EP4326428A1 - Vorrichtung und verfahren zum mischen von fluiden und zum erzeugen eines fluidgemisches - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum mischen von fluiden und zum erzeugen eines fluidgemisches

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EP4326428A1
EP4326428A1 EP22725177.4A EP22725177A EP4326428A1 EP 4326428 A1 EP4326428 A1 EP 4326428A1 EP 22725177 A EP22725177 A EP 22725177A EP 4326428 A1 EP4326428 A1 EP 4326428A1
Authority
EP
European Patent Office
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fluid
mixing chamber
inlet opening
inlet
channel
Prior art date
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Pending
Application number
EP22725177.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard BOBUSCH
Jens Hermann WINTERING
Oliver KRÜGER
Eckart Uhlmann
Christoph Hein
Gregor DÜRRE
Annika BREHMER
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
FDX Fluid Dynamix GmbH
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
FDX Fluid Dynamix GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, FDX Fluid Dynamix GmbH filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Definitions

  • the invention relates to a device for mixing fluids and for generating a fluid mixture and a corresponding method.
  • the generation of fluid mixtures plays an important role in chemistry, microbiology, biochemistry, pharmacy, medical technology and food technology, for example. It is particularly important that the fluid mixture produced has defined properties. If, for example, particles (in the nanometer range) are produced during a mixing process, a specific particle size combined with a defined size distribution is often sought.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are also suitable for producing (nano)particles.
  • Microfluidic systems for generating fluid mixtures or (nano)particles are known from the prior art, which work on a nanoliter scale and require precise control of temperature, residence time and concentrations of dissolved substances. These systems have flow channels that are very long in relation to their cross section, so that the flow resistance is relatively high. These systems are expensive on the one hand and prone to clogging on the other. Using these systems in mass production can also be difficult or even impossible.
  • the present invention is based on the object of creating a device and a method for mixing fluids and for producing a fluid mixture that is less susceptible to faults and is also suitable for the mass production of fluid mixtures or particles with defined properties.
  • the task also consists of using the same mixing technology to mix fluids both on a laboratory scale (i.e. a few nanoliters per minute) and in mass production (i.e. several liters per minute) and to generate a fluid mixture.
  • the fluid mixtures produced can be, for example, solutions for parenteral nutrition, or medicaments for oral or topical application. According to the invention, this object is achieved by a device having the features of claim 1 . Refinements of the invention are specified in the dependent claims.
  • the device for mixing fluids and for generating a fluid mixture initially comprises a mixing chamber with a first inlet opening, through which a first fluid can be introduced into the mixing chamber, a second inlet opening, through which a second fluid can be introduced into the mixing chamber, and an outlet opening , via which the fluid mixture comprising the first fluid and the second fluid can be derived. Furthermore, the device comprises a first supply device which is fluidly connected to the mixing chamber via the first inlet opening and is designed to direct the first fluid along a first fluid flow direction into the mixing chamber, and a second supply device which is fluidly connected to the mixing chamber via the second inlet opening and configured to direct the second fluid into the mixing chamber along a second fluid flow direction.
  • the first supply device comprises a fluidic component which has an outlet opening which is fluidically connected to the first inlet opening of the mixing chamber.
  • the outlet opening of the fluidic component can correspond to the first inlet opening of the mixing chamber.
  • the fluidic component is characterized by at least one means for the targeted change of direction of the first fluid that flows through the fluidic component.
  • Alternating vortices e.g. generated by colliding fluid flows within the fluidic component or by a bluff body within the fluidic component, can be used for a targeted change in direction.
  • this type of means for generating the targeted change of direction sufficient space must be provided for the generation and subsequent dismantling of the vortex structures.
  • this at least one means for forming a spatial oscillation of the first fluid is provided and formed at the outlet opening.
  • the first fluid is thus not conducted into the mixing chamber as a (quasi) stationary stream, but as an oscillating fluid stream.
  • the first fluid also has a lateral flow component that changes over time.
  • turbulence can be generated in the mixing chamber, so that a high mixing quality is achieved in the mixing chamber can be.
  • the device is characterized in that the first fluid enters the mixing chamber from the first supply device in an oscillating or dynamic manner. As a result, the first fluid receives a constantly changing flow velocity component transverse to its main flow direction.
  • the oscillating first fluid entering the mixing chamber can have a Reynolds number of more than 600, approximately 1000 or even more than 1000.
  • the oscillation frequency of the oscillating first fluid can be at least 100 Hz, typically over 2000 Hz.
  • the device according to the invention is that the flow resistance is relatively low. Therefore, the device according to the invention can be used for mixing processes of minimal quantities, for example in the microliter range, as well as for mixing processes in mass production (for example with several liters per minute).
  • the fluidic component comprises a flow chamber which, in addition to the already mentioned outlet opening, also has an inlet opening and through which the first fluid can flow, which enters the flow chamber through the inlet opening and exits the flow chamber through the outlet opening.
  • the inlet opening and the outlet opening of the fluidic component can have different widths.
  • the flow chamber has a main flow channel, which connects the inlet opening of the flow chamber (or the fluidic component) and the outlet opening of the flow chamber (or the fluidic component), and at least one secondary flow channel as a means of specifically changing the direction of the first fluid.
  • Movable components for generating the oscillation can be dispensed with in the device according to the invention, so that the costs and expenses associated therewith do not arise.
  • the vibration and noise development is relatively low due to the absence of moving components.
  • the flow chamber can have the already mentioned at least one bypass channel.
  • Part of the first fluid, the bypass can flow through the bypass channel.
  • the part of the first fluid that does not enter the bypass channel but exits from the fluidic component is referred to as the main flow.
  • the at least one bypass channel can have an inlet, which is located near the outlet opening of the fluidic component, and an outlet, which is near the Inlet opening of the fluidic component is located.
  • the at least one secondary flow channel can be arranged next to (not behind or in front of) the main flow channel, viewed along the first fluid flow direction (from the inlet opening to the outlet opening).
  • two secondary flow channels can be provided which (viewed along the first fluid flow direction) extend laterally next to the main flow channel, with the main flow channel being arranged between the two secondary flow channels.
  • the secondary flow channels and the main flow channel are arranged in a row transverse to the first fluid flow direction and each extend along the first fluid flow direction.
  • the at least one secondary flow channel is preferably separated from the main flow channel by a block.
  • This block can have different shapes.
  • the cross-section of the block may taper along the first fluid flow direction (viewed from the inlet port to the outlet port).
  • the block can have rounded edges. Sharp edges can be provided on the block in particular in the vicinity of the inlet opening and/or the outlet opening.
  • the at least one secondary flow channel can have a greater or smaller depth than the main flow channel.
  • the depth is the extent transverse to the plane of oscillation of the first fluid.
  • the oscillation frequency of the first fluid emerging from the fluidic component can be influenced.
  • the oscillation frequency falls if the other parameters remain essentially unchanged.
  • the oscillation frequency increases accordingly if the component depth in the area of the at least one secondary flow channel (compared to the main flow channel) is increased and the other parameters remain essentially unchanged.
  • a further possibility of influencing the oscillation frequency of the first fluid emerging from the fluidic component can be created by at least one separator which is preferably provided at the entrance of the at least one bypass channel.
  • the separator supports the separation of the secondary flow from the flow of the first fluid.
  • a separator is to be understood as meaning an element protruding (transversely to the direction of flow prevailing in the bypass duct) at the entrance of the at least one bypass duct into the flow chamber.
  • the separator can be provided as a deformation (in particular an indentation) of the side flow duct wall or as a projection designed in some other way be.
  • the separator can be (circular) conical or pyramidal.
  • the oscillation angle is the angle that the oscillating fluid jet sweeps (between its two maximum deflections). If several bypass channels are provided, a separator can be provided for each of the bypass channels or only for some of the bypass channels.
  • the cross-sectional area of the individual inlet and outlet openings of the device can have any shape, such as square, rectangular, polygonal, round, oval, and so on.
  • the first supply device and the first inlet opening of the mixing chamber, on the one hand, and the second supply device and the second inlet opening of the mixing chamber, on the other hand are arranged relative to one another in such a way that the first fluid flow direction and the second fluid flow direction enclose an angle of 0° to 90°.
  • This angle is preferably in a range from 35° to 55°.
  • An angle of essentially 45° is particularly preferred.
  • the mixing quality and the mixing path length or the mixing time can be positively influenced.
  • the angle can also be essentially 90°.
  • the second supply device and the second inlet opening of the mixing chamber can be arranged in such a way that the second fluid flow direction and the oscillation plane of the first fluid are in one transverse plane enclose an angle of 30° to 150° to the first direction of fluid flow. This angle is preferably essentially 90°.
  • the mixing chamber may have a longitudinal axis defined as extending along the first fluid flow direction.
  • the cross-sectional area of the mixing chamber changes transversely to the longitudinal axis along the longitudinal axis.
  • the cross-sectional area can become larger and/or smaller over the course of the longitudinal axis of the mixing chamber.
  • the development of the size of the cross-sectional area can in particular be designed in such a way that the formation of so-called dead water areas in the mixing chamber can be avoided.
  • the cross-sectional area starting from the first Inlet opening of the mixing chamber increase in an upstream end portion of the mixing chamber with increasing distance from the first inlet opening and/or decrease in a downstream end portion of the mixing chamber with increasing distance from the first inlet opening.
  • the upstream end section can thus form an inlet channel (widening downstream) of the mixing chamber, and the downstream end section an outlet channel (tapering downstream).
  • the outlet channel can be directly connected to the inlet channel.
  • an intermediate section of the mixing chamber can be provided between the inlet channel and the outlet channel, in which the cross-sectional area of the mixing chamber is essentially constant.
  • the expansion of the mixing chamber in the oscillation plane and transversely to the longitudinal axis, starting from the first inlet opening of the mixing chamber in the inlet channel, can increase with increasing distance from the first Inlet opening can increase or the extent of the mixing chamber in the oscillation plane and transverse to the longitudinal axis in the outlet channel can decrease with increasing distance from the first inlet opening.
  • the boundary walls of the mixing chamber (viewed in the oscillation plane) thus enclose an angle which is preferably based on the oscillation angle of the oscillating first fluid.
  • This angle can be up to 10° smaller or up to 10° larger than the oscillation angle or can have a value between these two values. It is particularly preferred if this angle is up to 5° less than or up to 5° greater than the oscillation angle or assumes a value between these two values. Thus, it can be avoided that the oscillation of the first fluid in the mixing chamber is adversely affected.
  • the oscillation angle of the first fluid can be at least 5°, preferably at least 25°, particularly preferably at least 40°. An oscillation angle between 25° and 50°, in particular between 30° and 45°, is suitable for many applications. A typical maximum value for the oscillation angle is 75°.
  • the boundary walls of the mixing chamber (viewed in the oscillation plane) enclose an angle which is preferably smaller than the angle between the boundary walls of the mixing chamber in the inlet channel.
  • the angle of the outlet channel is particularly preferably up to 15° smaller than the angle of the inlet channel.
  • the extent of the mixing chamber transverse to the plane of oscillation in the inlet channel can also increase or decrease as the distance from the first inlet opening increases the extent of the mixing chamber transverse to the plane of oscillation in the outlet channel can decrease as the distance from the first inlet opening increases.
  • the (relative) size of the inlet channel and outlet channel of the mixing chamber can be designed depending on the application.
  • the second inlet opening of the mixing chamber is offset from the first inlet opening of the mixing chamber along the longitudinal axis of the mixing chamber.
  • the second inlet opening is preferably formed within the inlet channel (ie in a boundary wall of the inlet channel).
  • the distance between the first and second inlet openings may be at least half the width of the first inlet opening of the mixing chamber, the width being defined parallel to the plane of oscillation of the first fluid and transverse to the longitudinal axis of the mixing chamber.
  • the first inlet port and the outlet port of the mixing chamber may be formed on opposite sides of the mixing chamber.
  • the first inlet port may form the upstream end of the mixing chamber and the outlet port the downstream end.
  • the first inlet opening and the outlet opening can lie on the longitudinal axis.
  • the mixing chamber has a volume that is larger than the volume of the fluidic component or the flow chamber of the fluidic component.
  • both the width (extension transverse to the longitudinal axis of the mixing chamber and in the plane of oscillation of the first fluid) and the length (extension along the longitudinal axis) of the mixing chamber can be greater than the width (extension transverse to the first fluid flow direction and in the plane of oscillation of the first Fluids) or length (expansion along the first fluid flow direction) of the flow chamber of the fluidic component.
  • This volume ratio can prevent an undesirably high pressure from building up in the mixing chamber.
  • the volume of the mixing chamber can be smaller than the volume of the flow chamber of the fluidic component.
  • the width and/or the length of the mixing chamber can be smaller than the width or length of the flow chamber of the fluidic component.
  • the second supply device it can be provided that this is provided and designed to deliver the second fluid as a (quasi) stationary stream into the mixing chamber to direct.
  • the second supply device can be designed as a tube whose longitudinal axis (or its downstream elongated end section) specifies the second fluid flow direction of the fluid.
  • the second fluid can be conducted through the tube and the second inlet opening into the mixing chamber by means of a pump device.
  • the second supply device (like the first supply device) can also comprise a fluidic component.
  • This fluidic component can work according to the same principle as the fluidic component of the first supply device. It can thus have at least one means for the targeted change in direction of the second fluid which flows through the fluidic component, in particular for forming a spatial oscillation of this fluid at the outlet opening.
  • the other features of the fluidic component of the first supply device can also be transferred to the fluidic component of the second supply device.
  • a first oscillating fluid and a second oscillating fluid thus meet in the mixing chamber.
  • the fluidic component of the second delivery device may have a smaller oscillation angle than the fluidic component of the first delivery device. Both oscillation angles can also be of the same size.
  • the first and the second supply device can each be supplied with the first or second fluid with the aid of a pump device.
  • the pumping devices preferably deliver constant volume flows.
  • the pump devices can be designed as syringe pumps or as circulating pumps. HPLC pumps or membrane pumps can be used as an alternative to syringe pumps.
  • the device has a second mixing chamber in addition to the (first) mixing chamber already mentioned.
  • the second mixing chamber comprises (like the first mixing chamber) a first inlet opening, a second inlet opening and an outlet opening.
  • the second mixing chamber is fluidly connected to the first mixing chamber.
  • the second mixing chamber connects downstream to the outlet opening of the first mixing chamber.
  • the first inlet opening of the second mixing chamber can correspond to the outlet opening of the upstream first mixing chamber.
  • the first and second mixing chambers are directly connected to one another and not using an additional (e.g. tubular) transition piece.
  • the second The mixing chamber can serve to introduce a further (third) fluid into the fluid mixture generated in the first mixing chamber.
  • the device according to the invention is used to produce particles during the mixing process, these particles can be built up in layers with the aid of the second mixing chamber, with the third fluid forming the outermost layer of the particles, for example.
  • the features of the first (upstream) mixing chamber in relation to the relative arrangement of the first and second inlet openings and to the shape (inlet channel, outlet channel) can also be transferred to the second mixing chamber.
  • the volume (as well as width and length) of the second mixing chamber may be greater than that of the first mixing chamber.
  • a further embodiment provides that an interaction channel, which has at least one bend, is connected downstream to the outlet opening of the first mixing chamber or the second mixing chamber.
  • the formation of so-called dead water areas can be prevented by the at least one curvature.
  • the interaction channel can be tubular.
  • the interaction channel can serve to continue the mixing process downstream of the outlet opening of the mixing chamber; and if particles are generated in the mixing process, they can (controlled by the length of the interaction channel) grow in the interaction channel.
  • the device according to the invention makes it possible for the fluids to be mixed to meet one another at an angle in a relatively compact manner. At least the first fluid moves back and forth locally in one plane, so that the first fluid can also be described as oscillating. The second fluid collides with the moving (oscillating) fluid at an angle. In order to better control the mixing and to collect the fluid mixture produced, it is advantageous that the mixing process be carried out in a relatively small volume.
  • the invention also relates to a method for mixing fluids and for producing a fluid mixture.
  • the method is carried out using the device according to the invention.
  • a device according to the invention a first fluid and a second fluid are initially provided.
  • the first fluid is introduced into the mixing chamber at a first volume flow via the first supply device.
  • the second fluid is introduced into the mixing chamber with a second volume flow via the second supply device.
  • the first and second fluid are given the opportunity to mix and possibly to form particles.
  • the residence time of the fluids in the The mixing chamber can vary depending on the application.
  • the fluid mixture comprising the first fluid and the second fluid is then discharged from the mixing chamber via its outlet opening.
  • particles are generated during the mixing process, their size and size distribution can be influenced by the selection of the chemical substances of the first and second fluid, by the oscillation frequency of the first oscillating fluid and by the geometry of the device used for the mixing process.
  • the mixing process can be continued in the interaction channel. If particles were created during the mixing process, they can continue to grow in the interaction channel.
  • the first volume flow is greater than the second volume flow.
  • the first and the second volume flow can be of the same size. It is conceivable that the first volume flow and the second volume flow are constant over the duration of the mixing process.
  • the first fluid and the second fluid are each continuously introduced into the mixing chamber during the mixing process.
  • the volume flow of the first and second fluids is controlled by pumping devices which pump the first and second fluids into the mixing chamber via the first and supply devices, respectively.
  • the pressure of the fluids introduced can range from a few millibars (mbar) to several hundred bars (compared to the ambient pressure).
  • the inlet pressure can be over 2 bar.
  • a pressure range between 2 bar and 350 bar is preferred, particularly preferably between 10 bar and 220 bar.
  • the fluids used can either comprise only one chemical substance or a mixture of two or more chemical substances.
  • the mixture can also contain a solvent.
  • the method can be performed using a first fluid and a second fluid that are different.
  • the two different fluids can differ in terms of their chemical composition and/or the concentration of individual components.
  • the two fluids can also differ in terms of particle size.
  • the first fluid and the second fluid are identical, ie in terms of of the properties mentioned do not differ from each other.
  • the size of the particles in the suspension can be varied due to the turbulence prevailing in the mixing chamber.
  • the size distribution of the particles or the so-called encapsulation rate can also be influenced.
  • the method is carried out with a liquid or a suspension as the first fluid.
  • a suspension is to be understood as meaning a mixture of a liquid and particles distributed therein.
  • the second fluid is also either a liquid or a suspension.
  • at least one of the fluids is gaseous.
  • the first fluid may include a solvent and a pharmaceutical or therapeutic component.
  • the second fluid can be a liquid which is suitable for enclosing the pharmaceutical or therapeutic component of the first fluid during the mixing process and to act as a carrier or vehicle for the pharmaceutical or therapeutic component in the fluid mixture thus obtained.
  • the first fluid is a suspension that includes a nucleic acid and that the second fluid includes a lipid mixture.
  • the nucleic acid can be DNA, RNA or mRNA.
  • the fluids used for the process can typically be aqueous solutions.
  • lipophilic and hydrophilic auxiliaries emulsifiers, surfactants
  • lipids can be used, such as triglycerides, mono- and diglycerides, partial glycerides or semi-synthetic or synthetic waxes.
  • the device is also suitable for the use of polyethylene glycol (PEG) as the first or second fluid.
  • PEG polyethylene glycol
  • water-soluble and/or non-water-soluble organic solvents e.g. ethanol
  • these solvents can be used as the first or second fluid or can be contained in the first or second fluid. Most of these solvents can be removed again in a process step for cleaning the fluid mixture produced.
  • the device presented here for mixing fluids and the method that uses the device can be used for self-organizing structure formation processes, multi-stage particle formation processes, crystallization processes, multi-stage biochemical structure formation processes and for the formation and loading of multi-shell particles, as well for precipitation processes and for the production of dispersions (especially suspensions and emulsions). Furthermore, the device and the method are suitable for producing liquid-crystalline nanoparticles such as, for example, cubosomes or hexosomes.
  • the substances produced can be used, for example, in pharmacy, process engineering, cosmetics or food production.
  • the device according to the invention can be manufactured with the aid of cutting or removing manufacturing processes, replicative processes, for example by means of injection molding, or additive processes (3D printing). Processes with a specific cutting edge (e.g. milling) or removing processes (e.g. spark erosion) are also suitable for production.
  • a specific cutting edge e.g. milling
  • removing processes e.g. spark erosion
  • the device according to the invention can be made of various materials. Plastics (PEEK, PVDF, COC), metals or alloys (stainless steel, aluminium), glass or ceramics can be considered as materials.
  • the device can be designed to be fluid-tight and pressure-resistant with the aid of a sealing system.
  • the sealing system can include a directly sealing cover structure, a sealing intermediate structure or a contour-following, structured seal.
  • the sealing surfaces of the directly sealing cover structure and the sealing intermediate structure can advantageously be made of materials that have a surface roughness Ra ⁇ 200 nm and an evenness E ⁇ 5 ⁇ m. A surface roughness Ra ⁇ 50 nm and a flatness E ⁇ 1 pm is particularly advantageous.
  • the surface properties can be generated directly or adjusted by post-processing (grinding, polishing or ultra-precision machining).
  • Fluid-carrying components of the device can have a defined surface finish that favorably influences the flow behavior of the fluids flowing through the components.
  • the materials of the fluid-carrying components can have a surface roughness Ra ⁇ 0.5 ⁇ m, particularly preferably Ra ⁇ 0.38 ⁇ m, in order to avoid the accumulation of components of the fluids on the fluid-carrying components.
  • the surfaces of the fluid-carrying components are hydrophilic with a contact angle ⁇ 90°. The contact angle is the angle that a drop of liquid forms on the surface of a solid in relation to this surface.
  • the surface properties of the fluid-carrying components can be adjusted by selecting the Material (stainless steel, PEEK or COC) and by means of surface functionalization (plasma treatment, chemical functionalization or microstructuring).
  • FIG. 1 shows a cross section through a device for mixing fluids and for generating a fluid mixture according to one embodiment
  • FIG. 1 shows a sectional representation of the device from FIG. 1 along the lines A'-A", B'-B" and C'-C" respectively;
  • FIG. 5 shows a cross section through a device for mixing fluids and for generating a fluid mixture according to a further embodiment
  • FIG. 6 shows a cross section through a device for mixing fluids and for generating a fluid mixture according to a further embodiment
  • FIG. 7 shows a cross section through a device for mixing fluids and for generating a fluid mixture according to a further embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an interaction channel according to an embodiment as part of a device for mixing fluids and for generating a fluid mixture
  • Fig. 12 shows a cross section through a device for mixing fluids and for
  • FIG. 13 is a sectional view of the device from FIG. 12 along the line D'-
  • FIG. 14 shows a schematic representation of a method for mixing fluids and for producing a fluid mixture.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device 1 for mixing fluids and for producing a fluid mixture according to an embodiment of the invention.
  • Figures 2 to 4 each show a sectional representation of this device 1 along the lines A'-A", B'-B" and C'-C".
  • the device 1 comprises a mixing chamber 20, a first feeding device 40, a second feeding device 50 and an interaction channel 30.
  • the mixing chamber 20 forms the central element of the device 1 .
  • the mixing chamber 20 has a first inlet opening 201 , a second inlet opening 2011 and an outlet opening 202 .
  • a first fluid 7 can be introduced into the mixing chamber 20 via the first inlet opening 201, and a second fluid 8 can be introduced via the second inlet opening 2011.
  • the first and the second fluid 7, 8 form a fluid mixture 9, which is discharged via the outlet opening 202 the mixing chamber 20 can be derived.
  • the first supply device 40 is connected (fluidically) to the mixing chamber 20 via the first inlet opening 201 and serves to introduce the first fluid 7 into the mixing chamber 20.
  • the second supply device 50 is connected (fluidically) to the mixing chamber 20 via the second inlet opening 2011 and serves to introduce the second fluid 8 into the mixing chamber 20.
  • the interaction channel 30 connects to the outlet opening 202 downstream. An exemplary embodiment of the interaction channel 30 is shown in FIG. 8 and is explained further below.
  • the first supply device 40 comprises a fluidic component 10 with two bypass channels (feedback channels) 104a, 104b as a means for generating a spatially and/or temporally movable first fluid 7 and in particular for forming a spatial oscillation of the first fluid 7.
  • the energy for generating the spatially and/or temporally mobile fluid jet results from the input pressure PI O IN of the first fluid 7 (also referred to as first phase A).
  • the use of the fluidic component 10 has the advantage that no additional energy source has to be used and the complexity and the susceptibility to errors of the device can thus be reduced. In addition, it can be ensured in this way that no additional external energy is introduced into the fluid 7 that flows through the fluidic component 10 . The input of additional energy should be avoided. Otherwise, sensitive components of the fluid (e.g. long-chain molecules) can be destroyed by the input of additional energy.
  • the fluidic component 10 shown in FIG. 1 with the bypass channels 104a, 104b is only an example. In principle, other fluidic components can also be used, such as so-called feedback-free components.
  • the fluidic component 10 comprises a flow chamber 100 through which a first fluid (stream) 7 can flow.
  • the fluidic component 10 has the function of causing the first fluid 7 to oscillate, so that the first fluid 7 oscillates in time and/or location when it enters the mixing chamber through the first inlet opening 201 of the mixing chamber 20 .
  • the flow chamber 100 comprises an inlet opening 101 with an inlet width bmi, via which the first fluid flow 7 enters the flow chamber 100, and an outlet opening 102 with an outlet width bio2, via which the first fluid flow 7 exits the flow chamber 100.
  • the inlet opening 101 and the outlet opening 102 are each defined where the cross-sectional area (transverse to the fluid flow direction) of the fluidic component 10, which the fluid flow passes through when it enters the flow chamber 100 or exits the flow chamber 100 again, is respectively smallest.
  • the widths bmi and bio2 of the inlet and outlet openings 101, 102 correspond to the expansion of the inlet and outlet openings 101, 102 transversely to the fluid flow direction and within the (later explained) oscillation plane of the first fluid 7.
  • the outlet opening 102 of the flow chamber 100 of the fluidic component 10 corresponds here to the first inlet opening 201 of the mixing chamber 20.
  • the inlet width bmi can have dimensions from 0.5 pm to 5,000 pm.
  • the size of the narrowest cross-sectional areas within the fluidic component 10 (cross-section ⁇ i 02 of the outlet opening 102 or smallest cross-sectional area An in the main flow channel 103 between the inner blocks 11a, 11b) in the device 1 can be selected depending on the desired volume flow.
  • the higher the flow rate with the same inlet pressure PI O I N the larger the dimensions, e.g. B. the inlet width bmi and / or the inlet height hmi.
  • Typical dimensions are 100 ⁇ m to 3500 ⁇ m, preferably 200 ⁇ m to 1500 ⁇ m.
  • the inlet opening 101 and the outlet opening 102 are arranged on two opposite sides of the fluidic component 10 in terms of flow.
