of the channel through which the dispersed fluid is transferred.
Das Volumen des Reservoirs des fokussierenden Fluids – V beträgt in dem obigen Beispiel 10 Mikroliter bei einem Volumen eines einzelnen das fokussierende Fluid übertragenden Widerstandskanals – v – gleich 0,7 Mikroliter. Das Verhältnis der Widerstände r/R beträgt ca. 1/50 (0,04 mm2/0,28 mm2).The volume of the focusing fluid reservoir -V in the above example is 10 microliters for a volume of a single resistive channel transmitting resistive fluid - v - equal to 0.7 microliters. The ratio of the resistances r / R is about 1/50 (0.04 mm 2 / 0.28 mm 2 ).
Die oben dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Einleitung für den Fall der Förderung durch die Düsen: eines Gases, z. B. Luft, als des fokussierenden Fluids und Wasser als des dispergierten Fluids, erläutert. Es wird jedoch für den Fachkundigen verständlich sein, dass – durch die Bildung der in fokussierenden Phase (Flüssigkeit) suspendierten Tropfen der dispersen Phase (Flüssigkeit) – Flüssigkeiten durch die beschriebenen Systeme analogisch gefördert werden können. In allgemeinem Fall erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren Aerosole und Emulsionen zu bilden, die sich durch eine schmale Größenverteilung und eine der Anzahl der Düsen im Set proportionalen Produktivität kennzeichnen. Eine Voraussetzung für effiziente Emulsionsbildung ist eine solche Zwischenphasenspannung, die beim Kontakt eines hydrophoben Fluids mit einem hydrophilen Fluid (z. B. Wasser und Öl) entsteht.The embodiments of the invention presented above are in the introduction in the case of the delivery through the nozzles: a gas, for. As air, as the focusing fluids and water as the dispersed fluid explained. However, it will be understood by those skilled in the art that by forming the droplets of the disperse phase (liquid) suspended in the focusing phase (liquid), liquids can be conveyed by the described systems in an analogous manner. In general case, the process of the invention allows to form aerosols and emulsions characterized by a narrow size distribution and a productivity proportional to the number of nozzles in the set. A prerequisite for efficient emulsion formation is such an interphase voltage that arises upon contact of a hydrophobic fluid with a hydrophilic fluid (eg, water and oil).
(Annähernde) Ableitung der Verhältnisse der hydraulischen Widerstände des Reservoirs und der Kapillare(Approximate) Derivation of the ratios of the hydraulic resistances of the reservoir and the capillary
Hydraulischer Widerstand einer beliebigen Leitung (eines Kanals) ist für laminare Strömungen durch das Quotient der Druckdifferenz an Enden der Leitung und der Geschwindigkeit des Volumenströms (ausgedrückt im Si-System in m3/s) gegeben. Das nach Namen seiner Schöpfer genannte Gesetz von Hagen-Poiseuille kann mit folgender Gleichung beschrieben werden:
Der auf andere Parameter umskalierte hydraulische Widerstand kann auch mit folgender Gleichung ausgedrückt werden:
- η
- – Viskosität des zu übertragenden Fluids,
- L
- – Kanallänge,
- A
- – Kanalquerschnitt.
- η
- Viscosity of the fluid to be transferred,
- L
- Channel length,
- A
- - Channel cross section.
Die Relation zwischen Rhyd und Rhyd* ist linear, und die Proportionalitätskonstante stellt ein geometrischer Parameter α dar. Bei Kanälen mit rechteckigem Querschnitt kann der Parameter in einer sehr guten Annäherung zum folgenden Ausdruck (
- γ
- – Verhältnis der Kanalbreite zur Kanalhöhe,
- O
- – Korrektur (O/α-Wert stellt einen Einschätzungsfehler des Parameters α dar)
- γ
- - ratio of the channel width to the channel height,
- O
- - correction (O / α-value represents an estimation error of the parameter α)
Beispielsweise, für einen Kanal mit einem Quadratquerschnitt beträgt der Wert von α:
Durch den Vergleich von zwei Kanälen, einem mit einem Breite-Höhe-Verhältnis von ca. 2, und zweitem mit einem Quadratquerschnitt, erhalten wir den folgenden Quotient hinsichtlich des Parameters α:
Die Gleichung zum Vergleichen der hydraulischen Widerstände des Reservoirs und des quaderförmigen Widerstandskanals mit Quadratquerschnitt ist wie folgt:
Die Gleichung, die das Verhältnis der hydraulischen Widerstände des Reservoirs und des quaderförmigen Widerstandskanals mit Quadratquerschnitt zu beurteilen erlaubt, ist wie folgt:
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 1999/0300832 A1 [0008] WO 1999/0300832 Al [0008]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- A. M. Gañán-Calvo, Phys. Rev, Lett. 80, 285, (1998) [0006] AM Gañán-Calvo, Phys. Rev, Lett. 80, 285, (1998) [0006]
- A. M. Gañán-Calvo, Appl. Phys. Lett. 86, 214101 (2005) [0008] AM Gañán-Calvo, Appl. Phys. Lett. 86, 214101 (2005) [0008]
- N. A. Mortensen, F. Okkels, H. Bruus, Phys. Rev. E, 71, 2 (2005) [0037] NA Mortensen, F. Okkels, H. Bruus, Phys. Rev. E, 71, 2 (2005) [0037]
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
PL395774A PL221906B1 (en) | 2011-07-27 | 2011-07-27 | Microfluidic system for fluid power nozzle assembly |
PLP.395774 | 2011-07-27 |
Publications (2)
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PL (1) | PL221906B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999030832A1 (en) | 1997-12-17 | 1999-06-24 | Universidad De Sevilla | Stabilized capillary microjet and devices and methods for producing same |
-
2011
- 2011-07-27 PL PL395774A patent/PL221906B1/en unknown
-
2012
- 2012-06-05 DE DE201210104867 patent/DE102012104867A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999030832A1 (en) | 1997-12-17 | 1999-06-24 | Universidad De Sevilla | Stabilized capillary microjet and devices and methods for producing same |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
A. M. Gañán-Calvo, Appl. Phys. Lett. 86, 214101 (2005) |
A. M. Gañán-Calvo, Phys. Rev, Lett. 80, 285, (1998) |
N. A. Mortensen, F. Okkels, H. Bruus, Phys. Rev. E, 71, 2 (2005) |
Also Published As
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---|---|
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