  • Flow chamber 100 more precisely a main flow channel 103 of flow chamber 100, connects inlet opening 101 and outlet opening 102 to one another without obstruction.
  • the inlet opening 101 and the outlet opening can be connected by means of a flow chamber 100 that is not free of obstructions.
  • the first fluid stream 7 moves in the flow chamber 10 essentially along a longitudinal axis A of the fluidic component 1 (which connects the inlet opening 101 and the outlet opening 102 to one another) from the inlet opening 101 to the outlet opening 102.
  • the longitudinal axis A forms an axis of symmetry of the fluidic component 1.
  • the longitudinal axis A lies in two mutually perpendicular
  • Symmetry planes S1 and S2 compared to which the fluidic component 1 is mirror symmetrical.
  • the fluidic component 1 may not have a (mirrored) symmetrical structure.
  • the flow chamber 100 comprises two secondary flow channels 104a, 104b for the targeted change of direction of the fluid flow.
  • the main flow channel 103 and the two secondary flow channels 104a, 104b extend essentially along the longitudinal axis A of the fluidic component 10, with the main flow channel 103 (viewed transversely to the longitudinal axis A) between the two
  • bypass flow channels 104a, 104b is arranged. Immediately behind the inlet opening 101, the flow chamber 10 divides into the main flow channel 103 and the two secondary flow channels 104a, 104b, which then immediately before the outlet opening 102 again be merged.
  • the two bypass channels 104a, 104b are arranged symmetrically with respect to the plane of symmetry S2 (FIG. 3). According to an alternative that is not shown, the bypass channels are not arranged symmetrically.
  • These secondary flow channels can also be positioned outside of the flow plane shown. These channels can be implemented, for example, by means of hoses that are also located outside the plane of symmetry S1, or run through channels that are at an angle to the plane of flow (plane of symmetry S1).
  • the main flow channel 103 essentially connects the inlet opening 101 and the outlet opening 102 in a straight line, so that the fluid flow 7 flows essentially along the longitudinal axis A of the fluidic component 10 .
  • the main flow channel 103 can typically accommodate a volume of 0.08 mm 3 to 260 mm 3 .
  • a volume of the main flow channel 103 of 0.3 mm 3 to 120 mm 3 is particularly preferred.
  • the volume of the main flow channel 103 is approximately 0.67 mm 3 .
  • the fluidic component 10 has a fluid-holding volume of between 0.5 mm 3 and 1.2 mm 3 , the smallest cross-sectional area A102 at the outlet opening 102 being approximately 0.09 mm 2 .
  • the cross-sectional area A101 at the inlet port 101 is approximately 0.12 mm 2 .
  • the bypass channels 104a, 104b extend, starting from the inlet opening 101 in a first section, in each case initially at an angle of essentially 90° to the longitudinal axis A in opposite directions.
  • the secondary flow channels 104a, 104b then bend so that they each extend essentially parallel to the longitudinal axis A (in the direction of the outlet opening 102) (second section).
  • the secondary flow channels 104a, 104b change their direction again at the end of the second section, so that they are each directed essentially in the direction of the longitudinal axis A (third section).
  • the direction of the bypass channels 104a, 104b changes by an angle of approximately 120° during the transition from the second to the third section.
  • angles other than those mentioned here can also be selected or even follow a completely different course.
  • the bypass channels 104a, 104b are a means for influencing the direction of the first fluid flow 7, which flows through the flow chamber 100.
  • the bypass channels 104a, 104b each have an inlet 104a1, 104b1, which is formed by the end of the bypass ducts 104a, 104b facing the outlet opening 102, and an outlet 104a3, 104b3, which is formed by the end of the bypass ducts 104a, 104b facing the inlet opening 101 will be on.
  • a small part of the first fluid flow 7, the secondary flows flows through the inlets 104a1, 104b1 into the secondary flow channels 104a, 104b.
  • the remaining part of the first fluid flow 7 emerges from the fluidic component 10 via the outlet opening 102 .
  • the side streams come out at the outputs 104a3, 104b3
  • Side flow channels 104a, 104b where they can exert a lateral (transverse to the longitudinal axis A) impulse on the first fluid flow 7 entering through the inlet opening 101.
  • the direction of the first fluid flow 7 is influenced in such a way that the main flow exiting at the outlet opening 102 spatially oscillates, specifically in a plane in which the main flow channel 103 and the secondary flow channels 104a, 104b are arranged.
  • the plane in which the main flow oscillates is also referred to as the oscillation plane and essentially corresponds to the plane of symmetry S1 or is parallel to the plane of symmetry S1.
  • the bypass channels 104a, 104b each have a cross-sectional area that is almost constant over the entire length (from the inlet 104a1, 104b1 to the outlet 104a2, 104b2) of the bypass channels 104a, 104b.
  • the size of the cross-sectional area of the main flow channel 103 in the direction of flow of the main flow increases essentially continuously.
  • the shape of the main flow channel 103 is, for example, mirror-symmetrical to the planes of symmetry S1 and S2.
  • the cross-sectional area of the main flow channel 103 can also decrease downstream.
  • the main flow channel 103 is separated from each side flow channel 104a, 104b by a block 11a, 11b.
  • the two blocks 11a, 11b are arranged symmetrically with respect to the mirror plane S2. In principle, however, they can also be designed differently and not aligned symmetrically. If the orientation is not symmetrical, the shape of the main flow channel 103 is also not symmetrical to the mirror plane S2.
  • a symmetrical embodiment of the two blocks 11a, 11b is preferred.
  • the shape of the blocks 11a, 11b shown in FIG. 1 is only an example and can be varied.
  • the blocks 11a, 11b from FIG. 1 have rounded edges. Sharp edges are also possible. The variant with rounded edges is preferred.
  • the inlet opening 101 of the flow chamber 100 is upstream of a funnel-shaped projection 106 which tapers in the direction of the inlet opening 101 (downstream).
  • a projection 106 is also possible, which has a substantially constant cross section or an expanded cross-sectional area in sections.
  • This funnel-shaped approach can also be referred to as an inlet channel.
  • the flow chamber 100 also tapers, namely in the area of the outlet opening 102 downstream of the inner blocks 11a, 11b.
  • the taper is formed by an outlet channel 107 and begins at the bypass channel inlet 104a1, 104b1.
  • the extension 106 and the outlet channel 107 taper in such a way that only their width, ie their extension in the plane of symmetry S1 perpendicular to the longitudinal axis A, decreases in each case downstream.
  • the taper does not affect the depth (that is, the extension in the plane of symmetry S2 perpendicular to the longitudinal axis A) of the extension 106 and the outlet channel 107 (FIG. 2).
  • the projection 106 and the outlet channel 107 can also each taper in width and in depth.
  • only the lug 106 can taper in depth or in width, while the outlet channel 107 tapers in both width and depth, and vice versa.
  • the shape of the extension 106 and the outlet channel 107 are only shown in FIG.
  • the length li 06 of the inlet channel or in this example of the funnel-shaped extension 106 corresponds to at least 1.5 times the inlet width bmi, ie the following applies 1.5xbioi.
  • the length Hob of the funnel-shaped projection 106 is greater than 3 times the width bmi. For a given and fixed value of the width bmi, the smaller the angle e, the longer the inlet duct 106 should be.
  • the inlet opening 101 and the outlet opening 102 each have an idealized rectangular cross-sectional area. These each have the same depth (extension in the plane of symmetry S2 perpendicular to the longitudinal axis A, Figure 2), but differ in their width bmi, bio2 (extension in the plane of symmetry S1 perpendicular to the longitudinal axis A, Figure 2). Basically, the corners of the cross-sectional areas be rounded, and the opposite surfaces that delimit the inlet or outlet opening 101, 102 do not have to be parallel. In extreme cases, the inlet opening 101 and the outlet opening 102 can also have circular or ellipsoidal cross-sectional areas.
  • the outlet opening 102 of the flow chamber 100 of the fluidic component 10 corresponds here to the first inlet opening 201 of the mixing chamber 20. It is advantageous if, in general (i.e. for all embodiments), the cross-sectional area AI 02 of the outlet opening 102 is the smallest or equal to the smallest cross-sectional area of the cross-sectional areas A101 , An and A102, so the following applies: A102 ⁇ min(Aioi, An), in particular when the cross-sectional area A102 of the outlet opening 102 is the smallest cross-sectional area of the flow chamber 100 of the fluidic component 10.
  • the cross-sectional area A102 of the outlet opening 102 and the cross-sectional area A201 of the first inlet opening 201 are the same, just as the width bio2 and the width b2oi and the height hio2 and the height h2oi are the same.
  • the rounding can have a radius 109 that is smaller than the minimum width of bmi (width of the inlet opening 101) and bn (corresponding width of the smallest cross-sectional area An in the main flow channel 103 between the inner blocks 11a, 11b).
  • An extreme value that produces a sharp-edged outlet 102 is a zero radius.
  • a 109 radius is to be preferred due to the higher mechanical stability.
  • An inlet channel 206 is connected downstream of the first inlet opening 201 of the mixing chamber 20 .
  • the inlet channel 206 has a cross-sectional area that increases downstream (transverse to the first fluid flow direction or to the longitudinal axis L of the mixing chamber 20).
  • the width (expansion in the plane of oscillation and transverse to the longitudinal axis L) of the inlet channel 206 increases downstream.
  • the width increases linearly here.
  • the increase in width can also follow a polynomial.
  • the walls delimiting the inlet channel 206 enclose an angle d viewed in the plane of oscillation. This angle d can have different dimensions.
  • An angle d that is selected as a function of the oscillation angle a is advantageous.
  • a deviation from the oscillation angle a of +10° and -10° is possible, i.e. a - 10° ⁇ d ⁇ a + 10°.
  • a particularly preferred value for the angle d is a ⁇ 5° ⁇ d ⁇ a+5°.
  • the oscillation angle a here corresponds to the natural one Angle of oscillation that would occur in the absence of inlet passage 206 and mixing chamber 20.
  • the cross-sectional area A200 (transverse to the longitudinal axis L) of the mixing chamber 20 increases steadily.
  • the cross-sectional area at the inlet opening 201 is 0.09 mm 2 here, for example, and increases to more than double along the longitudinal axis L up to the center point of the second inlet opening 2011 .
  • the cross-sectional area at the center of the second inlet opening 2011 is 0.26 mm 2 .
  • the cross-sectional area A 20 n of the second inlet opening 2011 is smaller than that of the first inlet opening 201 and has a value of 0.07 mm 2 .
  • the width b 2 o of the mixing chamber 20 is smaller than the width bm of the fluidic component 10. Furthermore, the length l 2 o of the mixing chamber 20 is smaller than the length ho of the fluidic component 10.
  • the width is the Expansion in the plane of oscillation of the first fluid 7 and transverse to the longitudinal axis A, L of the fluidic component 10 or the mixing chamber 20.
  • the length is the expansion in the plane of oscillation of the first fluid 7 and along the longitudinal axis A, L of the fluidic component 10 or the mixing chamber 20.
  • the width b 2 o of the mixing chamber 20 is defined by two approximately parallel surfaces that act as boundary walls in an intermediate portion of the mixing chamber 20 .
  • the intermediate section is formed along the first fluid flow direction Fi between the inlet channel 206 and an outlet channel 207 of the mixing chamber 20 .
  • the boundary walls can also be designed differently (than flat and parallel), as is indicated, for example, in FIG.
  • the outlet channel 207 follows at the downstream end of the intermediate section. Its cross-sectional area (transverse to the first fluid flow direction or to the longitudinal axis L of the mixing chamber 20) decreases along the longitudinal axis L downstream. In this case, in particular the width (expansion in the plane of oscillation and transverse to the longitudinal axis L) of the outlet channel 207 decreases downstream. The width decreases linearly here. However, the decrease in width can also follow a polynomial.
  • the walls delimiting the outlet channel 207 enclose an angle w viewed in the plane of oscillation. It is advantageous if the angle w is smaller than the angle d. It is particularly advantageous if the angle w is up to 15° smaller than the angle d. That The downstream end of the outlet channel 207 is formed by the outlet opening 202 . The fluid mixture 9 from the first and the second fluid 7, 8 leaves the mixing chamber 20 through this outlet opening 202.
  • the outlet opening 202 has a cross-sectional area A202, which is rectangular here by way of example and therefore has a width b 2 02 and a height h 2 02 . In principle, a non-rectangular cross-sectional area of the outlet opening 202 is also possible.
  • the cross-sectional area A 2 o2 is equal to or larger than the sum of half the cross-sectional area A 2 on of the second inlet opening 2011 and the total cross-sectional area Aimin, or in other words: A 2 o2 - Aimin + 0.5 x A 2 on. A 2 O2 - Ai min +A 2 on is particularly preferred.
  • outlet openings 202 can also be provided, which open into different interaction channels 30 . Some of the plurality of outlet openings 202 can also open into correspondingly provided interaction channels and another part can be designed without interaction channels. The same explanations as described above apply to the sum of the cross-sectional areas A 2 O2 of the plurality of outlet openings 202 .
  • Figure 2 shows a sectional view of the device 1 from Figure 1 along the line A'-A".
  • the fluidic component 10 the mixing chamber 20 and at least the upstream end of the interaction channel 30 have a constant height h.
  • the height (also called depth) is the expansion transverse to the oscillation plane of the first fluid 7.
  • the height h cannot be constant.
  • the height h can vary from the height in the rest of the device.
  • the second supply device 50 which is provided for introducing the second fluid 8 into the mixing chamber 20, comprises a tube 204 which extends along a longitudinal axis and specifies the fluid flow direction F 2 for the second fluid 8.
  • the pipe 204 is connected to the mixing chamber 20 via the second inlet port 2011 of the mixing chamber 20 .
  • the tube 204 is (viewed in the plane of symmetry S2 or a plane that runs perpendicular to the plane of oscillation and along the longitudinal axis L) at an angle ⁇ to the plane of oscillation of the fluidic Component 10 or the planes of symmetry S1.
  • the angle ⁇ 90°.
  • the angle can assume a different value. This influences the quality of the mixture and/or the length of the mixing path or the mixing time.
  • a value of 45° ⁇ 10° is preferred for the angle ⁇ . If particles are generated during the mixing process, an angle greater than 90° is advantageous for reducing the particle size.
  • Figure 3 shows a sectional view of the device 1 from Figure 1 along the line B'-B".
  • the cross-sectional area of the main flow channel 103 and the secondary flow channels 104a, 104b of the fluidic component 10 can be seen.
  • the heights are hio3, hio4 a , hio4 b of the channels 103, 104a, 104b are the same size. In principle, however, they can also deviate from one another. In FIG , i.e. rounded off.
  • FIG. 4 shows a sectional view of the device 1 from FIG. 1 along the line C'-C".
  • a cross section through the inlet channel 206 of the mixing chamber 20 can be seen. Again, for the sake of simplicity, the corners are not shown with radii, although they are present.
  • the distance between the lateral boundary walls of the inlet channel 206 is constant over the entire height h 2 06. However, this distance can also change along the height h 2 06.
  • the second inlet opening 2011 of the mixing chamber 20 is formed in the inlet channel 206 thereof.
  • the tube (supply channel 204) encloses an angle h with the plane of oscillation.
  • the angle h 90°.
  • the angle can assume a different value, for example between 30° and 150°.
  • An angle h of 90° is preferred, particularly in an embodiment variant with a second inlet opening 2011.
  • the mixing chamber has a plurality of second inlet openings, via which the mixing chamber can be connected to a corresponding number of second supply devices (designed as a tube). connected is.
  • FIG. 5 shows a device 1 according to a further embodiment of the invention. This embodiment differs from the embodiment of Figures 1 to 4 in particular in the design of the fluidic component 10 and in the size ratio of the volume of the flow chamber 100 of the fluidic component 10 and the mixing chamber 20.
  • the volume of the mixing chamber 20 is greater than the volume of the flow chamber 100 of the fluidic component 10. Specifically, in this embodiment, both the width b2o of the mixing chamber 20 and the length I20 of the mixing chamber 20 are greater than the width bio of the fluidic component 10 and than the Length o of the fluidic component 10. The ratios b2o>bio and I20>ho therefore apply. According to a preferred embodiment, the fluid-filling volume V10 of the flow chamber 100 of the fluidic component 10 is significantly smaller than the volume V20 of the mixing chamber 20: V20>V10. The following preferably applies: V20 > 2 c Vio.
  • a second inlet opening 2011 for the second fluid flow 8 (or a phase B) is provided.
  • further second inlet openings can be provided in the mixing chamber, which are also intended to introduce phase B or other phases into the mixing chamber 20 .
  • the second inlet opening 2011 for the second fluid flow 8 (or phase B) is also located in this embodiment within the inlet channel 206 of the mixing chamber 20.
  • the (at least one) second inlet opening 2011 can be freely positioned within the mixing chamber 20.
  • the positioning of the (at least one) second inlet opening 2011 in the inlet channel 206 or in the outlet channel 207 of the mixing chamber 20 is preferred.
  • the positioning of at least one second inlet opening 2011 in the inlet channel 206 is particularly preferred.
  • the distance between at least one second inlet opening 2011 and the first inlet opening 201 along the longitudinal axis L is represented in FIG. 5 by the length I2011. It is advantageous if the length I2011 corresponds to at least half the width b2oi of the first inlet opening 201, ie I2011 ⁇ 0.5 c b2oi applies. It is particularly advantageous if the length I2011 corresponds at least to the sum of half the width bio2 of the first inlet opening 201 and half the width b2on of the second inlet opening 2011: I2011 ä 0.5 x (b2oi + b2oii).
  • the length I2011 is not greater than five times the width b20i of the first inlet opening 201; Overall, therefore, the following applies: 5 x b2oi ⁇ I2011 ä 0.5 x (bio2 + b2oii) applies.
  • the second inlet opening 2011 is circular and has the width b 2 on , which corresponds to the diameter of the circle. In principle, a shape that deviates from the circular shape is also possible for the second inlet opening 2011 .
  • the area A2011 of the second inlet opening 2011 is slightly smaller than the area A102 of the outlet opening 102 of the fluidic component 10.
  • the outlet opening 102 of the fluidic component 10 corresponds here to the first inlet opening 201 of the mixing chamber 20, so that the area A2011 of the second Inlet opening 2011 is also slightly smaller than the area A201 of the first inlet opening 201.
  • the area A102 is defined by the outlet width bio2 and the outlet depth.
  • the cross-sectional area A20 (transverse to the longitudinal axis L) of the mixing chamber 20 in the inlet channel 206 increases steadily.
  • the cross-sectional area A20 is defined by the width b2o and the height h2o (expansion across the plane of oscillation of the first fluid).
  • the cross-sectional area A20 of the mixing chamber 20 can be referred to as the cross-sectional area A206, and the associated width and height as width b206 and height h206. It is advantageous if the cross-sectional area A20 has an abrupt change in size at a distance of approximately l2011 ⁇ (b 2 on/2) from the first inlet opening 201 (along the longitudinal axis L). It is particularly advantageous here if the abrupt change in size is realized by increasing the height h2o.
  • the widths bmi, bn and bi 0 2 are approximately the same size. For example, they can be about 0.3 mm.
  • the radius 109 at the outlet opening 102 can then be approximately 0.025 mm.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the invention.
  • the mixing chamber is designed in several parts.
  • the mixing chamber comprises a plurality of sub-chambers 20, 20′ (here two by way of example) which are arranged along the longitudinal axis L one after the other.
  • the mixing chamber comprises a plurality of sub-chambers 20, 20′ (here two by way of example) which are arranged along the longitudinal axis L one after the other.
  • the mixing chamber comprises a plurality of sub-chambers 20, 20′ (here two by way of example) which are arranged along the longitudinal axis L one after the other.
  • a downstream sub-chamber 20' which adjoins the outlet opening 202 of the upstream sub-chamber 20 connects.
  • the first inlet port of the downstream sub-chamber 20' corresponds to the outlet port of FIG upstream sub-chamber 20.
  • Each sub-chamber 20, 20' has an inlet channel 206, 206' that enlarges along the longitudinal axis L downstream and an outlet channel 207, 207' that narrows downstream along the longitudinal axis L.
  • a second inlet port 2012 is also formed in the inlet passage of the downstream subchamber.
  • the two sub-chambers can also be viewed as a mixing chamber 20 with a central constriction.
  • This mixing chamber 20 is then constructed in such a way that before and after the second inlet opening 2011 the cross-sectional area A 2 O of the mixing chamber 20 increases downstream up to a certain point, remains constant over the further course and then decreases again to a (local) minimum. Downstream of the (local) minimum, the cross-sectional area A20 increases again.
  • the further inlet opening 2012 is located in this area.
  • the mixing chamber 20 has the features described in connection with the embodiments from FIGS. Sections with a constant cross-sectional area A20 along the longitudinal axis L are optional.
  • the first part of the mixing chamber (or the upstream sub-chamber 20) with the second inlet opening 2011 is designed in such a way that alternating vortices can form in order to intensify the movement of the first fluid 7 and the moving mixed fluid jet 9 . Therefore, the first part of the mixing chamber (or the upstream sub-chamber 20) is shaped in such a way that the two delimiting walls, which are opposite one another viewed in the plane of oscillation and along which the time-moving jet of the first fluid 7 alternately flows, form a pocket-like structure for form the formation of an alternating whorl.
  • FIG. 1 A further embodiment of the device 1 is shown in FIG. This embodiment differs from the embodiments from Figures 1, 5 and 6 in particular in the shape of the mixing chamber 20 and in the number of second inlet openings 2011.
  • this additional second inlet opening 2011b can also conduct the second fluid 8 into the mixing chamber 20 .
  • the further second inlet opening 2011b can serve to direct a further phase C or a third fluid into the mixing chamber 20 .
  • the number of second intake ports 2011 is two. However, more than two second inlet openings can also be provided.
  • the two second inlet openings 2011a, 2011b are formed in a common boundary wall of the inlet channel 206.
  • the two or at least two second inlet openings 2011 can also be formed on opposite sides of the mixing chamber 20 . This means that at least one second inlet opening 2011 (as shown in FIG. 4) is formed on the upper side of the device 1 and at least one further second inlet opening 2011 is formed on the underside of the device 1 opposite the upper side.
  • the two second inlet openings 2011 are located next to one another and have the same distance I2011 (along the longitudinal axis L) from the first inlet opening 201.
  • the second inlet openings 2011 can have different distances I2011.
  • a distance b2oi3 (transverse to the longitudinal axis L) between the second inlet openings 2011 is chosen to be small. It is advantageous if the distance b2oi3 between the two second inlet openings 2011a and 2011b is smaller than the width b2oi of the first inlet opening 201.
  • the devices each have an interaction channel 30 downstream of the outlet opening 202 of the mixing chamber 20 .
  • this interaction channel is only optional.
  • the device according to the invention can also do without such an interaction channel.
  • the devices have a specific number (usually one) of first/second inlet openings, outlet openings and first/second supplying devices. In fact, there can be more than one at a time.
  • the boundary surfaces of the device 1 that come into contact with the first fluid 7, the second fluid 8 or the fluid mixture 9 have a low surface roughness.
  • the risk of deposits of components of the fluids in the device 1 is already very low due to the dynamically moved fluid stream. This effect can be intensified by the low surface roughness, which increases the stability of the device in continuous operation.
  • the surface is lipophilic, particularly in the mixing chamber.
  • the device 1 makes it possible for a large volume flow range, for example between 20 ml/min and 200 ml/min, to be used for the first or second fluid 7 or 8 .
  • a large volume flow range for example between 20 ml/min and 200 ml/min.
  • the particle size is not significantly changed by the volume flow.
  • this system can be used for laboratory scale as well as for mass production.
  • FIG. 8 shows an exemplary configuration of an interaction channel 30.
  • the interaction channel 30 is an optional component of the device 1. If present, the interaction channel 30 is connected to the outlet opening 202 of the mixing chamber 20.
  • the interaction channel 30 is tubular and has a large number of bends 31 in FIG. The number of bends and their radius of curvature is only an example in FIG. In general, the shape of the interaction channel 30 is to be designed in such a way that no dead water areas arise in order to avoid uncontrolled agglomeration.
  • the interaction channel can serve for the growth of the particles.
  • the residence time of the generated fluid mixture 9 or of the particles can be controlled by the length of the interaction channel 30 .
  • FIG. 9 schematically shows the deflection of the moving (oscillating) first fluid 7 (at the outlet opening 102 of the fluidic component 10) over time.
  • the first fluid oscillates periodically between two maximum deflections, from here for example approximately ⁇ 25°.
  • the dashed line represents an idealized sinusoidal course of the moving fluid jet.
  • an additional intermediate oscillation is advantageous.
  • Such an intermediate oscillation is represented by the solid line and is intended to be approximately ⁇ 5°.
  • Such a course over time (with intermediate oscillation) can be generated, for example, with the fluidic components 10 from FIG. 6 or 7.
  • FIG. According to FIG. 9, the oscillation angle a is approximately 50°. In principle, the oscillation angle can also deviate from this value.
  • the Oscillation angle is chosen depending on the desired mix quality, the fluids to be mixed and the volumes to be mixed.
  • FIG. 10 schematically shows the course of a method according to the invention for mixing (here two by way of example) fluids and for producing a fluid mixture which comprises these two fluids.
  • a device according to the invention is used to carry out the method.
  • the first method steps which are denoted by P1.1, P2.1 and P3.1 in FIG. 10, relate to the first fluid 7 and are parallel to the method steps P1.2, P2.2 and P3.2, the second fluid 8 concern carried out. During these process steps, the first fluid 7 and the second fluid 8 are in separate form.
  • the volume flow of the first or second fluid is set in method steps P1.1 and P1.2.
  • the mixing ratio (and in the event that particles are produced during the mixing process, possibly also the particle size) can be adjusted.
  • the inlet pressure PI O I N of the first fluid 7 and the inlet pressure P201 N of the second fluid 8 are set using suitable pumping devices (depending on the quantity, for example syringe or transfer pumps), and the first and the second fluid 7, 8 is passed into the first or second supply device 40, 50.
  • the inlet pressure PI O I N of the first fluid 7 is the pressure at which the first fluid enters the flow chamber 100 of the fluidic component 10 (first supply device 40) via the inlet opening 101 .
  • the inlet pressure P 2 OIN of the second fluid 8 is the pressure at which the second fluid enters the second supply device 50 .
  • the input pressures applied are in the range of a few millibars up to several hundred bar (compared to the ambient pressure). For mass production, for example, input pressures of well over 2 bar are used.
  • the pressure can have three-digit values such as 600 bar.
  • a pressure range between 2 bar and 350 bar is preferred.
  • a pressure range between 10 bar and 220 bar is particularly preferred.
  • the oscillation frequency is generally higher than 100 Hz.
  • the oscillation angle of the first fluid can be at least 5°, preferably at least 25°, particularly preferably at least 40°.
  • a typical maximum value for the oscillation angle is 75°.
  • a (quasi) stationary second fluid jet 8 is generated in the second supply device 50 with the aid of the associated pump device.
  • the second fluid 8 it is also possible for the second fluid 8 to oscillate in method step P3.2 with the aid of the second supply device 50 .
  • the second supply device 50 is to be provided with a fluidic component 10 similar to that of the first supply device 40.
  • step P4 the oscillating first fluid jet 7 provided by the first feed device 40 and the (quasi) stationary second fluid jet 8 provided by the second feed device 50 are fed into the mixing chamber via the first and second inlet openings 201, 2011, respectively 20 and united there.
  • the collision takes place at the angles ⁇ and h, which have already been explained in more detail above in connection with the device 1 .
  • the fluid 7 and/or fluid 8 are fed into the mixing chamber 20 with a continuous volume flow.
  • Method step P4 can be followed directly by method step P7, in which the fluid mixture 9 produced is removed from the device 1.
  • Method step P7 can also include a thermal treatment (cooling) of the fluid mixture produced and/or the separation of a component (for example a solvent) from the fluid mixture.
  • one or more intermediate steps P5 and/or P6 can be provided between P4 and P7.
  • the fluid mixture 9, which emerges from the mixing chamber 20 via its outlet opening 202 at the end of the mixing process P4, into one are directed downstream subsequent interaction channel 30, in which the fluid mixture 9 is given a further opportunity to mix. If particles were formed during the mixing process P4, these particles can grow in the interaction channel 30.
  • the interaction channel 30 has already been explained in more detail above in connection with the device 1 .
  • Method step P6 can optionally follow method step P5.
  • method step P5 can be followed directly by method step P7.
  • Method step P6 provides that the fluid mixture produced (with or without particles) is mixed with another medium (fluid), for example for the purpose of dilution.
  • the medium can be chosen depending on the nature of the fluid mixture being created. This can be beneficial for further processing, for example when nanoparticles have been produced.
  • the method described can be used in chemistry to produce chemical mixtures.
  • the method described can also be used in microbiology, biochemistry, pharmacy, medical technology and food technology.
  • the method can be carried out with a solvent mixed with pharmaceutical or therapeutic material and/or with a fluid mixed with one or more particle-bearing pharmaceutical or therapeutic materials as the first and/or the second fluid 8 .
  • the method can be used to coat RNA with a defined particle size in a lipid layer.
  • the first fluid 7 can be an aqueous solution with RNA (for example mRNA) and the second fluid 8 can be a lipid or a lipid mixture.
  • FIG. 11 shows measured values of a fluid mixture that was produced using the device from FIG. 5 and the method from FIG.
  • the fluid mixture contains particles generated during the mixing process. Specifically, a set of mRNA was used as the first fluid and a lipid mixture was used as the second fluid. During the mixing process, mRNA particles surrounded by a lipid layer were formed. The procedure was carried out several times with different volume flows (13.3 ml/min, 40 ml/min and 60 ml/min). The volume flow of the first fluid was three times the volume flow of the second fluid.
  • the volume flows indicated in FIG. 11 each correspond to the sum of the first and second fluids. The volume flow depends, for example, on the composition of the lipid mixture. In FIG.
  • three graphs a), b) and c) show measured values for the parameters encapsulation efficiency (graph a)), particle size (graph b)) and polydispersity index, PDI for short (graph c)) for three different volume flows.
  • the encapsulation efficiency indicates the percentage of the mRNA that is in the form of particles.
  • the polydispersity index indicates the size distribution of the mRNA particles. A polydispersity index of 0 means that all particles have the same size. In all graphs, the values on the abscissa simply represent different samplings at different times.
  • Graphic a shows that the encapsulation efficiency is always between 95% and 100%, regardless of the set volume flow. (This efficiency also sets in at volume flows that are higher or lower than the values given in FIG. 11.) A value above 85% is expected as standard in an industrial production of mRNA particles that are coated by a lipid layer. The method according to the invention can easily meet this standard.
  • the size distribution of the generated particles (diagram c)) is relatively narrow, with the size of the volume flow having only a negligibly small effect on the size distribution of the particles.
  • Graph c) shows that the method according to the invention is also within the scope of the industrial standard with regard to the size distribution of the mRNA particles surrounded by a lipid layer.
  • FIGS. A further embodiment of the device 1 is shown in FIGS.
  • the first supply device 40 here comprises a fluidic component 10 as a means for the targeted dynamic change of direction of the first fluid 7, so that the fluid flow of the first fluid 7 moves within the mixing chamber 20 and a movement component along the first fluid flow direction Fi and a movement component transverse to the first Having fluid flow direction Fi.
  • the first fluid flow direction Fi corresponds to a main flow direction F H 2o within the mixing chamber 20.
  • the movement of the first fluid 7 can be variable over time.
  • the main flow direction F H 2o within the mixing chamber 20 is directed from the first inlet opening 201 of the mixing chamber 20 to the outlet opening 202 of the mixing chamber 20 .
  • a periodic, temporally variable movement of the fluid flow of the first fluid 7 in the mixing chamber 20 is also conceivable, which can be interpreted as oscillation, vibration, rotation or pulsation of the fluid flow.
  • the supply device 40 from FIG. 12 can comprise the fluidic component 10 from the device 1 according to FIG. 1 as the fluidic component 10 .
  • the fluidic component 10 (and its components) from FIG. 12 can accordingly have the dimensions (length, width, height, depth, diameter) that have been described above for the fluidic component 10 (and its components) from FIG.
  • the embodiment of Figure 12 differs from that of Figure 1 in particular in the configuration upstream of the inlet opening 101 of the fluidic component 10 (part of the first supply device 40) and downstream of the outlet opening 202 of the mixing chamber 20. While in the embodiment of Figure 1 upstream of the inlet opening 101 the funnel-shaped projection 106 is provided, which extends exclusively within the oscillation plane in which the first fluid 7 moves in the fluidic component 10, so that the first fluid 7 before reaching the inlet opening 101 exclusively along the first fluid flow direction Fi within the oscillation plane flows, an inlet channel 1614 is provided upstream of the extension 106 in the embodiment from FIG. The inlet channel 1614 extends essentially perpendicularly to the plane of oscillation and thus perpendicularly to the extension 106.
  • the extension 106 connects directly to the inlet channel 1614.
  • the transition between inlet channel 1614 (or its downstream end) and extension 106 (or its upstream end) is identified in FIG. 13 by reference numeral 161.
  • the boss 106 and the inlet passage 1614 may be integrally formed.
  • the inlet channel 1614 can be formed in a boundary wall which extends parallel to the plane of oscillation and bounds the projection 106, with the inlet channel 1614 completely penetrating the boundary wall transversely to the plane of oscillation.
  • the first Fluid 7 flowing through inlet channel 1614 and extension 106 is thus deflected by essentially 90°.
  • the situation is corresponding in the embodiment of FIG. 12 downstream of the outlet opening 202 of the mixing chamber 20.
  • An outlet channel 3024 directly follows the interaction channel 30 downstream.
  • the transition between the interaction channel 30 (or its downstream end) and the outlet channel 3024 (or its upstream end) is identified in FIG. 13 with the reference number 302.
  • the interaction channel 30 extends exclusively in the plane of oscillation and the outlet channel 3024 essentially perpendicularly to the plane of oscillation.
  • the interaction channel 30 and the outlet channel 3024 can be formed in one piece.
  • the outlet channel 3024 can be formed in a boundary wall that extends parallel to the oscillation plane and bounds the interaction channel 30, with the inlet channel 1614 completely penetrating the boundary wall transversely to the oscillation plane.
  • the generated fluid mixture 9, which flows through the interaction channel 30 and the outlet channel 3024, is thus deflected by essentially 90°.
  • the inlet channel 1614 and the outlet channel 3024 each have a constant diameter and are, for example, cylindrical.
  • the inlet channel 1614 has a diameter diei of 0.45 mm and the outlet channel 3024 has a diameter d302 of 0.5 mm.
  • these two diameters can also be the same size.
  • the diameter d 3 02 is not smaller than the larger value of b 2 on (width of the second inlet opening 2011) and di 6i : d 3 02 ⁇ max(b 20 n, di 6i ).
  • the appropriate size ratio of diei and d 302 depends on the nature of the fluids to be mixed, their interaction (e.g., collision) or chemical reactions with each other, and the ratio of the amounts of the fluids to be mixed.
  • no step is formed at the transition 161 between the inlet channel 1614 and the shoulder 106 and at the transition 302 between the interaction channel 30 and the outlet channel 3024 .
  • the wall of the inlet channel 1614 merges directly and steplessly into the wall of the extension 106 (outlet channel 3024).
  • a step can also be formed at the named transitions 161 , 302 .
  • Figure 12 shows a step at the transition 161 between the inlet channel 1614 and the extension 106, the diameter diei of the inlet channel 1614 being smaller than the width bio 6 (expansion in the oscillation plane and transverse to the longitudinal axis L) of the extension 106.
  • the diameter d 3 02 of the outlet channel 3024 and the width b 3 oo (expansion in the plane of oscillation and transverse to the longitudinal axis L) of the interaction channel 30 are the same size.
  • the inlet channel 1614 is fluidically connected to the inlet opening 101 of the fluidic component 10 via the attachment 106 .
  • the length li 06 (expansion along the longitudinal axis L from the center of the diameter di 6i of the inlet channel 1614 to the inlet opening 101) of the extension 106 corresponds to at least the sum of twice the width bioi and twice the diameter di 6i :
  • the width bmi of the inlet opening 101 and the width bn of the smallest cross-sectional area An in the main flow channel 103 between the inner blocks 11a, 11b are equal and each have a value of 0.38 mm.
  • the outlet opening 202 of the mixing chamber 20 is fluidly connected to the outlet channel 3024 via the interaction channel 30 .
  • the interaction channel 30 has a constant width b 300 (expansion in the plane of oscillation and transverse to the direction of fluid flow).
  • the width b 300 is constant over the entire length of the interaction channel 30 and is approximately 0.5 mm.
  • the length ho of the interaction channel 30 is defined along the longitudinal axis L (or fluid flow direction) between the outlet opening 202 of the mixing chamber 20 and the center point of the diameter d 3 02 of the outlet channel 3024 and can assume different values.
  • the length l 30 is preferably at least twice the diameter d 30 2 : l 30 >2 ⁇ d 30 2 . When using the device to produce lipid nanoparticles, l 30 >5 ⁇ d 30 2 is advantageous. If the interaction channel 30 is not straight, as for example in the embodiment from FIG. 8, the length l 30 is defined along the center line of the interaction channel 30.
  • the second inlet opening 2011 of the mixing chamber 20 has a circular cross section in the embodiment from FIG.
  • the width b2on expansion in the oscillation plane and transverse to the longitudinal axis L
  • the width b2on is 0.3 mm here, for example, so that the second inlet opening 2011 has a cross-sectional area of approximately 0.07 mm 2 .
  • the distance hon between the first inlet opening 201 of the mixing chamber 20 and the center point of the second inlet opening 2011 of the mixing chamber 20 is 1.01 mm.
  • the component depth h206 (expansion transverse to the oscillation plane) of the mixing chamber 20 in the area between the first and the The second inlet opening 201, 2011 is advantageously not greater than three times the width b 2 on: h206 ⁇ 3 ⁇ b 2 on. h 2 06 ⁇ 2.75 ⁇ b 2 on is particularly advantageous.
  • the mixing chamber 20 has a cross-sectional area A 20 ,b2onm (transverse to the longitudinal axis L) of approximately 0.25 mm 2 . Further upstream (with respect to the first fluid flow direction Fi) in the mixing chamber 20 at the height immediately before the second inlet opening 2011, the cross-sectional area A 20 ,b2ona (transverse to the longitudinal axis L) of the mixing chamber 20 is approximately 0.21 mm 2 .
  • the cross-sectional area A 2 o , b 2on e (transverse to the longitudinal axis L) of the mixing chamber 20 is approximately 0.3 mm 2 .
  • the depth of the mixing chamber 20 is the same in these three areas.
  • the cross-sectional areas A 2 o,b2ona and A 2 o,b2one can also be equal, or A 2 o,b2ona can be larger than A 2 o .b 2on e .
  • a 2 o ,b 2on m can assume any values between the values A 2 o ,b 2oii a and A 2 o ,b 2oii e
  • the specific size ratio can depend on the desired application.
  • the cross-sectional area A 2 o , b 2on e of the mixing chamber 20 is at least as large as the sum of the cross-sectional areas A 2 OI, A 2 on of the first and second inlet opening 201, 2011 of the mixing chamber 20: A 2 o , b 2on e ä A 2O I + A 2 on.
  • the fluidic component 10 has a volume Vi 0 of approximately 0.67 mm 3 .
  • the volume Vi 0 is defined as the space through which the first fluid 7 can flow between the inlet opening 101 of the fluidic component 10 and the outlet opening 102 of the fluidic component 10 .
  • the main flow channel 103 of the fluidic component 10 has a volume V103 of approximately 0.32 mm 2 .
  • the volume V 2 o of the mixing chamber 20 is approximately 1.68 mm 3 .
  • the volume V 2 o is defined as the space through which the first fluid 7, the second fluid 8 or the generated fluid mixture 9 flows between the first and the second inlet opening 201, 2011 of the mixing chamber 20 on the one hand and the outlet opening 202 of the mixing chamber 20 on the other hand can.
  • the inlet openings 201, 2011 and the outlet opening 202 are each defined where the cross-sectional area (transverse to the fluid flow direction) of the mixing chamber 20, which the fluid flow passes through when it enters the mixing chamber 20 and exits the mixing chamber 20, respectively, is smallest .
  • the volume includes V 2 o in particular not the space upstream of said smallest cross-sectional area, in which only one of the fluids 7, 8 of the mixing chamber 20 is supplied.
  • the volume V20 also does not include the space downstream of said smallest cross-sectional area, in which the fluid mixture 9 is discharged.
  • the volume V 4 o of the complete first supply device 40 is approximately 1.017 mm 3 .
  • the volume V 4 o is defined as the space through which the first fluid 7 can flow between the upstream end of the inlet channel 1614 and the outlet opening 102 of the fluidic component 10 . It is advantageous for the mixing result if the volume V 2 o of the mixing chamber 20 is greater than the volume V 40 of the feed device 40: V 2 o >V 40 . or V 2 o > V 4 o > V1 0 > V1 03 .
  • the specific volume information given above relates to a variant of the device 1 from FIG.
  • FIG. 13 shows a sectional representation of the device 1 from FIG. 12 along the line D'-D".
  • a cover element 60 and an optional seal 70 are also shown, each of which extends in a plane parallel to the plane of oscillation and is arranged on the side of the device 1 which faces away from the second inlet opening 2011 .
  • the cover element 60 is shown here only in section, but extends over the entire device 1. For the sake of clarity, between the cover element 60, the seal 70 and the body 2 of the device 1, in which the fluid-carrying functional elements 40, 50, 20, 30 are formed, shown distances, which actually are not present.
  • the cover element 60 seals the fluid-carrying functional elements 40, 20, 30 from the environment.
  • the inlet channel 1614 upstream of the inlet opening 101 of the fluidic component 10 the supply channel 2014 opening into the second inlet opening 2011 of the mixing chamber 20 and the outlet channel 3024 of the interaction channel 30 are designed as bores perpendicular to the oscillation plane in the body 2. In principle, however, these bores can be formed in the cover element 60 as an alternative or in addition.
  • the body 2 and the cover element 60 are designed in one piece, with the fluid-carrying functional elements being incorporated into a block of material.
  • this configuration is also possible for the embodiment of FIGS.
  • the seal 70 can be made of an elastic material.
  • the use of an elastic material is advantageous in particular in applications of the device 1 in which an inlet pressure PI O IN of more than 5 bar is applied to the first supply device 40 (specifically at the inlet channel 1614).
  • the embodiment of the device 1 shown in Figures 12 and 13 can be used, for example, with an inlet pressure PI O I N at the inlet channel 1614 of 0.5 bar to 90 bar (first fluid 7) and with an inlet pressure P201 N at the supply channel 2014 of 0.5 bar to 90 bar (second fluid 8) are operated.
  • Typical inlet pressures are in the range between 0.75 bar and 65 bar. If the device 1 from FIGS. 12 and 13 is used in a method for producing lipid nanoparticles, input pressures PIOIN, P201N between 1 bar and 30 bar can be set in this method. Typical inlet pressures are in the range between 2 bar and 6 bar.
  • a supply channel 2014 is formed directly upstream (with respect to the second fluid flow direction F2) of the second inlet opening 2011 of the mixing chamber 20 .
  • the feed channel 2014 is designed as a cylindrical bore and has a diameter d2oi4 which corresponds to the width b2on of the second inlet opening 2011 .
  • the diameter d2oi4 can also be different from the width b2on.
  • the second inlet opening 2011 has a sharp edge. In principle, this can also be designed differently, for example with a chamfer or a radius. However, it is particularly advantageous for the second inlet opening 2011 to have sharp edges and no burrs.
  • the supply channel 2014 can be fluidically connected to a piece of pipe 204 or a hose (FIG. 13).
  • the diameter of the piece of pipe 204 or the hose is larger than that of the supply channel 2013. This creates a step 2020 in the transition area, which is designed with sharp edges in FIG.
  • the transition between the piece of pipe 204 or hose and the supply channel 2014 can also be designed to be fluent (stepless) or a chamfer can be formed at the step 2020 .
  • the supply channel 2014 (or the piece of pipe 204 connected to it) encloses an angle ⁇ and an angle h with the plane of oscillation.
  • the angle ß is measured in a plane that runs parallel to the longitudinal axis L and perpendicular to the plane of oscillation.
  • the angle h is measured in a plane that is perpendicular to the longitudinal axis L and perpendicular to the plane of oscillation.
  • Size information for the angles ß and h in the embodiment of Figures 1 to 4 also apply to the embodiment of Figures 12 and 13.
  • the aforementioned geometric relationships for the device 1 end with the supply channel 1614 and the supply channel 2014 as well as with the outlet channel 3024 and include, in particular, fluid supply devices that are to be connected to the supply channel 1614 and the supply channel 2014, and devices for collecting the flow through the outlet channel 3024 dispensed fluid mixture is not included.
  • the feed channel 2014 has a length h2c, which is marked in FIG.
  • the length h2cm is at least 2.5 times the width b2on: h2cm ä 2.5 c b2on. Particularly preferred is h2oi4 - 4.2 c b2on applies.
  • the heights hm and h2o are constant over the entire extent of the fluidic component 10 or the mixing chamber 20 and are 0.3 mm.
  • the height hio2 at the outlet opening 102 of the fluidic component is therefore also 100.3 mm.
  • the dimensions bio2 and hio2 assume the same value of 0.3 mm and thus form Ai min .
  • the terms height h and depth h each designate the extent transverse to the plane of oscillation and are therefore used synonymously in this application.
  • the fluid mixture 9 produced can have a total volume flow V 9 of 10 ml/min to 90 ml/min (measurable in the outlet channel 3024).
  • the first fluid 7 can have a volume fraction of 75% and the second fluid 8 can have a volume fraction of 25%.
  • a total volume flow V 9 of 10 ml/min to 90 ml/min occurs at input pressures P IOIN and P201N at the inlet channel 161 or at the supply channel 2013 of 2 bar to 6 bar, and vice versa.
  • the device 1 makes it possible to set the volume flow of the first fluid 7, the volume flow of the second fluid 8, the total volume flow V 9 of the fluid mixture and the input pressures PIOIN, P201N over a large process range without the quality of the fluid mixture 9 or the particles produced changes significantly. Furthermore, the device 1 is relatively insensitive to pressure pulsations of the first and second fluid, so that the method that the device 1 uses to produce a fluid mixture is also relatively is insensitive to the pressure pulsations mentioned. Pressure pulsations are generated, for example, by pressure increasing devices that are used, for example, in the method from FIG. 10 (FIG. 15) in method steps P2.1 and P2.2 (V2.1 and V2.2 and optionally V2.3 to V2.5).
  • the volume flows of the first and second fluids can be changed by changing the width bi 0 2 and/or the height hi 0 2 of the outlet opening 102 of the fluidic component 10 while the input pressures PI 0 IN , P201 N remain the same.
  • E102 can also be non-1.
  • the device 1 Various embodiments of the device 1 are described above, with specific geometric dimensions (length, width, height, depth, diameter) being specified for individual embodiments. These relate to a specific variant of the respective embodiment of the device 1. Depending on the desired application, the device 1 can be scaled, with the essential proportions of the geometric dimensions that are specified for the specific variant being retained. Depending on the mixing task, individual geometric dimensions can be adjusted accordingly.
  • Figure 15 shows schematically the sequence of a method according to the invention for mixing at least two fluids and for generating a fluid mixture 9, which comprises the at least two fluids.
  • the device 1 can be used in the embodiment of Figures 12 and 13.
  • the device 1 according to one of the other embodiments can also be used.
  • the starting materials used for the process can be present in gaseous or solid form at room temperature.
  • the input materials can then be converted into the desired fluid form by tempering and/or adjusting the input pressure before and/or in the device 1, so that they are preferably in liquid form for the mixing process in the mixing chamber 20 and also in the fluidic component 10 present.
  • Process steps shown in dotted boxed boxes in Figure 15 are optional only.
  • the first method steps V1.1 and V1.2 and optionally V1.3, V1.4 and V1.5 are carried out in parallel.
  • the first fluid 7 and the second fluid 8 (or components thereof) and three other fluids (if used) are present in separate form.
  • the volume flow of the fluids used (and the volume flow ratios) is adjusted.
  • the mixing ratio and in the event that particles are produced during the mixing process, possibly also the particle size
  • the size of the particles produced can be adjusted by changing the volume flow ratios of the fluids used without significantly changing the monodispersity of the particle size distribution (ie polydispersity index close to 0) achieved using the device 1 according to the invention.
  • the mixing ratio can be set to 75% by volume for the first fluid 7 in step V1.1 and 25% by volume for the second fluid 8 in step V1.2.
  • the first fluid 7 includes an aqueous mRNA solution and the second fluid 8 includes a lipid mixture.
  • the total volume flow Vg can be 10 ml/min, with a constant volume flow V7 of 7.5 ml/min for the first fluid 7 and a constant volume flow Vs of 2.5 ml/min for the second fluid 8. min is set.
  • the three other fluids can include, for example, an organic solvent whose volume flow is set in method step V1.4. Provision can be made for the organic solvent to be removed again in a later process step.
  • the input pressure PI 0 I N of the first fluid 7 (or Components thereof) and the inlet pressure P 2 OIN of the second fluid 8 (or components thereof) are set.
  • the inlet pressure PI 0 I N of the first fluid 7 is the pressure at which the first fluid enters the flow chamber 100 of the fluidic component 10 (first supply device 40) via the inlet opening 101 .
  • the inlet pressure P 2 OIN of the second fluid 8 is the pressure at which the second fluid enters the second supply device 50 .
  • the input materials used can be tempered if necessary.
  • the inlet pressure can be adjusted to give the inlet materials the required physical properties. For example, the viscosity of the input materials can be adjusted. Depending on the type, temperature and/or inlet pressure may vary of the input materials have an influence on the mixing ratio or the result of the mixing process.
  • the third method step V3 is optional.
  • the first fluid 7 or the second fluid 8 can be produced by mixing the fluids treated in V1.2 and V1.3 as well as V2.2 and V2.3, provided these do not already represent the first or second fluid.
  • the device according to the invention can be used for method step V3. In principle, however, other mixing devices can also be used for method step V3.
  • the first and the second fluid 7, 8 and optionally further fluids are fed into the first or second supply device 40, 50, respectively.
  • the flow properties are adjusted in method steps V4.1 and V4.2 and optionally V4.3 and V4.4.
  • an oscillation of the first fluid 7 is generated with the aid of the fluidic component 10 .
  • the oscillation frequency is generally higher than 100 Hz.
  • the oscillation angle of the first fluid can be at least 5°, preferably at least 25°, particularly preferably at least 40°.
  • An oscillation angle between 25° and 50°, in particular between 30° and 45°, is suitable for many applications.
  • a typical maximum value for the oscillation angle is 75°.
  • the use of a first supply device 40 (in particular a fluidic component 10) according to FIGS. 1 to 7 and 12 and 13 has the advantage that unwanted pressure fluctuations that can arise in the second method steps can be dampened, so that the method is relatively insensitive to such pressure fluctuations.
  • a (quasi) stationary second fluid jet 8 is generated and accelerated in the second supply device 50 with the aid of the associated pump device.
  • a reduction in the speed of the second fluid 8 can be advantageous.
  • the second fluid 8 it is also possible for the second fluid 8 to oscillate in method step V4.2 with the aid of the second supply device 50 .
  • the second supply device 50 is to be provided with a fluidic component 10 similar to that of the first supply device 40.
  • Method step V5 includes the combination and interaction of the first and second fluids in the mixing chamber 20 and corresponds to method step P4 from Figure 10.
  • method step V5 the components of the fluid mixture 9 interact with one another, which, for example, leads to precipitation reactions or particle growth (if during the mixing process V5 particles are formed) leads.
  • at least one further fluid for example from V4.3, can be combined with the first and second fluid, for example in order to initiate a chemical reaction.
  • the method can be carried out using the device 1 from FIG.
  • method step V9 can take place directly, in which the fluid mixture 9 produced is removed from the device 1.
  • One or more intermediate steps V6, V7 and/or V8 can be provided between method steps V5 and V9.
  • the components of the fluid mixture 9 can interact with one another beyond V5.
  • Method step V6 takes place in the interaction channel 30 (specifically provided for this method step), which is connected to the mixing chamber 20 downstream. In the interaction channel 30, the mixing can be improved and/or the size of the particles produced can be adjusted
  • Method step V7 can optionally follow method step V5 or V6.
  • This provides that the fluid mixture 9 produced (with or without particles) is mixed with another medium (fluid), e.g. from V4.4, for the purpose of dilution, for example.
  • the medium can be chosen depending on the nature of the fluid mixture being created. This can be beneficial for further processing, for example when nanoparticles have been produced.
  • Method step V8 can optionally follow method step V5, V6 or V7, in which the fluid mixture produced is post-processed.
  • the post-processing can be, for example, counting the number of particles produced, measuring the size of the particles produced or checking the quality of the particles produced in the fluid mixture 9 .
  • Dialysis (processing) and/or a filter process are also conceivable.
  • the final method step is V9, in which the fluid mixture 9 produced is removed from the device 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches umfassend - eine Mischungskammer (20) mit einer ersten Einlassöffnung(201), über die ein erstes Fluid (7) in die Mischungskammer (20) einleitbar ist, einer zweiten Einlassöffnung (2011), über die ein zweites Fluid (8) in die Mischungskammer (20) einleitbar ist, und einer Auslassöffnung (202), über die das Fluidgemisch (9) umfassend das erste Fluid (7) und das zweite Fluid (8) ableitbar ist, - eine erste Zufuhrvorrichtung (40), die fluidisch mit der Mischungskammer (20) über die erste Einlassöffnung (201) verbunden und ausgebildet ist, das erste Fluid (7) entlang einer ersten Fluidstromrichtung (F1) in die Mischungskammer (20) zu leiten, und - eine zweite Zufuhrvorrichtung (50), die fluidisch mit der Mischungskammer (20) über die zweite Einlassöffnung (2011) verbunden und ausgebildet ist, das zweite Fluid (8) entlang einer zweiten Fluidstromrichtung (F2) in die Mischungskammer (20) zu leiten. Die erste Zufuhrvorrichtung (40) umfasst ein fluidisches Bauteil (10), welches eine Auslassöffnung (102), die mit der ersten Einlassöffnung (201) der Mischungskammer (20) fluidisch verbunden ist, und mindestens ein Mittel (104a, 104b) zur gezielten Richtungsänderung des ersten Fluids (7), das das fluidische Bauteil (10) durchströmt, insbesondere zur Ausbildung einer räumlichen Oszillation dieses Fluids (7) an der Auslassöffnung (102), aufweist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines
Fluidgemisches
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches sowie ein entsprechendes Verfahren. Die Erzeugung von Fluidgemischen spielt beispielsweise in der Chemie, Mikrobiologie, Biochemie, Pharmazie, Medizintechnik und der Lebensmitteltechnik eine wichtige Rolle. Dabei spielt insbesondere eine Rolle, dass das erzeugte Fluidgemisch definierte Eigenschaften aufweist. Wenn bei einem Mischvorgang beispielsweise Partikel (im Nanometerbereich) entstehen, so wird häufig eine spezifische Partikelgröße verbunden mit einer definierten Größenverteilung angestrebt. Auch die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren sind zur Erzeugung von (Nano) Partikeln geeignet.
Aus dem Stand der Technik sind zur Erzeugung von Fluidgemischen beziehungsweise (Nano)partikeln mikrofluidische Systeme bekannt, die im Nanolitermaßstab arbeiten und präzise Kontrolle von Temperatur, Verweilzeit und Konzentrationen gelöster Stoffe erfordern. Diese Systeme weisen Strömungskanäle auf, die bezogen auf ihren Querschnitt eine große Länge haben, so dass der strömungstechnische Widerstand verhältnismäßig hoch ist. Diese Systeme sind einerseits teuer und anderseits anfällig für Verstopfungen. Auch kann eine Anwendung dieser Systeme in der Massenproduktion schwierig bis unmöglich sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches zu schaffen, die weniger störanfällig und auch für die Massenproduktion von Fluidgemischen beziehungsweise Partikeln mit definierten Eigenschaften geeignet sind. Insbesondere besteht die Aufgabe auch darin, mit derselben Mischungstechnologie Fluide sowohl im Labormaßstab (d.h. wenige Nanoliter pro Minute) als auch in der Massenproduktion (d.h. mehrere Liter pro Minute) zu vermischen und ein Fluidgemisch zu erzeugen.
Die erzeugten Fluidgemische können beispielsweise Lösungen zur parenteralen Ernährung, oder Medikamente zu oralen oder topischen Anwendung sein. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Danach umfasst die Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches zunächst eine Mischungskammer mit einer ersten Einlassöffnung, über die ein erstes Fluid in die Mischungskammer einleitbar ist, einer zweiten Einlassöffnung, über die ein zweites Fluid in die Mischungskammer einleitbar ist, und einer Auslassöffnung, über die das Fluidgemisch umfassend das erste Fluid und das zweite Fluid ableitbar ist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine erste Zufuhrvorrichtung, die fluidisch mit der Mischungskammer über die erste Einlassöffnung verbunden und ausgebildet ist, das erste Fluid entlang einer ersten Fluidstromrichtung in die Mischungskammer zu leiten, und eine zweite Zufuhrvorrichtung, die fluidisch mit der Mischungskammer über die zweite Einlassöffnung verbunden und ausgebildet ist, das zweite Fluid entlang einer zweiten Fluidstromrichtung in die Mischungskammer zu leiten.
Dabei umfasst die erste Zufuhrvorrichtung ein fluidisches Bauteil, das eine Auslassöffnung aufweist, die mit der ersten Einlassöffnung der Mischungskammer fluidisch verbunden ist. Insbesondere kann die Auslassöffnung des fluidischen Bauteils der ersten Einlassöffnung der Mischungskammer entsprechen.
Das fluidische Bauteil zeichnet sich durch mindestens ein Mittel zur gezielten Richtungsänderung des ersten Fluids, das das fluidische Bauteil durchströmt, aus. Zur gezielten Richtungsänderung können alternierende Wirbel, z.B. erzeugt durch kollidierende Fluidströme innerhalb des fluidischen Bauteils oder durch einen Störkörper innerhalb des fluidischen Bauteils, verwendet werden. Bei dieser Art der Mittel zur Erzeugung der gezielten Richtungsänderung muss ausreichend Platz für die Erzeugung und den anschließenden Abbau der Wrbelstrukturen vorgesehen werden. Insbesondere ist dieses mindestens eine Mittel zur Ausbildung einer räumlichen Oszillation des ersten Fluids an der Auslassöffnung vorgesehen und ausgebildet.
Das erste Fluid wird somit nicht als (quasi)stationärer Strom in die Mischungskammer geleitet, sondern als oszillierender Fluidstrom. Neben einer longitudinalen Strömungskomponente weist das erste Fluid auch eine laterale Strömungskomponente auf, die sich zeitlich verändert. Dadurch können in der Mischungskammer Turbulenzen erzeugt werden, so dass in der Mischungskammer eine hohe Mischungsqualität erreicht werden kann. Die Vorrichtung zeichnet sich also dadurch aus, dass das erste Fluid schwingend bzw. dynamisch aus der ersten Zufuhrvorrichtung in die Mischungskammer eintritt. Dadurch erhält das erste Fluid eine sich ständig ändernde Strömungsgeschwindigkeitskomponente quer zu seiner Hauptströmungsrichtung. Das in die Mischungskammer eintretende, oszillierende erste Fluid kann dabei eine Reynolds- Zahl von mehr als 600, ungefähr 1000 oder sogar von mehr als 1000 aufweisen. Die Schwingungsfrequenz des oszillierenden ersten Fluids kann mindestens 100 Hz betragen, typischerweise über 2000 Hz.
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass der Strömungswiderstand verhältnismäßig gering ist. Daher kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für Mischprozesse von minimalen Mengen zum Beispiel im Mikroliterbereich als auch für Mischprozesse in der Massenproduktion (zum Beispiel mit mehreren Litern pro Minute) verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das fluidische Bauteil eine Strömungskammer umfasst, die neben der bereits erwähnten Auslassöffnung auch eine Einlassöffnung aufweist und von dem ersten Fluid durchströmbar ist, das durch die Einlassöffnung in die Strömungskammer eintritt und durch die Auslassöffnung aus der Strömungskammer austritt. Gemäß einer Ausführungsform können die Einlassöffnung und die Auslassöffnung des fluidischen Bauteils unterschiedlich große Breiten aufweisen. Insbesondere weist die Strömungskammer einen Hauptstromkanal, der die Einlassöffnung der Strömungskammer (beziehungsweise des fluidischen Bauteils) und die Auslassöffnung der Strömungskammer (beziehungsweise des fluidischen Bauteils) miteinander verbindet, und mindestens einen Nebenstromkanal als Mittel zur gezielten Richtungsänderung des ersten Fluids auf. Auf bewegliche Komponenten zur Erzeugung der Oszillation kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verzichtet werden, so dass hierdurch bedingte Kosten und Aufwendungen nicht anfallen. Zudem ist durch den Verzicht auf bewegliche Komponenten die Vibrations- und Geräuschentwicklung relativ gering.
Als Mittel zur gezielten Richtungsänderung des ersten Fluids kann die Strömungskammer den bereits erwähnten mindestens einen Nebenstromkanal aufweisen. Der Nebenstromkanal ist von einem Teil des ersten Fluids, dem Nebenstrom, durchströmbar. Der Teil des ersten Fluids, der nicht in den Nebenstromkanal eintritt sondern aus dem fluidischen Bauteil austritt, wird als Hauptstrom bezeichnet. Der mindestens eine Nebenstromkanal kann einen Eingang, der sich in der Nähe der Auslassöffnung des fluidischen Bauteils befindet, und einen Ausgang aufweisen, der sich in der Nähe der Einlassöffnung des fluidischen Bauteils befindet. Der mindestens eine Nebenstromkanal kann entlang der ersten Fluidstromrichtung (von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung) betrachtet neben (nicht hinter oder vor) dem Hauptstromkanal angeordnet sein. Insbesondere können zwei Nebenstromkanäle vorgesehen sein, die sich (entlang der ersten Fluidstromrichtung betrachtet) seitlich neben dem Hauptstromkanal erstrecken, wobei der Hauptstromkanal zwischen den beiden Nebenstromkanälen angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nebenstromkanäle und der Hauptstromkanal in einer Reihe quer zur ersten Fluidstromrichtung angeordnet und erstrecken sich jeweils entlang der ersten Fluidstromrichtung.
Vorzugsweise wird der mindestens eine Nebenstromkanal durch einen Block von dem Hauptstromkanal getrennt. Dieser Block kann unterschiedliche Formen aufweisen. So kann sich der Querschnitt des Blocks entlang der ersten Fluidstromrichtung (von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung) betrachtet verjüngen. Zudem kann der Block abgerundete Kanten aufweisen. Scharfe Kanten können an dem Block insbesondere in der Nähe der Einlassöffnung und/oder der Auslassöffnung vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann der mindestens eine Nebenstromkanal eine größere oder kleinere Tiefe als der Hauptstromkanal aufweisen. (Die Tiefe ist dabei die Ausdehnung quer zur Oszillationsebene des ersten Fluids.) Hierdurch kann Einfluss auf die Oszillationsfrequenz des aus dem fluidischen Bauteil austretenden ersten Fluids genommen werden. Durch eine Reduktion der Bauteiltiefe im Bereich des mindestens einen Nebenstromkanals (im Vergleich zum Hauptstromkanal) sinkt die Oszillationsfrequenz, wenn die übrigen Parameter im Wesentlichen unverändert bleiben. Entsprechend steigt die Oszillationsfrequenz, wenn die Bauteiltiefe im Bereich des mindestens einen Nebenstromkanals (im Vergleich zum Hauptstromkanal) erhöht wird und die übrigen Parameter im Wesentlichen unverändert bleiben.
Eine weitere Möglichkeit, die Oszillationsfrequenz des aus dem fluidischen Bauteil austretenden ersten Fluids zu beeinflussen, kann durch mindestens einen Separator geschaffen werden, der vorzugsweise am Eingang des mindestens einen Nebenstromkanals vorgesehen ist. Der Separator unterstützt die Abspaltung des Nebenstroms von dem Strom des ersten Fluids. Dabei ist unter einem Separator ein (quer zu der in dem Nebenstromkanal vorherrschenden Strömungsrichtung) am Eingang des mindestens einen Nebenstromkanals in die Strömungskammer hineinragendes Element zu verstehen. Der Separator kann als eine Verformung (insbesondere eine Einbuchtung) der Nebenstromkanalwand oder als ein anderweitig ausgebildeter Vorsprung vorgesehen sein. So kann der Separator (kreis)kegelförmig oder pyramidal ausgebildet sein. Die Verwendung eines solchen Separators ermöglicht neben der Beeinflussung der Oszillationsfrequenz, auch den sogenannten Oszillationswinkel zu variieren. Der Oszillationswinkel ist der Winkel, den der oszillierende Fluidstrahl (zwischen seinen beiden maximalen Auslenkungen) überstreicht. Sind mehrere Nebenstromkanäle vorgesehen, so kann für jeden der Nebenstromkanäle oder nur für einen Teil der Nebenstromkanäle ein Separator vorgesehen sein.
Die Querschnittsfläche der einzelnen Ein- und Auslassöffnungen der Vorrichtung kann eine beliebige Form, wie beispielsweise quadratisch, rechteckig, polygonal, rund, oval usw. haben.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Zufuhrvorrichtung und die erste Einlassöffnung der Mischungskammer einerseits und die zweite Zufuhrvorrichtung und die zweite Einlassöffnung der Mischungskammer andererseits derart zueinander angeordnet, dass die erste Fluidstromrichtung und die zweite Fluidstromrichtung einen Wnkel von 0° bis 90° einschließen. Vorzugsweise liegt dieser Wnkel in einem Bereich von 35° bis 55°. Insbesondere bevorzugt ist ein Wnkel von im Wesentlichen 45°. Hierdurch kann die Mischungsqualität und die Mischungsweglänge beziehungsweise die Mischungsdauer positiv beeinflusst werden. Aus fertigungstechnischen Gründen kann der Winkel auch im Wesentlichen 90° betragen.
Sofern das Mittel zur gezielten Richtungsänderung des ersten Fluids ausgebildet ist, eine Oszillation des ersten Fluids in einer Oszillationsebene herbeizuführen, können die zweite Zufuhrvorrichtung und die zweite Einlassöffnung der Mischungskammer derart angeordnet sein, dass die zweite Fluidstromrichtung und die Oszillationsebene des ersten Fluids in einer Ebene quer zur ersten Fluidstromrichtung einen Wnkel einschließen, der 30° bis 150° beträgt. Vorzugsweise beträgt dieser Wnkel im Wesentlichen 90°.
Die Mischungskammer kann eine Längsachse aufweisen, die so definiert ist, dass sie sich entlang der ersten Fluidstromrichtung erstreckt. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Querschnittsfläche der Mischungskammer quer zur Längsachse entlang der Längsachse ändert. So kann die Querschnittsfläche über den Verlauf der Längsachse der Mischungskammer größer und/oder kleiner werden. Die Größenentwicklung der Querschnittsfläche kann dabei insbesondere so gestaltet sein, dass die Ausbildung sogenannter Totwassergebiete in der Mischungskammer vermieden werden kann. Beispielsweise kann die Querschnittsfläche ausgehend von der ersten Einlassöffnung der Mischungskammer in einem stromaufwärtigen Endabschnitt der Mischungskammer mit zunehmendem Abstand von der ersten Einlassöffnung zunehmen und/oder in einem stromabwärtigen Endabschnitt der Mischungskammer mit zunehmendem Abstand von der ersten Einlassöffnung abnehmen. Der stromaufwärtige Endabschnitt kann so einen (sich stromabwärts erweiternden) Einlasskanal der Mischungskammer bilden, und der stromabwärtige Endabschnitt einen (sich stromabwärts verjüngenden) Auslasskanal. Dabei kann sich der Auslasskanal unmittelbar an den Einlasskanal anschließen. Alternativ kann zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal ein Zwischenabschnitt der Mischungskammer vorgesehen sein, in dem die Querschnittsfläche der Mischungskammer im Wesentlichen konstant ist.
Sofern das Mittel zur gezielten Richtungsänderung des ersten Fluids ausgebildet ist, eine Oszillation des ersten Fluids in einer Oszillationsebene herbeizuführen, kann die Ausdehnung der Mischungskammer in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse ausgehend von der ersten Einlassöffnung der Mischungskammer in dem Einlasskanal mit zunehmendem Abstand von der ersten Einlassöffnung zunehmen beziehungsweise kann die Ausdehnung der Mischungskammer in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse in dem Auslasskanal mitzunehmendem Abstand von der ersten Einlassöffnung abnehmen. In dem Einlasskanal schließen die Begrenzungswände der Mischungskammer (in der Oszillationsebene betrachtet) somit einen Winkel ein, der sich vorzugsweise an dem Oszillationswinkel des oszillierenden ersten Fluids orientiert. Dieser Winkel kann bis zu 10° geringer oder bis zu 10° größer als der Oszillationswinkel sein oder einen Wert zwischen diesen beiden Werten annehmen. Besonders bevorzugt ist, wenn dieser Winkel bis zu 5° geringer oder bis zu 5° größer als der Oszillationswinkel ist oder einen Wert zwischen diesen beiden Werten annimmt. Somit kann vermieden werden, dass die Oszillation des ersten Fluids in der Mischungskammer nachteilig beeinflusst wird. Der Oszillationswinkel des ersten Fluids kann mindestens 5°, vorzugsweise mindestens 25°, insbesondere bevorzugt mindestens 40° betragen. Für viele Anwendungsfälle ist ein Oszillationswinkel zwischen 25° und 50°, insbesondere zwischen 30°und 45° geeignet. Ein typischer Maximalwert für den Oszillationswinkel ist 75°. Auch in dem Auslasskanal schließen die Begrenzungswände der Mischungskammer (in der Oszillationsebene betrachtet) einen Winkel ein, der vorzugsweise kleiner ist als der Winkel zwischen den Begrenzungswänden der Mischungskammer im Einlasskanal. Besonders bevorzugt ist der Winkel des Auslasskanals bis zu 15° kleiner als der Winkel des Einlasskanals ist. Zusätzlich kann auch die Ausdehnung der Mischungskammer quer zur Oszillationsebene in dem Einlasskanal mit zunehmendem Abstand von der ersten Einlassöffnung zunehmen beziehungsweise kann die Ausdehnung der Mischungskammer quer zur Oszillationsebene in dem Auslasskanal mit zunehmendem Abstand von der ersten Einlassöffnung abnehmen.
Die (relative) Größe von Einlasskanal und Auslasskanal der Mischungskammer können in Abhängigkeit der Anwendung gestaltet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Einlassöffnung der Mischungskammer gegenüber der ersten Einlassöffnung der Mischungskammer entlang der Längsachse der Mischungskammer versetzt. Vorzugsweise ist die zweite Einlassöffnung dabei innerhalb des Einlasskanals (also in einer Begrenzungswand des Einlasskanals) ausgebildet. Entlang der Längsachse betrachtet kann der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Einlassöffnung mindestens der halben Breite der ersten Einlassöffnung der Mischungskammer entsprechen, wobei die Breite parallel zur Oszillationsebene des ersten Fluids und quer zur Längsachse der Mischungskammer definiert ist.
Die erste Einlassöffnung und die Auslassöffnung der Mischungskammer können auf einander gegenüberliegenden Seiten der Mischungskammer ausgebildet sein. So kann die erste Einlassöffnung das stromaufwärtige Ende der Mischungskammer bilden, und die Auslassöffnung das stromabwärtige Ende. Insbesondere können die erste Einlassöffnung und die Auslassöffnung auf der Längsachse liegen.
Ferner ist denkbar, dass die Mischungskammer ein Volumen aufweist, das größer ist als das Volumen des fluidischen Bauteils beziehungsweise der Strömungskammer des fluidischen Bauteils. Dabei können insbesondere sowohl die Breite (Ausdehnung quer zur Längsachse der Mischungskammer und in der Oszillationsebene des ersten Fluids) als auch die Länge (Ausdehnung entlang der Längsachse) der Mischungskammer größer sein als die Breite (Ausdehnung quer zur ersten Fluidstromrichtung und in der Oszillationsebene des ersten Fluids) beziehungsweise Länge (Ausdehnung entlang der ersten Fluidstromrichtung) der Strömungskammer des fluidischen Bauteils. Durch dieses Volumenverhältnis kann vermieden werden, dass in der Mischungskammer ein unerwünscht hoher Druck aufgebaut wird. Alternativ kann das Volumen der Mischungskammer kleiner sein als das Volumen der Strömungskammer des fluidischen Bauteils. Hierbei können die Breite und/oder die Länge der Mischungskammer kleiner sein als die Breite beziehungsweise Länge der Strömungskammer des fluidischen Bauteils.
Hinsichtlich der zweiten Zufuhrvorrichtung kann vorgesehen sein, dass diese vorgesehen und ausgebildet ist, das zweite Fluid als (quasi)stationären Strom in die Mischungskammer zu leiten. So kann die zweite Zufuhrvorrichtung beispielsweise als Rohr ausgebildet sein, dessen Längsachse (beziehungsweise dessen stromabwärtiger länglicher Endabschnitt) die zweite Fluidstromrichtung des Fluids vorgibt. Mittels einer Pumpvorrichtung kann das zweite Fluid durch das Rohr und die zweite Einlassöffnung in die Mischungskammer geleitet werden.
Alternativ kann die zweite Zufuhrvorrichtung (wie bereits die erste Zufuhrvorrichtung) ebenfalls ein fluidisches Bauteil umfassen. Dieses fluidische Bauteil kann nach demselben Prinzip arbeiten wie das fluidische Bauteil der ersten Zufuhrvorrichtung. So kann es mindestens ein Mittel zur gezielten Richtungsänderung des zweiten Fluids, das das fluidische Bauteil durchströmt, insbesondere zur Ausbildung einer räumlichen Oszillation dieses Fluids an der Auslassöffnung aufweisen. Auch die übrigen Merkmale des fluidischen Bauteils der ersten Zufuhrvorrichtung sind auf das fluidische Bauteil der zweiten Zufuhrvorrichtung übertragbar. In der Mischungskammer treffen somit ein erstes oszillierendes Fluid und eine zweites oszillierendes Fluid aufeinander. Das fluidische Bauteil der zweiten Zufuhrvorrichtung kann einen kleineren Oszillationswinkel als das fluidische Bauteil der ersten Zufuhrvorrichtung aufweisen. Auch können beide Oszillationswinkel gleich groß sein.
Der ersten und der zweiten Zufuhrvorrichtung kann das erste beziehungsweise zweite Fluid jeweils mit Hilfe einer Pumpvorrichtung zugeführt werden. Vorzugsweise liefern die Pumpvorrichtungen konstante Volumenströme. Beispielsweise können die Pumpvorrichtungen als Spritzenpumpen oder als Umlagepumpen ausgebildet sein. Alternativ zu Spritzenpumpen können HPLC Pumpen oder Membranpumpen eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung neben der bereits erwähnten (ersten) Mischungskammer eine zweite Mischungskammer auf. Die zweite Mischungskammer umfasst (wie bereits die erste Mischungskammer) eine erste Einlassöffnung, eine zweite Einlassöffnung und eine Auslassöffnung. Die zweite Mischungskammer ist fluidisch mit der ersten Mischungskammer verbunden. Insbesondere schließt sich die zweite Mischungskammer stromabwärts an die Auslassöffnung der ersten Mischungskammer an. Dabei kann die erste Einlassöffnung der zweiten Mischungskammer der Auslassöffnung der stromaufwärtigen ersten Mischungskammer entsprechen. Demnach sind die erste und die zweite Mischungskammer unmittelbar miteinander verbunden, und nicht unter Verwendung eines zusätzlichen (beispielsweise schlauchförmigen) Überleitungsstücks. Die zweite Mischungskammer kann dazu dienen, ein weiteres (drittes) Fluid in das in der ersten Mischungskammer erzeugten Fluidgemisch einzubringen. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet, um während des Mischvorgangs Partikel zu erzeugen, so können diese Partikel mit Hilfe der zweiten Mischungskammer schichtweise aufgebaut werden, wobei das dritte Fluid beispielsweise die äußerste Schicht der Partikel bildet. Die Merkmale der ersten (stromaufwärtigen) Mischungskammer in Bezug auf die relative Anordnung von erster und zweiter Einlassöffnung und auf die Form (Einlasskanal, Auslasskanal) sind auch auf die zweite Mischungskammer übertragbar. Das Volumen (sowie Breite und Länge) der zweiten Mischungskammer kann größer sein als bei der ersten Mischungskammer.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass sich an die Auslassöffnung der ersten Mischungskammer beziehungsweise der zweiten Mischungskammer stromabwärts ein Interaktionskanal anschließt, der mindestens eine Krümmung aufweist. Durch die mindestens eine Krümmung kann die Ausbildung sogenannter Totwassergebiete unterbunden werden. Der Interaktionskanal kann röhrenförmig gestaltet sein. Der Interaktionskanal kann der Fortsetzung des Mischvorgangs stromabwärts der Auslassöffnung der Mischungskammer dienen; und wenn bei dem Mischvorgang Partikel erzeugt werden, können diese (durch die Länge des Interaktionskanals kontrolliert) im Interaktionskanal wachsen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, die zu mischenden Fluide relativ kompakt in einem Winkel aufeinander treffen zu lassen. Dabei bewegt sich zumindesten das erste Fluid örtlich in einer Ebene hin und her, so dass das erste Fluid auch als oszillierend beschrieben werden kann. Das zweite Fluid kollidiert in einem Winkel mit dem bewegten (oszillierenden) Fluid. Um die Mischung besser zu kontrollieren und das erzeugte Fluidgemisch zu sammeln, ist es vorteilhaft, dass der Mischvorgang in einem relativ kleinen Volumen durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches. Das Verfahren wird unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt. Zur Durchführung des Verfahrens werden zunächst eine erfindungsgemäße Vorrichtung, ein erstes Fluids und ein zweites Fluid bereitgestellt. Das erste Fluid wird mit einem ersten Volumenstrom über die erste Zufuhrvorrichtung in die Mischungskammer eingeleitet. Gleichzeitig wird das zweite Fluid mit einem zweiten Volumenstrom über die zweite Zufuhrvorrichtung in die Mischungskammer eingeleitet. In der Mischungskammer wird dem ersten und zweiten Fluid Gelegenheit gegeben, sich zu vermischen und dabei gegebenenfalls Partikel zu bilden. Die Verweilzeit der Fluide in der Mischungskammer kann dabei je nach Anwendungsfall unterschiedlich ausfallen. Anschließend wird das Fluidgemisch umfassend das erste Fluid und das zweite Fluid aus der Mischungskammer über deren Auslassöffnung abgeleitet.
Sofern bei dem Mischvorgang Partikel erzeugt werden, so kann deren Größe sowie die Größenverteilung durch Wahl der chemischen Substanzen des ersten und zweiten Fluids, durch die Schwingungsfrequenz des ersten oszillierenden Fluids und durch die Geometrie der für den Mischvorgang verwendeten Vorrichtung beeinflusst werden.
Sofern sich stromabwärts ein Interaktionskanal an die Auslassöffnung der Mischungskammer anschließt, kann der Mischvorgang in dem Interaktionskanal fortgesetzt werden. Wenn bei dem Mischvorgang Partikel erzeugt wurden, können diese im Interaktionskanal weiter wachsen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Volumenstrom größer als der zweite Volumenstrom. Je nach Anwendung können der erste und der zweite Volumenstrom jedoch gleich groß sein. Denkbar ist, dass der erste Volumenstrom und der zweite Volumenstrom über die Dauer des Mischvorgangs jeweils konstant sind. Vorzugsweise werden das erste Fluid und das zweite Fluid während des Mischvorgangs jeweils kontinuierlich in die Mischungskammer eingeleitet.
Der Volumenstrom des ersten und zweiten Fluids wird durch Pumpvorrichtungen gesteuert, die das erste und zweite Fluid über die erste beziehungsweise Zufuhrvorrichtung in die Mischungskammer pumpen. Der Druck der eingeleiteten Fluide kann je nach Anwendung im Bereich einiger Millibar (mbar) bis hin zu mehreren hundert bar (gegenüber dem Umgebungsdruck) liegen. Für Anwendungen in der Massenproduktion kann der Eingangsdruck über 2 bar liegen. Bevorzugt ist ein Druckbereich zwischen 2 bar und 350 bar, insbesondere bevorzugt zwischen 10 bar und 220 bar.
Die verwendeten Fluide können entweder nur eine chemische Substanz umfassen oder eine Mischung aus zwei oder mehr chemischen Substanzen. Die Mischung kann auch ein Lösemittel enthalten. Das Verfahren kann unter Verwendung eines ersten Fluids und eines zweiten Fluids durchgeführt werden, die unterschiedlich sind. Die beiden unterschiedlichen Fluide können sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und/oder der Konzentration einzelner Bestandteile unterscheiden. Im Falle von Suspensionen können sich die beiden Fluide auch hinsichtlich der Partikelgröße unterscheiden. Denkbar ist jedoch auch, dass das erste Fluid und das zweite Fluid identisch sind, sich also hinsichtlich der genannten Eigenschaften nicht voneinander unterscheiden. Durch die in der Mischungskammer herrschenden Turbulenzen kann im Fall von identischen Suspensionen (als erstes und zweites Fluid) beispielsweise die Größe der Partikel in der Suspension variiert werden. Dabei kann auch Einfluss auf die Größenverteilung der Partikel oder auf die sogenannte Verkapselungsrate genommen werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren mit einer Flüssigkeit oder einer Suspension als erstes Fluid durchgeführt. Unter Suspension ist dabei ein Gemisch aus einer Flüssigkeit und darin verteilten Partikeln zu verstehen. Auch das zweite Fluid ist entweder eine Flüssigkeit oder eine Suspension. Denkbar ist jedoch auch, dass mindestens eines der Fluide gasförmig ist.
Das erste Fluid kann beispielsweise ein Lösemittel und eine pharmazeutische oder therapeutische Komponente umfassen. Das zweite Fluid kann eine Flüssigkeit sein, die geeignet ist, die pharmazeutische beziehungsweise therapeutische Komponente des ersten Fluids während des Mischvorgangs zu umschließen und in dem so erhaltenen Fluidgemisch als Träger oder Vehikel für die pharmazeutische beziehungsweise therapeutische Komponente zu fungieren. So ist denkbar, dass das erste Fluid eine Suspension ist, die eine Nukleinsäure umfasst, und dass das zweite Fluid eine Lipidmischung umfasst. Die Nukleinsäure kann DNA, RNA oder mRNA sein.
Die für das Verfahren eingesetzten Fluide können typischerweise wässrige Lösungen sein. Zudem können lipo- und hydrophile Hilfsstoffe (Emulgatoren, Tenside) sowie Lipide zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Triglyceride, Mono- und Diglyceride, Partialglyceride oder auch teilsynthetische bzw. synthetische Wachse. Ferner ist die Vorrichtung auch für den Einsatz von Polyethylenglycol (PEG) als erstes bzw. zweites Fluid geeignet.
Für manche Mischungsprozesse kann der Einsatz von wasserlöslichen und / oder nicht wasserlöslichen organischen Lösungsmittel (z.B. Ethanol) notwendig sein. Diese Lösungsmittel können als erstes bzw. zweites Fluid verwendet werden oder im ersten bzw. zweiten Fluid enthalten sein. In einem Verfahrensschritt zur Reinigung des erzeugten Fluidgemischs können diese Lösungsmittel größtenteils wieder entfernt werden.
Die hier vorgestellte Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und das Verfahren, das sich der Vorrichtung bedient, können für selbstorganisierende Strukturbildungsprozesse, mehrstufige Partikelbildungsprozesse, Kristallisationsprozesse, mehrstufige biochemische Strukturbildungsprozesse und für die Bildung und Beladung mehrschaliger Partikel, sowie für Ausfällungsprozesse und zur Erzeugung von Dispersionen (insbesondere Suspensionen und Emulsionen) eingesetzt werden. Ferner eignen sich die Vorrichtung und das Verfahren, um flüssigkristalline Nanopartikel, wie beispielsweise Kubosomen oder Hexosomen, zu erzeugen. Die erzeugten Substanzen können beispielsweise in der Pharmazie, der Verfahrenstechnik, der Kosmetik oder der Lebensmittelproduktion Anwendung finden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit Hilfe spanender oder abtragender Fertigungsverfahren, replikativer Verfahren, beispielsweise mittels Spritzguss, oder additiver Verfahren (3D Druck) gefertigt werden. Zur Fertigung sind ebenso Verfahren mit bestimmter Schneide (z.B. Fräsen) oder abtragende Verfahren (z.B. Funkenerodieren) geeignet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aus diversen Materialien gefertigt werden. Als Werkstoffe kommen Kunststoffe (PEEK, PVDF, COC), Metalle bzw. Legierungen (Edelstahl, Aluminium), Glas oder Keramik in Betracht.
Die Vorrichtung kann mit Hilfe eines Dichtsystems fluiddicht und druckfest ausgebildet sein. Das Dichtsystem kann eine direktdichtende Deckelstruktur, eine dichtende Zwischenstruktur oder eine konturfolgende, strukturierte Dichtung umfassen. Die Dichtflächen der direktdichtenden Deckelstruktur und der dichtenden Zwischenstruktur können vorteilhaft aus Materialien gefertigt sein, die eine Oberflächenrauheit Ra < 200 nm und eine Ebenheit E < 5 pm aufweisen. Besonders vorteilhaft ist eine Oberflächenrauheit Ra < 50 nm und eine Ebenheit E < 1 pm. Um Dichtflächen mit der angegebenen Rauheit bzw. Ebenheit zu schaffen, können die Oberflächeneigenschaften direkt erzeugt oder durch Nachbearbeitung (Schleifen, Polieren oder Ultrapräzisionsbearbeitung) eingestellt werden.
Fluidführende Bestandteile der Vorrichtung können eine definierte Oberflächenfeingestalt aufweisen, die das Strömungsverhalten der durch die Bestandteile strömenden Fluide günstig beeinflusst. So können die Materialien der fluidführenden Bestandteile eine Oberflächenrauheit Ra < 0,5 pm, besonders bevorzugt Ra < 0,38 pm, aufweisen, um die Anlagerung von Komponenten der Fluide an den fluidführenden Bestandteilen zu vermeiden. In einer Ausführungsform sind die Oberflächen der fluidführenden Bestandteile hydrophil mit einem Kontaktwinkel ß < 90 °. Als Kontaktwinkel wird der Winkel bezeichnet, den ein Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche eines Feststoffs zu dieser Oberfläche bildet. Die Oberflächeneigenschaften der fluidführenden Bestandteile können durch Auswahl des Werkstoffs (Edelstahl, PEEK oder COC) sowie mittels Oberflächenfunktionalisierung (Plasmabehandlung, chemische Funktionalisierung oder Mikrostrukturierung) eingestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 2-4 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung aus Figur 1 entlang der Linien A‘-A“, B‘-B“ beziehungsweise C‘-C“;
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Interaktionskanals gemäß einer Ausführungsform als Teil einer Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches;
Fig. 9 Auslenkung des oszillierenden ersten Fluids in Abhängigkeit von der Zeit bei Eintritt in die Mischungskammer der Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches;
Fig. 10 schematische Darstellung eines Verfahrens zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches; Fig. 11a)-c) Messwerte des mit dem Verfahren aus Figur 10 unter Verwendung der Vorrichtung aus Figur 5 gewonnenen Fluidgemischs bei verschiedenen Volumenströmen:
Fig. 12 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden und zum
Erzeugen eines Fluidgemisches gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 13 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung aus Figur 12 entlang der Linie D‘-
D“; und
Fig. 14 schematische Darstellung eines Verfahrens zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches.
In Figur 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Figuren 2 bis 4 zeigen jeweils eine Schnittdarstellung dieser Vorrichtung 1 entlang der Linien A‘-A“, B‘-B“ beziehungsweise C‘-C“.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Mischungskammer 20, eine erste Zufuhrvorrichtung 40, eine zweite Zufuhrvorrichtung 50 und einen Interaktionskanal 30.
Die Mischungskammer 20 bildet dabei das zentrale Element der Vorrichtung 1. Die Mischungskammer 20 weist eine erste Einlassöffnung 201, eine zweite Einlassöffnung 2011 und eine Auslassöffnung 202 auf. Über die erste Einlassöffnung 201 ist ein erstes Fluid 7 in die Mischungskammer 20 einleitbar, und über die zweite Einlassöffnung 2011 ein zweites Fluid 8. In der Mischungskammer 20 bilden das erste und das zweite Fluid 7, 8 ein Fluidgemisch 9, das über die Auslassöffnung 202 der Mischungskammer 20 ableitbar ist.
Die erste Zufuhrvorrichtung 40 ist über die erste Einlassöffnung 201 (fluidisch) mit der Mischungskammer 20 verbunden und dient dem Einleiten des ersten Fluids 7 in die Mischungskammer 20. Die zweite Zufuhrvorrichtung 50 ist über die zweite Einlassöffnung 2011 (fluidisch) mit der Mischungskammer 20 verbunden und dient dem Einleiten des zweiten Fluids 8 in die Mischungskammer 20. An die Auslassöffnung 202 schließt sich stromabwärts der Interaktionskanal 30 an. Eine beispielhafte Ausführungsform des Interaktionskanals 30 ist in Figur 8 dargestellt und wird weiter unten erläutert. Die erste Zufuhrvorrichtung 40 umfasst ein fluidisches Bauteil 10 mit zwei Nebenstromkanälen (Feedbackkanälen) 104a, 104b als Mittel zur Erzeugung eines räumlich und/oder zeitlich beweglichen ersten Fluids 7 und insbesondere zur Ausbildung einer räumlichen Oszillation des ersten Fluids 7.
Die Energie zur Erzeugung des räumlichen und/oder zeitlich beweglichen Fluidstrahles resultiert aus dem Eingangsdruck PIOIN des ersten Fluids 7 (auch als erste Phase A bezeichnet). Die Verwendung des fluidischen Bauteils 10 hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Energiequelle eingesetzt werden muss und somit die Komplexität und die Fehleranfälligkeit der Vorrichtung verringert werden kann. Außerdem kann so sichergestellt werden, dass keine zusätzliche externe Energie in das Fluid 7, das das fluidische Bauteil 10 durchströmt, eingetragen wird. Der Eintrag zusätzlicher Energie sollte vermieden werden. Andernfalls können durch Eintrag zusätzlicher Energie empfindliche Bestandteile der Fluide (zum Beispiel langkettige Moleküle) zerstört werden.
Das in Figur 1 dargestellte fluidische Bauteil 10 mit den Nebenstromkanälen 104a, 104b ist nur exemplarisch. Grundsätzlich können auch andere fluidische Bauteile verwendet werden, wie zum Beispiel sogenannte feedback-freie Bauteile.
Das fluidische Bauteil 10 umfasst eine Strömungskammer 100, die von einem ersten Fluid(strom) 7 durchströmbar ist. Das fluidische Bauteil 10 hat die Funktion, eine Oszillation des ersten Fluids 7 herbeizuführen, so dass das erste Fluid 7 beim Eintreten in die Mischungskammer durch die erste Einlassöffnung 201 der Mischungskammer 20 zeitlich und/oder örtlich oszilliert.
Die Strömungskammer 100 umfasst eine Einlassöffnung 101 mit einer Einlassbreite bmi, über die der erste Fluidstrom 7 in die Strömungskammer 100 eintritt, und eine Auslassöffnung 102 mit einer Auslassbreite bio2, über die der erste Fluidstrom 7 aus der Strömungskammer 100 austritt. Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 sind jeweils dort definiert, wo die Querschnittsfläche (quer zur Fluidstromrichtung) des fluidischen Bauteils 10, die der Fluidstrom passiert, wenn er in die Strömungskammer 100 eintritt beziehungsweise aus der Strömungskammer 100 wieder austritt, jeweils am kleinsten ist. Die Breiten bmi und bio2 der Ein- beziehungsweise Auslassöffnung 101 , 102 entsprechen der Ausdehnung der Ein- beziehungsweise Auslassöffnung 101 , 102 quer zur Fluidstromrichtung und innerhalb der (später erläuterten) Oszillationsebene des ersten Fluids 7. Die Auslassöffnung 102 der Strömungskammer 100 des fluidischen Bauteils 10 entspricht hier der ersten Einlassöffnung 201 der Mischungskammer 20.
Die Einlassbreite bmi kann die Dimension von 0,5 pm bis 5.000 pm annehmen. Die Größe der engsten Querschnittsflächen innerhalb des fluidischen Bauteils 10 (Querschnitt Äi02 der Auslassöffnung 102 oder kleinste Querschnittsfläche An im Hauptstromkanal 103 zwischen den inneren Blöcken 11a, 11b) in der Vorrichtung 1 kann in Abhängigkeit vom gewünschten Volumenstrom gewählt werden. Je höher der Volumenstrom bei gleichbleibenden Eingangsdruck PIOIN ist, desto größer müssen die Dimension z. B. der Einlassbreite bmi und / oder der Einlasshöhe hmi sein. Typische Abmaße sind 100 pm bis 3.500 pm, vorzugsweise 200 pm bis 1.500 pm.
Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 sind auf zwei sich strömungstechnisch gegenüberlegenden Seiten des fluidischen Bauteils 10 angeordnet. Die
Strömungskammer 100, genauer ein Hauptstromkanal 103 der Strömungskammer 100, verbindet die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 obstruktionsfrei miteinander. In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante können die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung mittels einer nicht obstruktionsfreien Strömungskammer 100 verbunden sein.
Der erste Fluidstrom 7 bewegt sich in der Strömungskammer 10 im Wesentlichen entlang einer Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 (die die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 miteinander verbindet) von der Einlassöffnung 101 zu der Auslassöffnung 102. Die Längsachse A bildet eine Symmetrieachse des fluidischen Bauteils 1. Die Längsachse A liegt in zwei senkrecht zueinander stehenden
Symmetrieebenen S1 und S2, gegenüber denen das fluidische Bauteil 1 spiegelsymmetrisch ist. Alternativ kann das fluidische Bauteil 1 nicht (spiegel)symmetrisch aufgebaut sein.
Zur gezielten Richtungsänderung des Fluidstroms umfasst die Strömungskammer 100 neben dem Hauptstromkanal 103 zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b. Der Hauptstromkanal 103 und die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b erstrecken sich im Wesentlichen entlang der Längsachse A des fluidischen Bauteils 10, wobei der Hauptstromkanal 103 (quer zur Längsachse A betrachtet) zwischen den zwei
Nebenstromkanälen 104a, 104b angeordnet ist. Unmittelbar hinter der Einlassöffnung 101 teilt sich die Strömungskammer 10 in den Hauptstromkanal 103 und die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b, die dann unmittelbar vor der Auslassöffnung 102 wieder zusammengeführt werden. In der hier dargestellten Ausführungsform sind die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b symmetrisch bezüglich der Symmetrieebene S2 angeordnet (Figur 3). Gemäß einer nicht dargestellten Alternative sind die Nebenstromkanäle nicht symmetrisch angeordnet. Diese Nebenströmungskanäle können auch außerhalb der dargestellten Strömungsebene positioniert werden. Diese Kanäle können beispielsweise mittels Schläuchen, die sich auch außerhalb der Symmetrieebene S1 befinden, realisiert werden oder durch Kanäle die in einem Winkel zur Strömungsebene (Symmetrieebene S1) stehen, verlaufen.
Der Hauptstromkanal 103 verbindet im Wesentlichen geradlinig die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 miteinander, so dass der Fluidstrom 7 im Wesentlichen entlang der Längsachse A des fluidischen Bauteils 10 strömt. Der Hauptstromkanal 103 kann typischerweise ein Volumen von 0,08 mm3 bis 260 mm3 aufnehmen. Besonders bevorzugt ist ein Volumen des Hauptstromkanals 103 von 0,3 mm3 bis 120 mm3. In der dargestellten Ausführungsform beträgt das Volumen des Hauptstromkanals 103 ca. 0,67 mm3. Das fluidische Bauteil 10 hat ein fluidfassendes Volumen zwischen 0,5 mm3 und 1,2 mm3, wobei die kleinste Querschnittsfläche A102 an der Auslassöffnung 102 ca. 0,09 mm2 beträgt. In der dargestellten Ausführungsform beträgt die Querschnittsfläche A101 an der Einlassöffnung 101 ca. 0,12 mm2.
Die Nebenstromkanäle 104a, 104b erstrecken sich ausgehend von der Einlassöffnung 101 in einem ersten Abschnitt jeweils zunächst in einem Wnkel von im Wesentlichen 90° zu der Längsachse A in entgegengesetzte Richtungen. Anschließend biegen die Nebenstromkanäle 104a, 104b ab, so dass sie sich jeweils im Wesentlichen parallel zu der Längsachse A (in Richtung auf die Auslassöffnung 102) erstrecken (zweiter Abschnitt). Um die Nebenstromkanäle 104a, 104b und den Hauptstromkanal 103 wieder zusammenzuführen, ändern die Nebenstromkanäle 104a, 104b am Ende des zweiten Abschnitts nochmals ihre Richtung, so dass sie jeweils im Wesentlichen in Richtung auf die Längsachse A gerichtet sind (dritter Abschnitt). In der Ausführungsform der Figur 1 ändert sich die Richtung der Nebenstromkanäle 104a, 104b beim Übergang vom zweiten in den dritten Abschnitt um einen Wnkel von ca. 120°. Jedoch können für die Richtungsänderung zwischen diesen beiden Abschnitten der Nebenstromkanäle 104a, 104b auch andere als der hier genannte Wnkel gewählt werden oder gar einem vollständig anderen Verlauf folgen.
Die Nebenstromkanäle 104a, 104b sind ein Mittel zur Beeinflussung der Richtung des ersten Fluidstromes 7, der die Strömungskammer 100 durchströmt. Die Nebenstromkanäle 104a, 104b weisen hierfür jeweils einen Eingang 104a1, 104b1, der durch das der Auslassöffnung 102 zugewandte Ende der Nebenstromkanäle 104a, 104b gebildet wird, und jeweils einen Ausgang 104a3, 104b3, der durch das der Einlassöffnung 101 zugewandte Ende der Nebenstromkanäle 104a, 104b gebildet wird, auf. Durch die Eingänge 104a1, 104b1 fließt ein kleiner Teil des ersten Fluidstroms 7, die Nebenströme, in die Nebenstromkanäle 104a, 104b. Der restliche Teil des ersten Fluidstroms 7 (der sogenannte Hauptstrom) tritt über die Auslassöffnung 102 aus dem fluidischen Bauteil 10 aus. Die Nebenströme treten an den Ausgängen 104a3, 104b3 aus den
Nebenstromkanälen 104a, 104b aus, wo sie einen seitlichen (quer zur Längsachse A) Impuls auf den durch die Einlassöffnung 101 eintretenden ersten Fluidstrom 7 ausüben können. Dabei wird die Richtung des ersten Fluidstromes 7 derart beeinflusst, dass der an der Auslassöffnung 102 austretende Hauptstrom räumlich oszilliert, und zwar in einer Ebene, in der der Hauptstromkanal 103 und die Nebenstromkanäle 104a, 104b angeordnet sind. Die Ebene, in der der Hauptstrom oszilliert, wird auch Oszillationsebene bezeichnet und entspricht im Wesentlichen der Symmetrieebene S1 beziehungsweise ist parallel zu der Symmetrieebene S1.
Die Nebenstromkanäle 104a, 104b weisen in der hier dargestellten Ausführungsform jeweils eine Querschnittsfläche auf, die über die gesamte Länge (vom Eingang 104a1 , 104b1 bis zum Ausgang 104a2, 104b2) der Nebenstromkanäle 104a, 104b nahezu konstant ist. Demgegenüber nimmt die Größe der Querschnittsfläche des Hauptstromkanals 103 in Strömungsrichtung des Hauptstromes (also in Richtung von der Einlassöffnung 101 zu der Auslassöffnung 102) im Wesentlichen stetig zu. Dabei ist die Form des Hauptstromkanals 103 hier beispielhaft spiegelsymmetrisch zu den Symmetrieebenen S1 und S2.
Die Querschnittsfläche des Hauptstromkanals 103 kann aber grundsätzlich auch stromabwärts abnehmen.
Der Hauptstromkanal 103 ist von jedem Nebenstromkanal 104a, 104b durch einen Block 11a, 11b getrennt. Die zwei Blöcke 11a, 11b sind in der Ausführungsform symmetrisch bezüglich der Spiegelebene S2 angeordnet. Prinzipiell können sie jedoch auch unterschiedlich ausgebildet und nicht symmetrisch ausgerichtet sein. Bei nicht symmetrischer Ausrichtung ist auch die Form des Hauptstromkanals 103 nicht symmetrisch zu der Spiegelebene S2. Eine symmetrische Ausführungsform der zwei Blöcke 11a, 11b wird bevorzugt. Die Form der Böcke 11a, 11b, die in Figur 1 dargestellt ist, ist nur beispielhaft und kann variiert werden. Die Blöcke 11a, 11b aus Figur 1 weisen abgerundete Kanten auf. Es sind auch scharfe Kanten möglich. Die Ausführungsvariante mit abgerundete Kanten wird bevorzugt.
Der Einlassöffnung 101 der Strömungskammer 100 ist stromaufwärts ein trichterförmiger Ansatz 106 vorgeschaltet, der sich in Richtung auf die Einlassöffnung 101 (stromabwärts) verjüngt. Grundsätzlich ist auch ein Ansatz 106 möglich, der im wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist oder abschnittsweise eine erweiterte Querschnittsfläche. Dieser trichterförmige Ansatz kann auch als Einlasskanal bezeichnet werden. Auch die Strömungskammer 100 verjüngt sich und zwar im Bereich der Auslassöffnung 102 stromabwärts der inneren Blöcke 11a, 11b. Die Verjüngung wird von einem Auslasskanal 107 gebildet und beginnt am Nebenstromkanaleinlass 104a1 , 104b1. Dabei verjüngen sich der Ansatz 106 und der Auslasskanal 107 derart, dass nur deren Breite, das heißt deren Ausdehnung in der Symmetrieebene S1 senkrecht zu der Längsachse A, jeweils stromabwärts abnimmt. Die Verjüngung wirkt sich in dieser Ausführungsform nicht auf die Tiefe (das heißt die Ausdehnung in der Symmetrieebene S2 senkrecht zu der Längsachse A) des Ansatzes 106 und des Auslasskanals 107 aus (Figur 2). Alternativ können sich der Ansatz 106 und der Auslasskanal 107 auch jeweils in der Breite und in der Tiefe verjüngen. Ferner kann sich nur der Ansatz 106 in der Tiefe oder in der Breite verjüngen, während sich der Auslasskanal 107 sowohl in der Breite als auch in der Tiefe verjüngt, und umgekehrt. Die Form des Ansatzes 106 und des Auslasskanals 107 sind in Figur 1 nur beispielhaft gezeigt. Hier nimmt deren Breite stromabwärts jeweils linear ab, wobei die Begrenzungswände des Ansatzes 106 und des Auslasskanals 107 (jeweils in der Oszillationsebene betrachtet) einen Winkel e beziehungsweise cp einschließen. Andere Formen der Verjüngung sind möglich. Die Länge li06 des Einlasskanals oder in diesem Beispiel des trichterförmigen Ansatzes 106 entspricht in dieser Ausführungsform mindestens dem 1 ,5-fachen der Einlassbreite bmi, also gilt 1 ,5xbioi. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Länge Hob des trichterförmigen Ansatzes 106 größer als das 3-fache der Breite bmi. Bei einem gegebenen und festen Wert der Breite bmi gilt: je kleiner der Winkel e ist, desto länger sollte der Einlasskanal 106 sein.
Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 weisen jeweils eine idealisierte rechteckige Querschnittsfläche auf. Diese weisen jeweils die gleiche Tiefe (Ausdehnung in der Symmetrieebene S2 senkrecht zur Längsachse A, Figur 2) auf, unterscheiden sich jedoch in ihrer Breite bmi, bio2 (Ausdehnung in der Symmetrieebene S1 senkrecht zur Längsachse A, Figur 2). Grundsätzlich können die Ecken der Querschnittsflächen abgerundet sein, und die gegenüberliegenden Flächen, die die Ein- beziehungsweise Auslassöffnung 101, 102 begrenzen, müssen nicht parallel verlaufen. Im Extremfall können die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 auch kreisförmige oder ellipsoidartige Querschnittsflächen aufweisen.
Die Auslassöffnung 102 der Strömungskammer 100 des fluidischen Bauteils 10 entspricht hier der ersten Einlassöffnung 201 der Mischungskammer 20. Vorteilhaft ist es, wenn generell (also für alle Ausführungsformen) die Querschnittsfläche AI02 der Auslassöffnung 102 die kleinste oder gleich der kleinsten Querschnittsfläche von den Querschnittsflächen A101, An und A102 ist, also folgendes gilt: A102 ^ min(Aioi, An), insbesondere wenn die Querschnittsfläche A102 der Auslassöffnung 102 die kleinste Querschnittsfläche der Strömungskammer 100 des fluidischen Bauteils 10 ist. Die Querschnittsfläche A102 der Auslassöffnung 102 und die Querschnittsfläche A201 der ersten Einlassöffnung 201 sind gleich groß, ebenso wie die Breite bio2 und die Breite b2oi sowie die Höhe hio2 und die Höhe h2oi gleich sind. An der Auslassöffnung 102 beziehungsweise der ersten Einlassöffnung 201 treffen der sich verjüngende Auslasskanal 107 des fluidischen Bauteils 10 und der später erläuterte, sich verbreiternde Einlasskanal 206 der Mischungskammer 20 aufeinander, so dass in diesem Übergangsbereich eine Kante ausgebildet ist. Dieser Übergangsbereich kann abgerundet sein. Die Rundung kann einen Radius 109 aufweisen, der kleiner ist als die minimale Breite von bmi (Breite der Einlassöffnung 101) und bn (zugehörige Breite der kleinsten Querschnittsfläche An im Hauptstromkanal 103 zwischen den inneren Blöcken 11a, 11b). Ein Extremwert, wodurch ein scharfkantiger Auslass 102 entsteht, ist ein Radius von Null. Aufgrund der höheren mechanischen Stabilität ist ein Radius 109 zu bevorzugen.
Stromabwärts der ersten Einlassöffnung 201 der Mischungskammer 20 schließt sich ein Einlasskanal 206 an. Der Einlasskanal 206 weist eine stromabwärts sich vergrößernde Querschnittsfläche (quer zur ersten Fluidstromrichtung beziehungsweise zur Längsachse L der Mischungskammer 20) auf. Dabei nimmt insbesondere die Breite (Ausdehnung in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse L) des Einlasskanals 206 stromabwärts zu. Die Breite nimmt hier linear zu. Jedoch kann die Zunahme der Breite auch einem Polynom folgen. Die den Einlasskanal 206 begrenzenden Wände schließen in der Oszillationsebene betrachtet einen Winkel d ein. Dieser Winkel d kann unterschiedliche Maße aufweisen. Vorteilhaft ist ein Winkel d, der in Abhängigkeit von dem Oszillationswinkel a gewählt wird. Dabei ist eine Abweichung vom Oszillationswinkel a von +10° und -10° möglich, also a - 10°< d < a + 10°. Ein besonders bevorzugter Wert für den Winkel d ist a - 5°< d < a + 5°. Der Oszillationswinkel a entspricht hier dem natürlichen Oszillationswinkel, der sich in Abwesenheit des Einlasskanals 206 und der Mischungskammer 20 einstellen würde.
Im Einlasskanal 206 vergrößert sich die Querschnittsfläche A200 (quer zur Längsachse L) der Mischungskammer 20 stetig. Die Querschnittsfläche an der Einlassöffnung 201 beträgt hier beispielsweise 0,09 mm2 und vergrößert sich entlang der Längsachse L bis zum Mittelpunkt der zweiten Einlassöffnung 2011 auf mehr als das Doppelte. Die Querschnittfläche hat im Mittelpunkt der zweiten Einlassöffnung 2011 den Wert 0,26 mm2. Die Querschnittsfläche A20n der zweiten Einlassöffnung 2011 ist in dieser Ausführungsvariante kleiner als die der ersten Einlassöffnung 201 und nimmt den Wert 0,07 mm2 an.
In der Ausführungsform der Figur 1 ist die Breite b2o der Mischungskammer 20 kleiner als die Breite bm des fluidischen Bauteils 10. Ferner ist die Länge l2o der Mischungskammer 20 kleiner als die Länge ho des fluidischen Bauteils 10. Die Breite ist jeweils die Ausdehnung in der Oszillationsebene des ersten Fluids 7 und quer zur Längsachse A, L des fluidischen Bauteils 10 beziehungsweise der Mischungskammer 20. Die Länge ist jeweils die Ausdehnung in der Oszillationsebene des ersten Fluids 7 und entlang der Längsachse A, L des fluidischen Bauteils 10 beziehungsweise der Mischungskammer 20.
In dieser dargestellten Ausführungsform wird die Breite b2o der Mischungskammer 20 durch zwei annähernden parallele Flächen, die in einem Zwischenabschnitt der Mischungskammer 20 als Begrenzungswände fungieren, definiert. Der Zwischenabschnitt ist entlang der ersten Fluidstromrichtung Fi zwischen dem Einlasskanal 206 und einem Auslasskanal 207 der Mischungskammer 20 ausgebildet. Grundsätzlich können die Begrenzungswände auch anders (als eben und parallel) gestaltet sein, wie beispielsweise in Figur 6 angedeutet ist.
Am stromabwärtigen Ende des Zwischenabschnitts schließt sich der Auslasskanal 207 an. Dessen Querschnittsfläche (quer zur ersten Fluidstromrichtung beziehungsweise zur Längsachse L der Mischungskammer 20) nimmt stromabwärts entlang der Längsachse L ab. Dabei nimmt insbesondere die Breite (Ausdehnung in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse L) des Auslasskanals 207 stromabwärts ab. Die Breite nimmt hier linear ab. Jedoch kann die Abnahme der Breite auch einem Polynom folgen. Die den Auslasskanal 207 begrenzenden Wände schließen in der Oszillationsebene betrachtet einen Winkel w ein. Vorteilhaft ist es, wenn der Winkel w kleiner als der Winkel d ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Winkel w bis zu 15° kleiner als der Winkel d ist. Das stromabwärtige Ende des Auslasskanals 207 wird durch die Auslassöffnung 202 gebildet. Das Fluidgemisch 9 aus dem ersten und dem zweiten Fluid 7, 8 verlässt die Mischungskammer 20 durch diese Auslassöffnung 202.
Die Auslassöffnung 202 hat eine Querschnittsfläche A202, die hier beispielhaft rechteckig ist und daher eine Breite b202 und eine Höhe h202 aufweist. Grundsätzlich ist auch eine nicht rechteckförmige Querschnittsfläche der Auslassöffnung 202 möglich. Die Querschnittsfläche A202 ist größer als die kleinste Querschnittsfläche Aimin aus dem Mittel zur Erzeugung eines räumlich beweglichen Fluidstrahl 10 (A101, An oder A102, also Aimin = min(Aioi, An, A102)). Die Querschnittfläche A2o2 ist gleich groß oder größer als die Summe aus der Hälfte der Querschnittsfläche A2on der zweiten Einlassöffnung 2011 und der gesamten Querschnittsfläche Aimin, oder anders ausgedrückt: A2o2 ä Aimin + 0,5 x A2on. Besonders bevorzugt wird A2o2 ä Aimin + A2on.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform können auch mehrere Auslassöffnungen 202 vorgesehen sein, die in unterschiedliche Interaktionskanäle 30 münden. Auch kann ein Teil der mehreren Auslassöffnungen 202 in entsprechend vorgesehene Interaktionskanäle münden und ein anderer Teil kann ohne Interaktionskanäle ausgebildet sein. Für die Summe der Querschnittsflächen A2o2 der mehreren Auslassöffnungen 202 gelten die gleichen Ausführungen wie oben beschrieben.
Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorrichtung 1 aus Figur 1 entlang der Linie A'-A". Demnach haben in dieser Ausführungsform das fluidische Bauteil 10, die Mischungskammer 20 und zumindest das stromaufwärtige Ende des Interaktionskanals 30 eine konstante Höhe h. Die Höhe (auch Tiefe genannt) ist die Ausdehnung quer zur Oszillationsebene des ersten Fluids 7. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Höhe h nicht konstant sein. Insbesondere im Bereich der Einlasskanäle 106 und 206 sowie der Auslasskanäle 107 und 207 kann die Höhe h von der Höhe in der restlichen Vorrichtung abweichen.
Die zweite Zufuhrvorrichtung 50, die zum Einleiten des zweiten Fluids 8 in die Mischungskammer 20 vorgesehen ist, umfasst ein Rohr 204, das sich entlang einer Längsachse erstreckt und für das zweite Fluid 8 die Fluidstromrichtung F2 vorgibt. Das Rohr 204 ist über die zweite Einlassöffnung 2011 der Mischungskammer 20 mit der Mischungskammer 20 verbunden. Das Rohr 204 steht (in der Symmetrieebene S2 beziehungsweise einer Ebene, die senkrecht zu der Oszillationsebene und entlang der Längsachse L verläuft, betrachtet) in einem Winkel ß zur Oszillationsebene des fluidischen Bauteils 10 beziehungsweise der Symmetrieebenen S1. In dieser Ausführungsform ist der Winkel ß = 90°. Grundsätzlich kann der Winkel einen anderen Wert annehmen. Dadurch wird die Mischungsqualität und/oder die Mischungsweglänge beziehungsweise die Mischungszeit beeinflusst Zur Verringerung des Druckverlusts wird ein Wert von 45° ± 10° für den Wnkel ß bevorzugt. Wenn bei dem Mischungsvorgang Partikel erzeugt werden, so ist zur Verringerung der Partikelgröße ein Winkel größer als 90° vorteilhaft.
Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorrichtung 1 aus Figur 1 entlang der Linie B'-B". In dieser Schnittdarstellung ist Querschnittsfläche des Hauptstromkanals 103 und der Nebenstromkanäle 104a, 104b des fluidischen Bauteils 10 zu erkennen. In dieser Ausführungsform sind die Höhen hio3, hio4a, hio4b der Kanäle 103, 104a, 104b gleich groß. Jedoch können sie prinzipiell auch voneinander abweichen können. In Figur 3 sind die Querschnittsflächen der Haupt- und Nebenstromkanäle 103, 104a, 104b vereinfacht scharfkantig dargestellt. Jedoch können die Ecken mit Radien versehen, also abgerundet, sein.
Die Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorrichtung 1 aus Figur 1 entlang der Linie C'- C". In dieser Schnittdarstellung ist ein Querschnitt durch den Einlasskanal 206 der Mischungskammer 20 zu erkennen. Wieder werden vereinfacht die Ecken nicht mit Radien dargestellt, obwohl diese vorhanden sein können. Der Abstand der seitlichen Begrenzungswände des Einlasskanals 206 (parallel zur Oszillationsebene und quer zur Längsachse L) ist über die gesamte Höhe h206 konstant. Dieser Abstand kann sich jedoch auch entlang der Höhe h206 ändern.
In Figur 4 ist auch erkennbar, dass die zweite Einlassöffnung 2011 der Mischungskammer 20 in deren Einlasskanal 206 ausgebildet ist. In einer Ebene quer zur Längsachse L betrachtet schließt das Rohr (Zufuhrkanal 204) einen Winkel h mit der Oszillationsebene ein. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Wnkel h = 90°. Grundsätzlich kann der Winkel einen anderen Wert annehmen, z.B. zwischen 30° und 150° liegen. Es wird ein Wnkel h von 90° bevorzugt, insbesondere bei einer Ausführungsvariante mit einer zweiten Einlassöffnung 2011. Jedoch kann auch vorgesehen sein, dass die Mischungskammer mehrere zweite Einlassöffnungen aufweist, über die die Mischungskammer mit einer entsprechenden Anzahl von zweiten Zufuhrvorrichtungen (als Rohr ausgeführt) verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform (nicht dargestellt) kann es vorteilhaft sein, wenn der jeweilige Winkel h einen anderen Wert als 90° annimmt. Eine vorteilhafte Variante mit mehreren zweiten Einlassöffnungen und entsprechenden zweiten Zufuhrvorrichtungen Einlasskanälen 204 ist, wenn diese alternierend an der Deckfläche (in Figur 4 oben dargestellt) und der der Deckfläche gegenüberliegenden Grundfläche (in Figur 4 unten dargestellt) der Mischungskammer 20 ausgebildet sind.
In Figur 5 ist eine Vorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 insbesondere in der Gestaltung des fluidischen Bauteils 10 sowie im Größenverhältnis der Volumen der Strömungskammer 100 des fluidischen Bauteils 10 und der Mischungskammer 20.
Das Volumen der Mischungskammer 20 ist größer als das Volumen der Strömungskammer 100 des fluidischen Bauteils 10. Konkret sind in dieser Ausführungsform sowohl die Breite b2o der Mischungskammer 20 als auch die Länge I20 der Mischungskammer 20 größer als die Breite bio des fluidischen Bauteils 10 beziehungsweise als die Länge o des fluidischen Bauteils 10. Somit gelten die Verhältnisse b2o > bio und I20 > ho. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das fluidfüllende Volumen V10 der Strömungskammer 100 des fluidischen Bauteils 10 erheblich kleiner als das Volumen V20 der Mischungskammer 20: V20 > V10. Vorzugsweise gilt: V20 > 2 c Vio.
In dieser Ausführungsform ist eine zweite Einlassöffnung 2011 für den zweiten Fluidstrom 8 (beziehungsweise eine Phase B) vorgesehen. Jedoch können grundsätzlich weitere zweite Einlassöffnungen in der Mischungskammer vorgesehen sein, die vorgesehen sind, ebenfalls die Phase B oder andere Phasen in die Mischungskammer 20 einzuleiten.
Die zweite Einlassöffnung 2011 für den zweiten Fluidstrom 8 (beziehungsweise Phase B) befindet sich auch in dieser Ausführungsform innerhalb des Einlasskanals 206 der Mischungskammer 20. Grundsätzlich kann die (mindestens eine) zweite Einlassöffnung 2011 frei innerhalb der Mischungskammer 20 positioniert werden. Bevorzugt ist die Positionierung der (mindestens einen) zweiten Einlassöffnung 2011 im Einlasskanal 206 oder im Auslasskanal 207 der Mischungskammer 20. Besonders bevorzugt ist die Positionierung von mindestens einer zweiten Einlassöffnung 2011 im Einlasskanal 206.
Der Abstand zwischen mindestens einer zweiten Einlassöffnung 2011 und der ersten Einlassöffnung 201 entlang der Längsachse L wird in Figur 5 durch die Länge I2011 dargestellt. Vorteilhaft ist, wenn die Länge I2011 mindestens der halben Breite b2oi der ersten Einlassöffnung 201 entspricht, also I2011 ^ 0,5 c b2oi gilt. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Länge I2011 mindestens der Summe aus der halben Breite bio2 der ersten Einlassöffnung 201 und der halben Breite b2on der zweiten Einlassöffnung 2011 entspricht: I2011 ä 0,5 x (b2oi + b2oii). Vorteilhaft ist auch, wenn die Länge I2011 nicht größer als das Fünffache der Breite b2oi der ersten Einlassöffnung 201 ist; insgesamt also folgendes gilt: 5 x b2oi ^ I2011 ä 0,5 x (bio2 + b2oii) gilt.
In der Ausführungsform der Figur 5 ist die zweite Einlassöffnung 2011 kreisförmig und besitzt die Breite b2on , die dem Durchmesser des Kreises entspricht. Grundsätzlich ist auch eine von der Kreisform abweichende Form für die zweite Einlassöffnung 2011 möglich. Die Fläche A2011 der zweiten Einlassöffnung 2011 ist in dieser Ausführungsform etwas kleiner als die Fläche A102 der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 10. (Die Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 10 entspricht hier der ersten Einlassöffnung 201 der Mischungskammer 20, so dass die Fläche A2011 der zweiten Einlassöffnung 2011 auch etwas kleiner als die Fläche A201 der ersten Einlassöffnung 201 ist.) Die Fläche A102 wird durch die Auslassbreite bio2 und der Auslasstiefe definiert. In der Ausführungsform aus Figur 5 nimmt die Querschnittsfläche A20 (quer zur Längsachse L) der Mischungskammer 20 im Einlasskanal 206 stetig zu. Die Querschnittsfläche A20 wird durch die Breite b2o und der Höhe h2o (Ausdehnung quer zur Oszillationsebene des ersten Fluids) definiert. Im Bereich des Einlasskanals 206 kann die Querschnittsfläche A20 der Mischungskammer 20 als Querschnittsfläche A206 bezeichnet werden, und die zugehörige Breite und Höhe als Breite b206 und Höhe h206. Vorteilhaft ist, wenn die Querschnittsfläche A20 im Abstand von ungefähr I2011 - (b2on/2) von der ersten Einlassöffnung 201 (entlang der Längsachse L) eine sprunghafte Größenänderung aufweist. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn die sprunghafte Größenänderung durch die Vergrößerung der Höhe h2o realisiert wird.
Bei dem in Figur 5 dargestellten fluidischen Bauteil 10 sind die Breiten bmi, bn und bi02 annähernd gleich groß. Beispielsweise können sie ca. 0,3 mm betragen. Der Radius 109 an der Auslassöffnung 102 kann dann ca. 0,025 mm betragen.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von jenen der Figuren 1 bis 5 insbesondere darin, dass die Mischungskammer mehrteilig ausgebildet ist. Das heißt, dass die Mischungskammer mehrere (hier beispielhaft zwei) Unterkammern 20, 20‘ umfasst, die entlang der Längsachse L nacheinander angeordnet sind. Demnach gibt es in Bezug auf das fluidische Bauteil 10 und die erste Fluidstromrichtung eine stromaufwärtige Unterkammer 20, die sich unmittelbar an die Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 10 anschließt, und eine stromabwärtige Unterkammer 20‘, die sich unmittelbar an die Auslassöffnung 202 der stromaufwärtigen Unterkammer 20 anschließt. Die erste Einlassöffnung der stromabwärtigen Unterkammer 20‘ entspricht der Auslassöffnung der stromaufwärtigen Unterkammer 20. Dabei weist jede Unterkammer 20, 20‘ einen sich entlang der Längsachse L stromabwärts vergrößernden Einlasskanal 206, 206‘ und einen sich entlang der Längsachse L stromabwärts verjüngenden Auslasskanal 207, 207‘ auf. Im Einlasskanal der stromabwärtigen Unterkammer ist auch eine zweite Einlassöffnung 2012 ausgebildet. Die zwei Unterkammern können auch als eine Mischungskammer 20 mit einer zentralen Verengung angesehen werden. Diese Mischungskammer 20 ist dann so aufgebaut, dass sich vor und nach der zweiten Einlassöffnung 2011 die Querschnittsfläche A2O der Mischungskammer 20 stromabwärts bis zu einem bestimmten Punkt vergrößert, im weiteren Verlauf konstant bleibt und dann wieder bis zu einem (lokalen) Minimum verkleinert. Stromabwärts des (lokalen) Minimums vergrößert sich die Querschnittsfläche A20 wieder. In diesem Bereich befindet sich die weitere Einlassöffnung 2012. Im weiteren Verlauf weist die Mischungskammer 20 die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen aus den Figuren 1 und 5 beschriebenen Merkmale auf. Abschnitte mit entlang der Längsachse L konstanter Querschnittsfläche A20 sind optional.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Teil der Mischungskammer (beziehungsweise die stromaufwärtige Unterkammer 20) mit der zweiten Einlassöffnung 2011 so ausgebildet ist, dass sich alternierende Wirbel ausbilden können, um so die Bewegung des ersten Fluids 7 und des bewegten gemischten Fluidstrahls 9 zu verstärken. Daher ist der erste Teil der Mischungskammer (beziehungsweise die stromaufwärtige Unterkammer 20) so geformt, dass jeweils die beiden begrenzenden Wände, die in der Oszillationsebene betrachtet einander gegenüberliegen und an denen der zeitlich bewegte Strahl des ersten Fluids 7 abwechselnd vorbei strömt, eine taschenartige Struktur für die Ausbildung eines alternierenden Wrbels bilden.
In Figur 7 ist eine weitere ausführungsform der Vorrichtung 1 dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den Ausführungsformen aus den Figuren 1 , 5 und 6 insbesondere in der Form der Mischungskammer 20 sowie in der Anzahl der zweiten Einlassöffnungen 2011. Neben der einen zweiten Einlassöffnung 2011a für das zweite Fluid 8 (Phase B) ist eine weitere zweite Einlassöffnung 2011b in der Mischungskammer 20 vorgesehen. Diese weitere zweite Einlassöffnung 2011b kann grundsätzlich auch das zweite Fluid 8 in die Mischungskammer 20 leiten. Alternativ kann die weitere zweite Einlassöffnung 2011b dazu dienen, eine weitere Phase C bzw. ein drittes Fluid in die Mischungskammer 20 zu leiten. In Figur 7 ist die Anzahl der zweiten Einlassöffnungen 2011 zwei. Jedoch können auch mehr als zwei zweite Einlassöffnungen vorgesehen sein. Die beiden zweiten Einlassöffnungen 2011a, 2011b sind in einer gemeinsamen Begrenzungswand des Einlasskanals 206 ausgebildet. Grundsätzlich können die beiden oder mindestens zwei zweiten Einlassöffnungen 2011 auch auf einander gegenüberliegenden Seite der Mischungskammer 20 ausgebildet sein. Das bedeutet, dass mindestens eine zweite Einlassöffnung 2011 (wie in Figur 4 dargestellt) auf der Oberseite der Vorrichtung 1 ausgebildet ist und mindestens eine weitere zweite Einlassöffnung 2011 auf der der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite der Vorrichtung 1 ausgebildet ist.
In Figur 7 befinden sich die beiden zweiten Einlassöffnungen 2011 nebeneinander und weisen dabei denselben Abstand I2011 (entlang der Längsachse L) zu der ersten Einlassöffnung 201 auf. Alternativ können die zweiten Einlassöffnungen 2011 unterschiedliche Abstände I2011 aufweisen.
Vorteilhaft ist, wenn ein Abstand b2oi3 (quer zur Längsachse L) zwischen den zweiten Einlassöffnungen 2011 klein gewählt wird. Es ist vorteilhaft, wenn der Abstand b2oi3 zwischen den beiden zweiten Einlassöffnungen 2011a und 2011b kleiner als die Breite b2oi der ersten Einlassöffnung 201 ist.
In den vorstehenden Ausführungsformen weisen die Vorrichtungen stromabwärts der Auslassöffnung 202 der Mischungskammer 20 jeweils einen Interaktionskanal 30 auf. Jedoch ist dieser Interaktionskanal nur fakultativ. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch ohne einen solchen Interaktionskanal auskommen. In den vorstehenden Ausführungsformen weisen die Vorrichtungen eine konkrete Anzahl (meistens eine) von ersten/zweiten Einlassöffnungen, Auslassöffnungen und ersten/zweiten Zufuhrvorrichtungen auf. Tatsächlich können es jeweils auch mehr als nur eine sein.
Vorteilhaft ist, wenn die Begrenzungsflächen der Vorrichtung 1 , die in Kontakt mit dem ersten Fluid 7, dem zweiten Fluid 8 beziehungsweise dem Fluidgemisch 9 kommen, eine geringe Oberflächenrauigkeit besitzen. Bereits durch den dynamisch bewegten Fluidstahl ist das Ablagerungsrisiko von Komponenten der Fluide in der Vorrichtung 1 sehr gering. Durch die geringe Oberflächenrauigkeit kann diese Wirkung verstärkt werden, was die Stabilität der Vorrichtung im Dauerbetrieb erhöht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Oberfläche insbesondere in der Mischungskammer lipophil ist.
Es können unterschiedliche Typen von fluidischen Bauteilen eingesetzt werden. Diese können als Mittel zur gezielten Richtungsänderung Nebenstromkanäle oder andere Mittel aufweisen. In der Beschreibung werden die Begriffe Höhe h und Tiefe t synonym für die Ausdehnung quer zur Oszillationsebene des ersten Fluids verwendet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ermöglicht, dass eine große Volumenstromspanne beispielsweise zwischen 20ml/min und 200 ml/min für das erste beziehungsweise zweite Fluid 7 oder 8 verwendet werden kann. Im dem Fall, dass in der Mischungskammer 20 Partikel erzeugt werden, wird durch den Volumenstrom die Partikelgröße nicht signifikant geändert. Dadurch ist die Vorrichtung 1 sehr robust bzgl. eventuell technisch begründeter Schwankungen im Volumenstrom. Außerdem kann dieses System für den Labormaßstab sowie für die Massenproduktion eingesetzt werden.
Figur 8 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Interaktionskanals 30. Der Interaktionskanal 30 ist optionaler Bestandteil der Vorrichtung 1. Wenn vorhanden, ist der Interaktionskanal 30 mit der Auslassöffnung 202 der Mischungskammer 20 verbunden. Der Interaktionskanal 30 ist rohrförmig und weist in Figur 8 eine Vielzahl von Krümmungen 31 auf. Die Anzahl der Krümmungen sowie deren Krümmungsradius ist in Figur 8 nur beispielhaft. Generell ist die Form des Interaktionskanals 30 so zu gestalten, dass keine Totwassergebiete entstehen, um eine unkontrollierte Agglomeration zu vermeiden. Beim Durchströmen des Interaktionskanals 30 wird dem aus der Auslassöffnung 202 austretenden Fluidgemisch 9 eine weitere Gelegenheit zum Mischen gegeben. Sollten während des Mischvorgangs in der Mischungskammer 20 Partikel erzeugt worden sein, so kann der Interaktionskanal dem Wachstum der Partikel dienen. Die Verweilzeit des erzeugten Fluidgemischs 9 beziehungsweise der Partikel ist durch die Länge des Interaktionskanals 30 steuerbar.
In Figur 9 ist schematisch die Auslenkung des bewegten (oszillierenden) ersten Fluids 7 (an der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 10) im zeitlichen Verlauf dargestellt. Es ist erkennbar, dass das erste Fluid periodisch zwischen zwei maximalen Auslenkungen von hier beispielhaft in etwa ±25° oszilliert. Die gestrichelte Linie stellt dabei einen idealisierten sinusförmigen Verlauf des bewegten Fluidstrahls dar. Zur Erhöhung der Mischungsqualität in der Mischungskammer 20 ist eine zusätzliche Zwischenschwingung vorteilhaft. Eine solche Zwischenschwingung ist anhand der durchgezogenen Linie dargestellt und bei ungefähr ±5° vorgesehen. Ein solcher zeitlicher Verlauf (mit Zwischenschwingung) kann beispielsweise mit den fluidischen Bauteilen 10 aus Figur 6 oder 7 erzeugt werden. Gemäß Figur 9 beträgt der Oszillationswinkel a ca. 50°. Grundsätzlich kann der Oszillationswinkel auch von diesem Wert abweichen. Der Oszillationswinkel wird in Abhängigkeit der gewünschten Mischungsqualität, der zu mischenden Fluide und der zu mischenden Volumina gewählt.
Figur 10 zeigt schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Mischen von (hier beispielshaft zwei) Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemischs, das diese beiden Fluide umfasst. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet.
Die ersten Verfahrensschritte, die in Figur 10 mit P1.1 , P2.1 und P3.1 bezeichnet werden, betreffen das erste Fluid 7 und werden parallel zu den Verfahrensschritten P1.2, P2.2 und P3.2, die das zweite Fluid 8 betreffen, durchgeführt. Während dieser Verfahrensschritte liegen das erste Fluid 7 und das zweite Fluid 8 in getrennter Form vor.
Zunächst wird in den Verfahrensschritten P1.1 und P1.2 der Volumenstrom des ersten beziehungsweise zweiten Fluids eingestellt. Hierdurch kann das Mischungsverhältnis (und für den Fall, dass bei dem Mischvorgang Partikel erzeugt werden, gegebenenfalls auch die Partikelgröße) eingestellt werden.
In den darauffolgenden Verfahrensschritten P2.1 und P2.2 werden mittels geeigneter Pumpvorrichtungen (je nach Menge beispielsweise Spritzen- oder Umlagepumpen) der Eingangsdruck PIOIN des ersten Fluids 7 und der Eingangsdruck P201N des zweiten Fluids 8 eingestellt und werden das erste und das zweite Fluid 7, 8 in die erste beziehungsweise zweite Zufuhrvorrichtung 40, 50 geleitet. Der Eingangsdruck PIOIN des ersten Fluids 7 ist dabei der Druck, mit dem das erste Fluid über die Einlassöffnung 101 in die Strömungskammer 100 des fluidischen Bauteils 10 (erste Zufuhrvorrichtung 40) eintritt. Der Eingangsdruck P2OIN des zweiten Fluids 8 ist dabei der Druck, mit dem das zweite Fluid in die zweite Zufuhrvorrichtung 50 eintritt.
Die angelegten Eingangsdrücke liegen im Bereich einiger Millibar bis hin zu mehreren hundert bar (gegenüber dem Umgebungsdruck). Für die Massenproduktion werden beispielsweise Eingangsdrücke von weit über 2 bar verwendet. Der Druck kann dreistellige Werte wie z.B. 600 bar einnehmen. Bevorzugt wird ein Druckbereich zwischen 2 bar und 350 bar. Besonders bevorzugt ist ein Druckbereich zwischen 10 bar und 220 bar.
Nachdem das erste und zweite Fluid 7, 8 in die jeweilige Zufuhrvorrichtung 40, 50 eingeleitet worden sind, werden mit Hilfe der Zufuhrvorrichtungen 40, 50 in den Verfahrensschritten P3.1 beziehungsweise P3.2 ihre Strömungseigenschaften angepasst. So wird in P3.1 mit Hilfe des fluidischen Bauteils 10 eine Oszillation des ersten Fluids 7 erzeugt. Die Oszillationsfrequenz ist in der Regel höher als 100 Hz. Vorteilhaft ist eine Bewegungsfrequenz beziehungsweise Oszillationsfrequenz von mehreren tausend Herz, wie beispielsweise 2000 Hz. Somit wird an der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 10 ein passiv oszillierendes erstes Fluid 7 bereitgestellt. Der Oszillationswinkel des ersten Fluids kann mindestens 5°, vorzugsweise mindestens 25°, insbesondere bevorzugt mindestens 40° betragen. Für viele Anwendungsfälle ist ein Oszillationswinkel zwischen 25° und 50°, insbesondere zwischen 30°und 45° geeignet. Ein typischer Maximalwert für den Oszillationswinkel ist 75°.
In dem parallelen Verfahrensschritt P3.2 wird in der zweiten Zufuhrvorrichtung 50 mit Hilfe der zugehörigen Pumpvorrichtung ein (quasi-) stationärer zweiter Fluidstrahl 8 erzeugt. Alternativ ist auch möglich, dass in dem Verfahrensschritt P3.2 mit Hilfe der zweiten Zufuhrvorrichtung 50 eine Oszillation des zweiten Fluids 8 erzeugt wird. (Hierfür ist die zweite Zufuhrvorrichtung 50 mit einem fluidischen Bauteil 10 ähnlich zu dem der ersten Zufuhrvorrichtung 40 zu versehen.)
Im Verfahrensschritt P4 werden der oszillierende erste Fluidstrahl 7, der von der ersten Zufuhrvorrichtung 40 bereitgestellt wird, und der (quasi)stationäre zweite Fluidstrahl 8, der von der zweiten Zufuhrvorrichtung 50 bereitgestellt wird, über die erste beziehungsweise zweite Einlassöffnung 201 , 2011 in die Mischungskammer 20 geleitet und dort vereinigt. Die Kollision erfolgt unter den Winkeln ß und h, die bereits weiter oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung 1 näher erläutert wurden. Bei Anwendung des Verfahrens im industriellen Produktionsmaßstab beziehungsweise in der Massenproduktion werden das Fluid 7 und / oder Fluid 8 mit einem kontinuierlichen Volumenstrom in die Mischungskammer 20 geleitet.
Nach dem Verfahrensschritt P4 kann direkt der Verfahrensschritt P7 folgen, in dem das erzeugte Fluidgemisch 9 der Vorrichtung 1 entnommen wird. Der Verfahrensschritt P7 kann weiterhin eine thermische Behandlung (Kühlen) des erzeugten Fluidgemischs und/oder das Abtrennen einer Komponente (beispielsweise eines Lösemittels) aus dem Fluidgemisch umfassen.
Jedoch kann ein oder mehr Zwischenschritte P5 und/oder P6 zwischen P4 und P7 vorgesehen sein.
So kann in dem Verfahrensschritt P5 das Fluidgemisch 9, das am Ende des Mischvorgangs P4 aus der Mischungskammer 20 über deren Auslassöffnung 202 austritt, in einen sich stromabwärts anschließenden Interaktionskanal 30 geleitet werden, in dem dem Fluidgemisch 9 eine weitere Gelegenheit zur Durchmischung gegeben wird. Sofern während des Mischvorgangs P4 Partikel entstanden sind, können diese Partikel im Interaktionskanal 30 wachsen. Der Interaktionskanal 30 wurde bereits weiter oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung 1 näher erläutert.
An den Verfahrensschritt P5 kann sich optional der Verfahrensschritt P6 anschließen. Alternativ kann auf den Verfahrensschritt P5 direkt der Verfahrensschritt P7 folgen. Der Verfahrensschritt P6 sieht vor, dass das erzeugte Fluidgemisch (mit oder ohne Partikel) mit einem weiteren Medium (Fluid) versetzt wird, beispielsweise zwecks Verdünnung. Das Medium kann je nach Natur des erzeugten Fluidgemischs gewählt werden. Dies kann für die Weiterverarbeitung, beispielsweise wenn Nanopartikel erzeugt worden sind, förderlich sein.
Das beschriebene Verfahren kann in der Chemie zur Erzeugung von chemischen Gemischen angewandt werden. Auch in der Mikrobiologie, Biochemie, Pharmazie, Medizintechnik und der Lebensmitteltechnik ist das beschriebene Verfahren anwendbar. Zur Erzeugung von pharmazeutischen beziehungsweise therapeutischen Mikropartikeln kann das Verfahren mit einem Lösungsmittel versetzt mit pharmazeutischem beziehungsweise therapeutischem Material und/oder mit einem Fluid versetzt mit einem oder mehreren partikelbehafteten pharmazeutischen beziehungsweise therapeutischen Materialien als erstes und/oder das zweites Fluid 8 durchgeführt werden.
So kann das Verfahren genutzt werden, um RNA in einer definierten Partikelgröße in eine Lipidschicht zu hüllen. Dabei kann das erste Fluid 7 eine wässrige Lösung mit RNA (beispielsweise mRNA) sein und das zweite Fluid 8 ein Lipid oder eine Lipidmischung.
In Figur 11 sind Messwerte eines Fluidgemischs dargestellt, das unter Verwendung der Vorrichtung aus Figur 5 und des Verfahrens aus Figur 10 erzeugt worden ist. Das Fluidgemisch enthält während des Mischvorgangs erzeugte Partikel. Konkret wurde hier als erstes Fluid ein Satz mRNA und als zweites Fluid ein Lipidgemisch verwendet. Während des Mischvorgangs wurden mRNA-Partikel gebildet, die von einer Lipidschicht umschlossen sind. Das Verfahren wurde mehrfach mit verschiedenen Volumenströmen (13,3 ml/min, 40 ml/min und 60 ml/min) durchgeführt. Dabei war der Volumenstrom des ersten Fluids jeweils drei mal so groß wie der Volumenstrom des zweiten Fluids. Die in Figur 11 angegebenen Volumenströme entsprechen jeweils der Summe des ersten und zweiten Fluids. Der Volumenstrom ist beispielsweise von der Zusammensetzung des Lipidgemischs abhängig. In Figur 11 sind in drei Graphiken a), b) und c) Messwerte zu den Kenngrößen Verkapselungseffizienz (Graphik a)), Partikelgröße (Graphik b)) und Polydispersitätsindex, kurz PDI (Graphik c)) jeweils für drei verschiedene Volumenströme dargestellt. Die Verkapselungseffizienz gibt den prozentualen Anteil der mRNA an, die in Partikelform vorliegt. Der Polydispersitätsindex gibt die Größenverteilung der mRNA-Partikel an. Dabei bedeutet ein Polydispersitätsindex von 0, dass alle Partikel die gleiche Größe haben. In allen Graphiken stellen die Werte auf der Abzisse lediglich verschiedene Probenahmen zu unterschiedlichen Zeitpunkten dar.
Graphik a) ist entnehmbar, dass die Verkapselungseffizienz unabhängig vom eingestellten Volumenstrom stets zwischen 95% und 100% liegt. (Diese Effizienz stellt sich auch bei Volumenströmen ein, die höher oder tiefer als die in Figur 11 angegebenen Werte sind.) Bei einer industriellen Herstellung von mRNA-Partikeln, die von einer Lipidschicht umhüllt sind, wird standardmäßig ein Wert oberhalb von 85% erwartet. Das erfindungsgemäße Verfahren kann diesen Standard problemlos erfüllen.
Was die Partikelgröße betrifft (Graphik b)), so zeigt sich, dass bei einem geringen Volumenstrom von hier 13,3 ml/min eine Partikelgröße von ca. 90 nm erzielt wird und dass die Partikelgröße durch Erhöhen des Volumenstroms auf 40 ml/min auf ca. 70 nm sinkt. Eine weitere Erhöhung des Volumenstroms auf 60 ml/min führt hingegen zu keiner weiteren Reduzierung der Partikelgröße. Durch Wahl des passenden Volumenstroms können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von einer Lipidschicht umschlossene mRNA-Partikel erzeugt werden, deren Größe in dem standardmäßigen Größenbereich (gestrichelte Linie) liegt. Die Größe des Volumenstroms kann dabei durch die Zusammensetzung der Lipidmischung beeinflusst werden.
Die Größenverteilung der erzeugten Partikel (Graphik c)) ist verhältnismäßig eng, wobei die Größe des Volumenstroms nur eine vernachlässigbar geringe Auswirkung auf die Größenverteilung der Partikel hat. Graphik c) zeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch hinsichtlich der Größenverteilung der von einer Lipidschicht umschlossenen mRNA- Partikel im Rahmen des Industriestandards liegt.
In den Figuren 12 und 13 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 dargestellt. Diese Vorrichtung 1 umfasst ebenso wie die Vorrichtung aus den Figuren 1 bis 4 eine erste Zufuhrvorrichtung 40 und eine zweite Zufuhrvorrichtung 50, die jeweils in eine Mischungskammer 20 münden, sowie einen Interaktionskanal 30, der sich an die Auslassöffnung 202 der Mischungskammer 20 anschließt. Die erste Zufuhrvorrichtung 40 umfasst hier ein fluidisches Bauteil 10 als Mittel zur gezielten dynamischen Richtungsänderung des ersten Fluids 7, so dass sich der Fluidstrom des ersten Fluids 7 innerhalb der Mischungskammer 20 bewegt und dabei eine Bewegungskomponente entlang der ersten Fluidstromrichtung Fi und eine Bewegungskomponente quer zur ersten Fluidstromrichtung Fi aufweist. Die erste Fluidstromrichtung Fi entspricht dabei einer Hauptstromrichtung FH2o innerhalb der Mischungskammer 20. Dabei kann die Bewegung des ersten Fluids 7 zeitlich veränderlich sein. Die Hauptstromrichtung FH2o innerhalb der Mischungskammer 20 ist von der ersten Einlassöffnung 201 der Mischungskammer 20 zur Auslassöffnung 202 der Mischungskammer 20 gerichtet. Vorstellbar ist auch eine periodische, zeitlich veränderliche Bewegung des Fluidstroms des ersten Fluids 7 in der Mischungskammer 20, die als Oszillation, Schwingung, Rotation oder Pulsation des Fluidstroms interpretiert werden kann. Die Zufuhrvorrichtung 40 aus Figur 12 kann als fluidisches Bauteil 10 das fluidische Bauteil 10 aus der Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 umfassen. Das fluidische Bauteil 10 (und seine Komponenten) aus Figur 12 kann demnach die Abmessungen (Länge, Breite, Höhe, Tiefe, Durchmesser) aufweisen, die für das fluidische Bauteil 10 (und seine Komponenten) aus Figur 1 weiter oben beschrieben worden sind.
Die Ausführungsform aus Figur 12 unterscheidet sich von jener aus Figur 1 insbesondere in der Ausgestaltung stromaufwärts der Einlassöffnung 101 des fluidischen Bauteils 10 (Teil der ersten Zufuhrvorrichtung 40) und stromabwärts der Auslassöffnung 202 der Mischungskammer 20. Während in der Ausführungsform der Figur 1 stromaufwärts der Einlassöffnung 101 der trichterförmige Ansatz 106 vorgesehen ist, der sich ausschließlich innerhalb der Oszillationsebene, in der sich das erste Fluid 7 im fluidischen Bauteil 10 bewegt, erstreckt, so dass das erste Fluid 7 vor Erreichen der Einlassöffnung 101 ausschließlich entlang der ersten Fluidstromrichtung Fi innerhalb der Oszillationsebene strömt, ist in der Ausführungsform aus Figur 12 stromaufwärts des Ansatzes 106 ein Einlasskanal 1614 vorgesehen. Der Einlasskanal 1614 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zur Oszillationsebene und somit senkrecht zu dem Ansatz 106. Dabei schließt sich der Ansatz 106 unmittelbar an den Einlasskanal 1614 an. Der Übergang zwischen Einlasskanal 1614 (bzw. dessen stromabwärtigen Ende) und dem Ansatz 106 (bzw. dessen stromaufwärtigen Ende) ist in Figur 13 mit dem Bezugszeichen 161 gekennzeichnet. Der Ansatz 106 und der Einlasskanal 1614 können einstückig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Einlasskanal 1614 in einer Begrenzungswand ausgebildet sein, die sich parallel zu der Oszillationsebene erstreckt und den Ansatz 106 begrenzt, wobei der Einlasskanal 1614 die Begrenzungswand quer zur Oszillationsebene komplett durchdringt. Das erste Fluid 7, das den Einlasskanal 1614 und den Ansatz 106 durchströmt, erfährt somit eine Umlenkung um im Wesentlichen 90°.
Entsprechend verhält es sich in der Ausführungsform der Figur 12 stromabwärts der Auslassöffnung 202 der Mischungskammer 20. An den Interaktionskanal 30 schließt sich stromabwärts unmittelbar ein Auslasskanal 3024 an. Der Übergang zwischen Interaktionskanal 30 (bzw. dessen stromabwärtigen Ende) und dem Auslasskanal 3024 (bzw. dessen stromaufwärtigen Ende) ist in Figur 13 mit dem Bezugszeichen 302 gekennzeichnet. Dabei erstreckt sich der Interaktionskanal 30 ausschließlich in der Oszillationsebene und der Auslasskanal 3024 im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene. Der Interaktionskanal 30 und der Auslasskanal 3024 können einstückig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Auslasskanal 3024 in einer Begrenzungswand ausgebildet sein, die sich parallel zu der Oszillationsebene erstreckt und den Interaktionskanal 30 begrenzt, wobei der Einlasskanal 1614 die Begrenzungswand quer zur Oszillationsebene komplett durchdringt. Das erzeugte Fluidgemisch 9, das den Interaktionskanal 30 und den Auslasskanal 3024 durchströmt, erfährt somit eine Umlenkung um im Wesentlichen 90°.
Der Einlasskanal 1614 und der Auslasskanal 3024 haben jeweils einen konstanten Durchmesser und sind beispielhaft zylindrisch. Der Einlasskanal 1614 hat dabei einen Durchmesser diei von 0,45 mm und der Auslasskanal 3024 einen Durchmesser d302 von 0,5 mm. Alternativ können diese beiden Durchmesser auch gleich groß sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Durchmesser d302 nicht kleiner als der größere Wert von b2on (Breite der zweiten Einlassöffnung 2011) und di6i : d302 ^ max(b20n, di6i). Das geeignete Größenverhältnis von diei und d302 ist abhängig von der Natur der zu mischenden Fluide, deren Interaktion (beispielsweise Kollision) oder chemischen Reaktionen miteinander sowie von dem Mengenverhältnis der zu mischenden Fluiden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Übergang 161 zwischen dem Einlasskanal 1614 und dem Ansatz 106 und am Übergang 302 zwischen dem Interaktionskanal 30 und dem Auslasskanal 3024 keine Stufe ausgebildet. Dabei geht die Wandung des Einlasskanals 1614 (Interaktionskanals 30) direkt und stufenlos in die Wandung des Ansatzes 106 (Auslasskanals 3024) über. Jedoch kann an den genannten Übergängen 161 , 302 auch eine Stufe ausgebildet sein. So ist in Figur 12 exemplarisch eine Stufe am Übergang 161 zwischen dem Einlasskanal 1614 und dem Ansatz 106 dargestellt, wobei der Durchmesser diei des Einlasskanals 1614 kleiner ist als die Breite bio6 (Ausdehnung in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse L) des Ansatzes 106. Hingegen sind in Figur 12 der Durchmesser d302 des Auslasskanals 3024 und die Breite b3oo (Ausdehnung in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse L) des Interaktionskanals 30 gleich groß.
Der Einlasskanal 1614 ist mit der Einlassöffnung 101 des fluidischen Bauteils 10 fluidisch über den Ansatz 106 verbunden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht die Länge li06 (Ausdehnung entlang der Längsachse Lvom Mittelpunkt des Durchmessers di6i des Einlasskanals 1614 bis zur Einlassöffnung 101) des Ansatzes 106 mindestens der Summe aus dem Doppelten der Breite bioi und dem Doppelten des Durchmessers di6i :
1106 ä 2xb-|01 + 2xdl61.
In der Ausführungsform der Figur 12 sind die Breite bmi der Einlassöffnung 101 und die Breite bn der kleinsten Querschnittsfläche An im Hauptstromkanal 103 zwischen den inneren Blöcken 11a, 11b gleich groß und nehmen jeweils den Wert 0,38 mm an.
Die Auslassöffnung 202 der Mischungskammer 20 ist mit dem Auslasskanal 3024 fluidisch über den Interaktionskanal 30 verbunden. Der Interaktionskanal 30 hat zumindest abschnittsweise eine konstante Breite b3oo (Ausdehnung in der Oszillationsebene und quer zur Fluidstromrichtung). In der Ausführungsform aus Figur 12 ist die Breite b3oo über die gesamte Länge des Interaktionskanals 30 konstant und beträgt ca. 0,5 mm. Die Länge ho des Interaktionskanals 30 ist entlang der Längsachse L (bzw. Fluidstromrichtung) zwischen der Auslassöffnung 202 der Mischungskammer 20 und dem Mittelpunkt des Durchmessers d302 des Auslasskanals 3024 definiert und kann unterschiedliche Werte annehmen. Vorzugsweise ist die Länge l3o mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser d302: l30 > 2 x d302. Bei der Verwendung der Vorrichtung zur Erzeugung von Lipidnanopartikeln ist l30 > 5 x d302 vorteilhaft. Ist der Interaktionskanal 30 nicht geradlinig, wie beispielsweise in der Ausführungsform aus Figur 8, so ist die Länge l30 entlang der Mittellinie des Interaktionskanals 30 definiert.
Die zweite Einlassöffnung 2011 der Mischungskammer 20 weist in der Ausführungsform aus Figur 12 einen kreisrunden Querschnitt auf. Die Breite b2on (Ausdehnung in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse L) beträgt hier beispielhaft 0,3 mm, so dass die zweite Einlassöffnung 2011 eine Querschnittsfläche von ca. 0,07 mm2 aufweist. Entlang der Längsachse L beträgt der Abstand hon zwischen der ersten Einlassöffnung 201 der Mischungskammer 20 und dem Mittelpunkt der zweiten Einlassöffnung 2011 der Mischungskammer 20 1 ,01 mm. Die Bauteiltiefe h206 (Ausdehnung quer zur Oszillationsebene) der Mischungskammer 20 im Bereich zwischen der ersten und der zweiten Einlassöffnung 201 , 2011 ist vorteilhaft nicht größer als das Dreifache der Breite b2on : h206 ^ 3 x b2on . Besonders vorteilhaft ist h206 ^ 2,75 x b2on.
Auf Höhe des Mittelpunkts der zweiten Einlassöffnung 2011 weist die Mischungskammer 20 eine Querschnittsfläche A20,b2onm (quer zur Längsachse L) von ca. 0,25 mm2 auf. Weiter stromaufwärts (in Bezug auf die erste Fluidstromrichtung Fi) in der Mischungskammer 20 auf der Höhe unmittelbar vor der zweiten Einlassöffnung 2011 beträgt die Querschnittsfläche A20,b2ona (quer zur Längsachse L) der Mischungskammer 20 ca. 0,21 mm2. Weiter stromabwärts (in Bezug auf die erste Fluidstromrichtung Fi) in der Mischungskammer 20 auf der Höhe unmittelbar nach der zweiten Einlassöffnung 2011 beträgt die Querschnittsfläche A2o,b2one (quer zur Längsachse L) der Mischungskammer 20 ca. 0,3 mm2. Die Tiefe der Mischungskammer 20 ist in diesen drei Bereichen gleich groß. Die Querschnittsflächen A2o,b2ona und A2o,b2one können auch gleich groß sein, oderA2o,b2ona kann größer als A2o.b2one sein. A2o,b2onm kann beliebige Werte zwischen den Werten A2o,b2oiia und A2o,b2oiie annehmen Das konkrete Größenverhältnis kann von der gewünschten Anwendung abhängen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Querschnittsfläche A2o,b2one der Mischungskammer 20 mindestens so groß wie die Summe der Querschnittsflächen A2OI , A2on der ersten und zweiten Einlassöffnung 201, 2011 der Mischungskammer 20: A2o,b2one ä A2OI + A2on. Zusätzlich zu der Bedingung A2o,b2oiie ^ A2OI + A2OII kann gelten A2o,b2one ^ 3,5 x A2OI . Werden beide Bedingungen erfüllt und ist die Bauteiltiefe h206 (Ausdehnung quer zur Oszillationsebene) im Bereich des Einlasskanals 206 der Mischungskammer 20 konstant, so kann das Vermischen des ersten Fluids 7 mit dem zweiten Fluid 8 optimiert werden.
In der Ausführungsform aus Figur 12 weist das fluidische Bauteil 10 ein Volumen Vi0 von ca. 0,67 mm3. Das Volumen Vi0 ist als der Raum definiert, den das erste Fluid 7 zwischen der Einlassöffnung 101 des fluidischen Bauteils 10 und der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 10 durchströmen kann. Dabei weist der Hauptstromkanal 103 des fluidischen Bauteils 10 ein Volumen V103 von ca. 0,32 mm2 auf. Das Volumen V2o der Mischungskammer 20 beträgt ca. 1 ,68 mm3. Das Volumen V2o ist als der Raum definiert, den das erste Fluid 7, das zweite Fluid 8 bzw. das erzeugte Fluidgemisch 9 zwischen der ersten und der zweiten Einlassöffnung 201 , 2011 der Mischungskammer 20 einerseits und der Auslassöffnung 202 der Mischungskammer 20 andererseits durchströmen kann. Die Einlassöffnungen 201 , 2011 und die Auslassöffnung 202 sind jeweils dort definiert, wo die Querschnittsfläche (quer zur Fluidstromrichtung) der Mischungskammer 20, die der Fluidstrom passiert, wenn er in die Mischungskammer 20 eintritt beziehungsweise aus der Mischungskammer 20 wieder austritt, jeweils am kleinsten ist. Das Volumen V2o umfasst insbesondere nicht den Raum stromaufwärts der besagten kleinsten Querschnittsfläche, in dem nur eines der Fluide 7, 8 der Mischungskammer 20 zugeführt wird. Das Volumen V20 umfasst insbesondere auch nicht den Raum stromabwärts der besagten kleinsten Querschnittsfläche, in dem das Fluidgemisch 9 abgeleitet wird. Weiterhin beträgt das Volumen V4o der kompletten ersten Zufuhrvorrichtung 40 ca. 1,017 mm3. Dabei ist das Volumen V4o als der Raum definiert, den das erste Fluid 7 zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Einlasskanals 1614 und der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 10 durchströmen kann. Vorteilhaft für das Mischungsergebnis ist, wenn das Volumen V2o der Mischungskammer 20 größer als das Volumen V40 der Zufuhrvorrichtung 40 ist: V2o > V40. bzw. V2o > V4o > V10 > V103. Die vorstehenden konkreten Volumenangaben beziehen sich auf eine Variante der Vorrichtung 1 aus Figur 12. Je nach gewünschter Anwendung kann die Vorrichtung 1 skaliert werden, wobei das Verhältnis der Volumina, die für die eine Variante angegeben sind, beibehalten wird.
Figur 13 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorrichtung 1 aus Figur 12 entlang der Linie D‘- D“. Ebenfalls dargestellt sind ein Abdeckelement 60 und eine optionale Dichtung 70, die sich jeweils in einer Ebene parallel zur Oszillationsebene erstrecken und auf der Seite der Vorrichtung 1 angeordnet sind, die von der zweiten Einlassöffnung 2011 abgewandt ist. Das Abdeckelement 60 ist hier nur im Schnitt dargestellt, erstreckt sich jedoch über die gesamte Vorrichtung 1. Der Übersicht halber sind zwischen dem Abdeckelement 60, der Dichtung 70 und dem Körper 2 der Vorrichtung 1, in dem die fluidführenden Funktionselemente 40, 50, 20, 30 ausgebildet sind, Abstände dargestellt, die tatsächlich jedoch nicht vorhanden sind.
Das Abdeckelement 60 dichtet die fluidführenden Funktionselemente 40, 20, 30 gegenüber der Umgebung ab. In der dargestellten Ausführungsform sind der Einlasskanal 1614 stromaufwärts der Einlassöffnung 101 des fluidischen Bauteils 10, der in die zweite Einlassöffnung 2011 der Mischungskammer 20 mündende Zufuhrkanal 2014 sowie der Auslasskanal 3024 des Interaktionskanals 30 als Bohrungen senkrecht zur Oszillationsebene in dem Körper 2 ausgebildet. Prinzipiell können diese Bohrungen jedoch alternativ oder zusätzlich im Abdeckelement 60 ausgebildet sein.
In der Ausführungsform aus den Figuren 1 bis 4 sind der Körper 2 und das Abdeckelement 60 einstückig ausgebildet, wobei die fluidführenden Funktionselemente in einen Materialblock eingearbeitet sind. Diese Ausgestaltung ist prinzipiell auch für die Ausführungsform der Figuren 12 und 13 möglich. Ebenso ist die Ausgestaltung (Körper 2, Abdeckelement 60 und Dichtung 70 separat) auf die Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 anwendbar.
Die Dichtung 70 kann aus einem elastischen Material gefertigt sein. Insbesondere bei Anwendungen der Vorrichtung 1, bei denen an der ersten Zufuhrvorrichtung 40 (konkret am Einlasskanal 1614) ein Eingangsdruck PIOIN von über 5 bar angelegt wird, ist die Verwendung eines elastischen Materials vorteilhaft. Die in den Figuren 12 und 13 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 1 kann beispielsweise mit einem Eingangsdruck PIOIN am Einlasskanal 1614 von 0,5 bar bis 90 bar (erstes Fluid 7) sowie mit einem Eingangsdruck P201N am Zufuhrkanal 2014 von 0,5 bar bis 90 bar (zweites Fluid 8) betrieben werden. Typische Eingangsdrücke liegen im Bereich zwischen 0,75 bar und 65 bar. Wird die Vorrichtung 1 aus den Figuren 12 und 13 in einem Verfahren zur Erzeugung von Lipidnanopartikeln verwendet, so können in diesem Verfahren Eingangsdrücke PIOIN, P201N zwischen 1 bar und 30 bar angesetzt werden. Typische Eingangsdrücke liegen im Bereich zwischen 2 bar und 6 bar.
Stromaufwärts (in Bezug auf die zweite Fluidstromrichtung F2) der zweiten Einlassöffnung 2011 der Mischungskammer 20 ist unmittelbar ein Zufuhrkanal 2014 ausgebildet. Der Zufuhrkanal 2014 ist als zylindrische Bohrung ausgebildet und weist einen Durchmesser d2oi4 auf, der der Breite b2on der zweiten Einlassöffnung 2011 entspricht. Der Durchmesser d2oi4 kann jedoch auch von der Breite b2on verschieden sein. In der Ausführungsform der Figuren 12 und 13 weist die zweite Einlassöffnung 2011 eine scharfe Kante auf. Grundsätzlich kann diese auch anders gestaltet sein, beispielsweise mit einer Fase oder einem Radius. Besonders vorteilhaft ist jedoch, die zweite Einlassöffnung 2011 scharfkantig und gratfrei auszuführen. Der Zufuhrkanal 2014 ist mit einem Rohrstück 204 oder einem Schlauch fluidisch verbindbar (Figur 13). Dabei ist der Durchmesser des Rohrstücks 204 oder des Schlauchs größer als der des Zufuhrkanals 2013. Dadurch entsteht im Übergangsbereich eine Stufe 2020, die in Figur 13 scharfkantig ausgebildet ist. Allerdings kann der Übergang zwischen Rohrstück 204 bzw. Schlauch und Zufuhrkanal 2014 auch fließend (stufenlos) gestaltet sein oder kann an der Stufe 2020 eine Fase ausgebildet sein. Wie bereits im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 erwähnt, schließt der Zufuhrkanal 2014 (bzw. das mit diesem verbundenen Rohrstück 204) mit der Oszillationsebene einen Wnkel ß und einen Winkel h ein. Der Winkel ß wird dabei in einer Ebene gemessen, die parallel zur Längsachse L und senkrecht zur Oszillationsebene verläuft. Der Wnkel h hingegen wird in einer Ebene gemessen, die senkrecht zur Längsachse L und senkrecht zur Oszillationsebene verläuft. Die Größenangaben für die Winkel ß und h in der Ausführungsform der Figuren 1 bis 4 gelten auch für die Ausführungsform der Figuren 12 und 13.
Die zuvor genannten geometrischen Beziehungen für die Vorrichtung 1 enden mit dem Zufuhrkanal 1614 und dem Zufuhrkanal 2014 sowie mit dem Auslasskanal 3024 und schließen insbesondere Fluidversorgungseinrichtungen, die an den Zufuhrkanal 1614 und an den Zufuhrkanal 2014 anzuschließen sind, und Vorrichtungen zum Auffangen des durch den Auslasskanal 3024 abgegebenen Fluidgemischs nicht mit ein.
Der Zufuhrkanal 2014 weist eine Länge h2c auf, die in Figur 13 gekennzeichnet ist. Die Länge h2cm beträgt mindestens dem 2,5-fachen der Breite b2on: h2cm ä 2,5 c b2on. Besonders bevorzugt ist h2oi4 ä 4,2 c b2on gilt.
In der Ausführungsform der Figuren 12 und 13 weisen das fluidische Bauteil 10 und die Mischungskammer 20 dieselbe Höhe (Ausdehnung quer zur Oszillationsebene) auf: hio = h2o. Die Höhen hm und h2o sind über die gesamte Ausdehnung des fluidischen Bauteils 10 bzw. der Mischungskammer 20 konstant und betragen 0,3 mm. Somit beträgt auch die Höhe hio2 an der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 100,3 mm. Daraus resultiert, dass die Maße bio2 und hio2 den gleichen Wert von 0,3 mm annehmen und damit Aimin bilden. Die Begriffe Höhe h und Tiefe h bezeichnen jeweils die Ausdehnung quer zur Oszillationsebene und werden daher in dieser Anmeldung synonym verwendet.
Mit den vorgenannten geometrischen Angaben kann das erzeugte Fluidgemisch 9 einen Gesamtvolumenstrom V9 von 10 ml/min bis 90 ml/min aufweisen (messbar im Auslasskanal 3024). In dem Gesamtvolumenstrom V9 kann das erste Fluid 7 einen Volumenanteil von 75% und das zweite Fluid 8 einen Volumenanteil von 25% aufweisen. Ein Gesamtvolumenstrom V9 von 10 ml/min bis 90 ml/min stellt sich ein bei Eingangsdrücken P IOIN und P201N am Einlasskanal 161 bzw. am Zufuhrkanal 2013 von 2 bar bis 6 bar, und vice versa.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ermöglicht, den Volumenstrom des ersten Fluids 7, den Volumenstrom des zweiten Fluids 8, den Gesamtvolumenstrom V9 des Fluidgemischs sowie die Eingangsdrücke PIOIN, P201N über einen großen Prozessbereich einzustellen, ohne dass sich die Qualität des erzeugten Fluidgemischs 9 bzw. der erzeugten Partikel signifikant ändert. Ferner ist die Vorrichtung 1 verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Druckpulsationen des ersten und zweiten Fluids, so dass auch das Verfahren, das die Vorrichtung 1 zur Erzeugung eines Fluidgemisches verwendet, verhältnismäßig unempfindlich gegenüber den genannten Druckpulsationen ist. Druckpulsationen werden beispielsweise durch Druckerhöhungseinrichtungen erzeugt, die beispielsweise in dem Verfahren aus Figur 10 (Figur 15) in den Verfahrensschritten P2.1 und P2.2 (V2.1 und V2.2 und optional V2.3 bis V2.5) eingesetzt werden.
Die Volumenströme des ersten und des zweiten Fluids können bei gleichbleibenden Eingangsdrücken PI0IN, P201N durch Änderung der Breite bi02 und/oder der Höhe hi02 der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 10 geändert werden. In der Ausführungsform der Figuren 12 und 13 ist das Längenverhältnis E102, das definiert ist mit E102 = bi02/hio2, gleich 1. Jedoch kann E102 auch ungleich 1 sein.
Vorstehend sind verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung 1 beschrieben, wobei für einzelne Ausführungsformen konkrete geometrischen Abmessungen (Länge, Breite, Höhe, Tiefe, Durchmesser) angegeben sind. Diese beziehen sich auf eine konkrete Variante der jeweiligen Ausführungsform der Vorrichtung 1. Je nach gewünschter Anwendung kann die Vorrichtung 1 skaliert werden, wobei die wesentlichen Größenverhältnisse der geometrischen Abmessungen, die für die eine konkrete Variante angegeben sind, beibehalten wird. Je nach Mischungsaufgabe können einzelne geometrische Abmessungen entsprechend angepasst werden.
Figur 15 stellt schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Mischen von mindestens zwei Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemischs 9, das die mindestens zwei Fluide umfasst, dar. Für das Verfahren aus Figur 15 (ebenso wie für das Verfahren aus Figur 10) kann die Vorrichtung 1 in der Ausführungsform der Figuren 12 und 13 verwendet werden. Jedoch kann auch die Vorrichtung 1 gemäß einer der anderen Ausführungsformen (Figuren 1 bis 8) verwendet werden. Die für das Verfahren verwendeten Eingangsstoffe können bei Raumtemperatur durchaus in gasförmiger oder fester Form vorliegen. Durch eine Temperierung und / oder Einstellung des Eingangsdruckes vor der und/oder in der Vorrichtung 1 können die Eingangsstoffe dann in die gewünschte Fluidform überführt werden, so dass sie für den Mischprozess in der Mischungskammer 20 und auch in dem fluidischen Bauteil 10 bevorzugt in flüssiger Form vorliegen.
Verfahrensschritte, die in Figur 15 in Kästchen mit gepunktetem Rand dargestellt sind, sind lediglich optional. Die ersten Verfahrensschritte V1.1 und V1.2 und optional V1.3, V1.4 und V1.5 werden parallel durchgeführt. Dabei liegen das erste Fluid 7 und das zweite Fluid 8 (beziehungsweise Bestandteile dieser) sowie drei weitere Fluide (falls verwendet) in getrennter Form vor. In diesen Verfahrensschritten wird der Volumenstrom der verwendeten Fluide (sowie die Volumenstromverhältnisse) eingestellt. Hierdurch kann das Mischungsverhältnis (und für den Fall, dass bei dem Mischvorgang Partikel erzeugt werden, gegebenenfalls auch die Partikelgröße) eingestellt werden. Insbesondere kann durch Veränderung der Volumenstromverhältnisse der verwendeten Fluide die Größe der erzeugten Partikel angepasst werden, ohne die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erzielte Monodispersität der Partikelgrößenverteilung (das heißt Polydispersitätsindex nahe 0) signifikant zu verändern. Beispielsweise kann für die Erzeugung von mRNA-Nanopartikeln das Mischungsverhältnis 75 % Volumenanteil für das erste Fluid 7 im Schritt V1.1 und 25 % Volumenanteil für das zweite Fluid 8 im Schritt V1.2 eingestellt werden. Dabei umfasst das erste Fluid 7 eine wässrige mRNA-Lösung und das zweite Fluid 8 eine Lipidmischung. Zur Erzeugung der mRNA-Nanopartikel kann der Gesamtvolumenstrom Vg 10 ml/min betragen, wobei für das erste Fluid 7 ein konstanter Volumenstrom V7 von 7,5 ml/min und für das zweite Fluid 8 ein konstanter Volumenstrom Vs von 2,5 ml/min eingestellt wird. Unter den drei weiteren Fluiden kann beispielsweise ein organisches Lösungsmittel sein, dessen Volumenstrom im Verfahrensschritt V1.4 eingestellt wird. Es kann vorgesehen sein, dass das organische Lösungsmittel in einem späteren Verfahrensschritt wieder entfernt wird.
In den zweiten Verfahrensschritten V2.1 und V2.2 und optional V2.3, V2.4 und V2.5 werden mittels geeigneter Pumpvorrichtungen (je nach Menge beispielsweise Spritzen- oder Umlagepumpen) der Eingangsdruck PI0IN des ersten Fluids 7 (bzw. Bestandteile davon) und der Eingangsdruck P2OIN des zweiten Fluids 8 (bzw. Bestandteile davon) eingestellt. Der Eingangsdruck PI0IN des ersten Fluids 7 ist dabei der Druck, mit dem das erste Fluid über die Einlassöffnung 101 in die Strömungskammer 100 des fluidischen Bauteils 10 (erste Zufuhrvorrichtung 40) eintritt. Der Eingangsdruck P2OIN des zweiten Fluids 8 ist dabei der Druck, mit dem das zweite Fluid in die zweite Zufuhrvorrichtung 50 eintritt.
In den zweiten Verfahrensschritten V2.1 und V2.2 und optional V2.3, V2.4 und V2.5 können die eingesetzten Eingangsstoffe falls erforderlich temperiert werden. Auch kann der Eingangsdruck eingestellt werden, um den Eingangsstoffen die erforderlichen physikalischen Eigenschaften zu verleihen. So kann beispielsweise die Viskosität der Eingangsstoffe eingestellt werden. Temperatur und/oder Eingangsdruck können je nach Art der Eingangsstoffe Einfluss auf das Mischungsverhältnis bzw. das Ergebnis des Mischprozesses haben.
Der dritte Verfahrensschritt V3 ist optional. In diesem Schritt kann durch Mischung der in V1.2 und V1.3 sowie V2.2 und V2.3 behandelten Fluide, sofern diese nicht bereits das erste bzw. zweite Fluid darstellen, das erste Fluid 7 oder das zweite Fluid 8 erzeugt werden. Für den Verfahrensschritt V3 kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommen. Grundsätzlich können für den Verfahrensschritt V3 jedoch auch andere Vorrichtungen zum Mischen eingesetzt werden.
In den vierten Verfahrensschritten V4.1 und V4.2 und optional V4.3 und V4.4 werden das erste und das zweite Fluid 7, 8 und optional weitere Fluide in die erste beziehungsweise zweite Zufuhrvorrichtung 40, 50 geleitet. Mit Hilfe der Zufuhrvorrichtungen 40, 50 werden in den Verfahrensschritten V4.1 und V4.2 und optional V4.3 und V4.4 die Strömungseigenschaften angepasst. So wird in V4.1 mit Hilfe des fluidischen Bauteils 10 eine Oszillation des ersten Fluids 7 erzeugt. Die Oszillationsfrequenz ist in der Regel höher als 100 Hz. Vorteilhaft ist eine Bewegungsfrequenz beziehungsweise Oszillationsfrequenz von mehreren tausend Herz, wie beispielsweise 2000 Hz. Somit wird an der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 10 ein passiv oszillierendes erstes Fluid 7 bereitgestellt. Der Oszillationswinkel des ersten Fluids kann mindestens 5°, vorzugsweise mindestens 25°, insbesondere bevorzugt mindestens 40° betragen. Für viele Anwendungsfälle ist ein Oszillationswinkel zwischen 25° und 50°, insbesondere zwischen 30°und 45° geeignet. Ein typischer Maximalwert für den Oszillationswinkel ist 75°. Die Verwendung einer ersten Zufuhrvorrichtung 40 (insbesondere eines fluidischen Bauteils 10) gemäß den Figuren 1 bis 7 und 12 und 13 hat den Vorteil, dass unerwünschte Druckschwankungen, die in den zweiten Verfahrensschritten entstehen können, gedämpft werden können, so dass das Verfahren verhältnismäßig unempfindlich gegenüber solchen Druckschwankungen ist.
In dem parallelen Verfahrensschritt V4.2 wird in der zweiten Zufuhrvorrichtung 50 mit Hilfe der zugehörigen Pumpvorrichtung ein (quasi-) stationärerzweiter Fluidstrahl 8 erzeugt und beschleunigt. In Abhängigkeit von der konkreten Aufgabenstellung oder der gewünschten Mischungsqualität kann eine Reduktion der Geschwindigkeit des zweiten Fluids 8 vorteilhaft sein. Alternativ ist auch möglich, dass in dem Verfahrensschritt V4.2 mit Hilfe der zweiten Zufuhrvorrichtung 50 eine Oszillation des zweiten Fluids 8 erzeugt wird. (Hierfür ist die zweite Zufuhrvorrichtung 50 mit einem fluidischen Bauteil 10 ähnlich zu dem der ersten Zufuhrvorrichtung 40 zu versehen.) Der Verfahrensschritt V5 umfasst die Vereinigung und Interaktion des ersten und zweiten Fluids in der Mischungskammer 20 und entspricht dem Verfahrensschritt P4 aus Figur 10. In dem Verfahrensschritt V5 interagieren die Bestandteile des Fluidgemischs 9 miteinander, was beispielsweise zu Fällungsreaktionen oder Partikel Wachstum (sofern während des Mischvorgangs V5 Partikel entstanden sind) führt. Optional kann mindesten ein weiteres Fluid z.B. aus V4.3 mit dem ersten und zweiten Fluid vereinigt werden, beispielsweise um eine chemische Reaktion einzuleiten. In diesem Fall kann das Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung 1 aus Figur 7 durchgeführt werden. Nach diesem Verfahrensschritt V5 kann direkt der Verfahrensschritt V9 erfolgen, in dem das erzeugte Fluidgemisch 9 der Vorrichtung 1 entnommen wird.
Zwischen den Verfahrensschritten V5 und V9 kann ein oder mehr Zwischenschritte V6, V7 und/oder V8 vorgesehen sein.
In dem optionalen Verfahrensschritt V6 können die Bestandteile des Fluidgemischs 9 über V5 hinaus miteinander interagieren. Der Verfahrensschritt V6 erfolgt in dem (konkret für diesen Verfahrensschritt vorgesehenen) Interaktionskanal 30, der sich stromabwärts an die Mischungskammer 20 anschließt. In dem Interaktionskanal 30 kann die Mischung verbessert und/oder die Größe der erzeugten Partikel angepasst werden
An den Verfahrensschritt V5 oder V6 kann sich optional der Verfahrensschritt V7 anschließen. Dieser sieht vor, dass das erzeugte Fluidgemisch 9 (mit oder ohne Partikel) mit einem weiteren Medium (Fluid) z.B. aus V4.4 versetzt wird, beispielsweise zwecks Verdünnung. Das Medium kann je nach Natur des erzeugten Fluidgemischs gewählt werden. Dies kann für die Weiterverarbeitung, beispielsweise wenn Nanopartikel erzeugt worden sind, förderlich sein.
An den Verfahrensschritt V5, V6 oder V7 kann sich optional der Verfahrensschritt V8 anschließen, in dem das erzeugte Fluidgemisch nachbearbeitet wird. Die Nachbearbeitung kann beispielsweise das Zählen der Anzahl der erzeugten Partikel, das Messen der Größe der erzeugten Partikel oder die Überprüfung der Qualität der erzeugten Partikel im Fluidgemisch 9 sein. Denkbar sind auch eine Dialyse (Aufbereitung) und/oder ein Filterprozess.
Abschließender Verfahrensschritt ist V9, in dem das erzeugte Fluidgemisch 9 aus der Vorrichtung 1 entnommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches umfassend eine Mischungskammer (20) mit einer ersten Einlassöffnung (201), über die ein erstes Fluid (7) in die Mischungskammer (20) einleitbar ist, einer zweiten Einlassöffnung (2011), über die ein zweites Fluid (8) in die Mischungskammer (20) einleitbar ist, und einer Auslassöffnung (202), über die das Fluidgemisch (9) umfassend das erste Fluid (7) und das zweite Fluid (8) ableitbar ist, eine erste Zufuhrvorrichtung (40), die fluidisch mit der Mischungskammer (20) über die erste Einlassöffnung (201) verbunden und ausgebildet ist, das erste Fluid (7) entlang einer ersten Fluidstromrichtung (Fi) in die Mischungskammer (20) zu leiten, und eine zweite Zufuhrvorrichtung (50), die fluidisch mit der Mischungskammer (20) über die zweite Einlassöffnung (2011) verbunden und ausgebildet ist, das zweite Fluid (8) entlang einer zweiten Fluidstromrichtung (F2) in die Mischungskammer (20) zu leiten, wobei die erste Zufuhrvorrichtung (40) ein fluidisches Bauteil (10) umfasst, welches aufweist eine Auslassöffnung (102), die mit der ersten Einlassöffnung (201) der Mischungskammer (20) fluidisch verbunden ist, und mindestens ein Mittel (104a, 104b) zur gezielten Richtungsänderung des ersten Fluids (7), das das fluidische Bauteil (10) durchströmt, insbesondere zur Ausbildung einer räumlichen Oszillation dieses Fluids (7) an der Auslassöffnung (102).
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidische Bauteil (10) eine Strömungskammer (100) umfasst, die von dem ersten Fluid (7) durchströmbar ist und die einen Hauptstromkanal (103), der eine Einlassöffnung (101) des fluidischen Bauteils (10) und dessen Auslassöffnung (102) miteinander verbindet, und mindestens einen Nebenstromkanal (104a, 104b) als Mittel zur gezielten Richtungsänderung des ersten Fluids (7) aufweist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zufuhrvorrichtung (40) und die erste Einlassöffnung (201) der Mischungskammer (20) einerseits und die zweite Zufuhrvorrichtung (50) und die zweite Einlassöffnung (2011) der Mischungskammer (20) andererseits derart zueinander angeordnet sind, dass die erste Fluidstromrichtung(Fi) und die zweite Fluidstromrichtung (F2) einen Winkel (ß) von 0° bis 90°, vorzugsweise von 35° bis 55°, insbesondere bevorzugt von 45° einschließen.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (104a, 104b) zur gezielten Richtungsänderung des ersten Fluids (7) ausgebildet ist, eine Oszillation des ersten Fluids (7) in einer Oszillationsebene herbeizuführen, und dass die zweite Zufuhrvorrichtung (50) und die zweite Einlassöffnung (2011) der Mischungskammer (20) derart angeordnet sind, dass die zweite Fluidstromrichtung (F2) und die Oszillationsebene des ersten Fluids (7) in einer Ebene quer zur ersten Fluidstromrichtung (Fi) einen Winkel (h) einschließen, der 30° bis 150°, vorzugsweise 90° beträgt.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischungskammer (20) eine Längsachse (L) aufweist, die sich entlang der ersten Fluidstromrichtung (Fi) erstreckt, und dass sich die Querschnittsfläche der Mischungskammer (20), die quer zur Längsachse (L) definiert ist, entlang der Längsachse (L) ändert.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche ausgehend von der ersten Einlassöffnung (201) der Mischungskammer (20) in einem einen Einlasskanal (206) bildenden, stromaufwärtigen Endabschnitt der Mischungskammer (20) mit zunehmendem Abstand von der ersten Einlassöffnung (201) zunimmt und/oder dass die Querschnittsfläche in einem einen Auslasskanal (207) bildenden, stromabwärtigen Endabschnitt der Mischungskammer (20) mit zunehmendem Abstand von der ersten Einlassöffnung (201) abnimmt.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (104a, 104b) zur gezielten Richtungsänderung des ersten Fluids (7) ausgebildet ist, eine Oszillation des ersten Fluids (7) in einer Oszillationsebene herbeizuführen, und dass die Ausdehnung der Mischungskammer (20) in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse (L) ausgehend von der ersten Einlassöffnung (201) der Mischungskammer (20) in dem Einlasskanal (206) mit zunehmendem Abstand von der ersten Einlassöffnung (201) zunimmt beziehungsweise dass die Ausdehnung der Mischungskammer (20) in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse (L) in dem Auslasskanal (207) mit zunehmendem Abstand von der ersten Einlassöffnung (201) abnimmt.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einlassöffnung (2011) der Mischungskammer (20) gegenüber der ersten Einlassöffnung (201) der Mischungskammer (20) entlang der Längsachse (L) der Mischungskammer (20) versetzt und innerhalb des Einlasskanals (206) ausgebildet ist.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Einlassöffnung (201, 2011) entlang der Längsachse (L) mindestens der halben Breite (b2oi) der ersten Einlassöffnung (201) der Mischungskammer (20) entspricht, wobei die Breite (b2oi) parallel zur Oszillationsebene und quer zur Längsachse (L) definiert ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischungskammer (20) ein Volumen aufweist, das größer ist als das Volumen des fluidischen Bauteils (10) beziehungsweise der Strömungskammer (100) des fluidischen Bauteils (10).
11. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zufuhrvorrichtung (50) vorgesehen und ausgebildet ist, das zweite Fluid (8) als (quasi)stationären Strom in die Mischungskammer (20) zu leiten oder dass die zweite Zufuhrvorrichtung (50) ein fluidisches Bauteil (10) umfasst, welches aufweist eine Auslassöffnung (102), die mit der zweiten Einlassöffnung (2011) der Mischungskammer (20) fluidisch verbunden ist, und mindestens ein Mittel (104a, 104b) zur gezielten Richtungsänderung des zweiten Fluids (8), das das fluidische Bauteil (10) durchströmt, insbesondere zur Ausbildung einer räumlichen Oszillation dieses Fluids (8) an der Auslassöffnung (102).
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Auslassöffnung (202) der Mischungskammer (20) stromabwärts eine zweite Mischungskammer (20‘) anschließt, wobei die zweite Mischungskammer (20‘) eine erste Einlassöffnung (201 ‘), eine zweite Einlassöffnung (2011‘) und eine Auslassöffnung (202‘) umfasst, wobei die erste Einlassöffnung (201 ‘) der zweiten Mischungskammer (20‘) der Auslassöffnung (202) der stromaufwärtigen Mischungskammer (20) entspricht.
13. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Auslassöffnung (202, 202‘) der Mischungskammer (20) beziehungsweise der zweiten Mischungskammer (20‘) stromabwärts ein Interaktionskanal (30) anschließt, der mindestens eine Krümmung aufweist.
14. Verfahren zum Mischen von Fluiden und zum Erzeugen eines Fluidgemisches, das folgende Schritte umfasst,
- Bereitstellen einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und 20, eines ersten Fluids (7) und eines zweiten Fluids (8)
- Einleiten des ersten Fluids (7) mit einem ersten Volumenstrom über die erste Zufuhrvorrichtung (40) in die Mischungskammer (20) und gleichzeitiges Einleiten des zweiten Fluids (8) mit einem zweiten Volumenstrom über die zweite Zufuhrvorrichtung (50) in die Mischungskammer (20)
- Ableiten des Fluidgemischs (9) umfassend das erste Fluid (7) und das zweite Fluid (8) aus der Mischungskammer (20) über deren Auslassöffnung (202).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Volumenstrom größer ist als der zweite Volumenstrom oder dass der erste Volumenstrom und der zweite Volumenstrom gleich groß sind.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid (7) und das zweite Fluid (8) jeweils eine Flüssigkeit oder eine Suspension, umfassend eine Flüssigkeit und darin verteilte Partikel, ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleiten des ersten Fluids in die Mischungskammer und das Einleiten des zweiten Fluids in die Mischungskammer jeweils kontinuierlich erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Fluid (7) und das zweite Fluid (8) hinsichtlich chemischer Zusammensetzung und/oder Konzentration einzelner Bestandteile unterscheiden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid (7) RNA, insbesondere mRNA, umfasst und dass das zweite Fluid (8) eine Lipidmischung umfasst.
20. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zufuhrvorrichtung (40) ausgebildet ist, die gezielte Richtungsänderung des ersten Fluids (7) herbeizuführen, so dass sich das erste Fluid (7) innerhalb der Mischungskammer (20) zeitlich veränderlich bewegt, wobei das erste Fluid (7) eine Bewegungskomponente entlang der ersten Fluidstromrichtung (Fi) und eine Bewegungskomponente quer zur ersten Fluidstromrichtung (Fi) aufweist, wobei sich das erste Fluid (7) innerhalb der Mischungskammer (20) insbesondere periodisch zeitlich veränderlich bewegt.
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