ES2348954T3 - Dispositivo para generar microesferas a partir de un fluido, metodo para inyectar al menos un primer fluido en un segundo fluido, y una placa de inyeccion. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para generar microesferas (12) a partir de un fluido (13), que comprende una placa (6) de inyección que comprende al menos un canal (1) de inyección definido que tiene en un lado de entrada una abertura de entrada de flujo para recibir un flujo de dicho fluido y en un lado de salida una abertura (7) de salida de flujo, para suministrar microesferas (12) desde dicho fluido, en el que dicho canal de inyección está provisto de medios de alimentación para llevar dicho flujo de dicho fluido a través del canal de inyección, y en el que la placa de inyección comprende al menos un canal (2, 10) secundario que está destinado y adaptado para contener, al menos durante el funcionamiento, un fluido auxiliar caracterizado porque dicho al menos un canal (2, 10) secundario está en comunicación abierta con dicho canal de inyección en una pared lateral de dicho canal de inyección, para crear un punto de rotura donde, al menos durante el funcionamiento, dicho flujo de dicho fluido se rompe en partes separadas, y porque para al menos una parte de dicho flujo de dicho fluido, una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario es mayor que una resistencia a la entrada de flujo del canal de inyección.

Description

La presente invención se refiere a un dispositivo para generar microesferas a partir de un fluido, que comprende una placa de inyección que comprende al menos un canal de inyección definido que tiene, en un lado de entrada, una abertura de entrada de flujo para recibir el fluido y, en un lado de salida, una abertura de salida de flujo para suministrar microesferas formadas a partir del fluido, y provisto de medios de 5 alimentación para llevar el fluido a través del canal de inyección. La invención se refiere también a un procedimiento para inyectar al menos un primer fluido en un segundo fluido, y a una placa de inyección. La invención se refiere particularmente aquí, a la generación de microesferas a partir de un canal de inyección con un diámetro efectivo de entre 0,1 y 50 micrómetros, para el propósito de inyectar 10 pequeñas microgotas líquidas en un líquido para obtener una emulsión, o microburbujas de gas en un líquido para obtener una espuma. Se hace notar aquí que cuando, en aras de la brevedad, se mencionan gotas o microgotas, en adelante, en la presente memoria, a no ser que lo opuesto sea evidente a partir del contexto, se entiende que éstas también significan burbujas o microburbujas. 15

Un procedimiento conocido para realizar una emulsión (o espuma) es la denominada emulsificación de flujo cruzado, en el que un fluido para dispersar es forzado como fase dispersada a través de una placa de inyección con canales de inyección, mientras una fase continua de flujo cruzado de un segundo fluido es guiada a una cierta velocidad, transversalmente respecto a las aberturas de salida de flujo de 20 los canales de inyección, sobre el lado de salida de la placa de inyección. Un ejemplo de dicho procedimiento conocido y de un dispositivo asociado se describe en la solicitud de patente europea EP 1.197.262. El segundo fluido que fluye pasando por aquí ejerce una tensión de cizalla sobre el primer fluido que deja la placa de inyección, por lo cual, tras alcanzar un cierto tamaño, una microgota es separada del primer 25 fluido y es atrapada y absorbida en el segundo fluido. El tamaño de las microgotas formadas de esta manera viene determinado parcialmente por la velocidad del segundo fluido que fluye a través y por la naturaleza de ambos fluidos. Las microgotas son formadas de esta manera con un diámetro variable de típicamente entre 2 y 20 veces el diámetro efectivo del canal de inyección en la placa de inyección. Se hace 30 notar aquí que cuando se hace mención en la presente solicitud de un radio o diámetro efectivo de un canal, esto se entiende que significa el radio o diámetro de un canal de referencia imaginario, perfectamente redondo, de un tamaño tal que se encuentra una resistencia a la entrada de flujo igual al fluido relevante. Para mejorar el cizallamiento de las microgotas por el segundo fluido, se hace uso en el dispositivo conocido de 35

canales de inyección con una sección transversal no redonda y no cuadrada, con el fin de crear, de esta manera, una superficie límite inestable entre la fase dispersada del primer medio y la fase continua del segundo medio en la abertura de salida de flujo del canal de inyección.

Se encuentra deseable para un número creciente de aplicaciones que las 5 microgotas formadas con el dispositivo sean muy finas y, además, tengan un tamaño mutuamente casi igual. Estas son, por ejemplo, microgotas con un diámetro de típicamente una décima de un micrómetro y varias decenas de micrómetros, que son todas, al menos prácticamente, del mismo tamaño. Dichas microgotas muy pequeñas, mono-dispersadas, resultan en, por ejemplo, una gran mejora en la estabilidad de una 10 emulsión (aceite/agua, agua/aceite). La textura y la reología de muchas espumas mejoran también si se incorporan microburbujas de gas iguales y muy pequeñas en esta espuma. Se encuentra que esto último es particularmente importante en la industria láctea, en la que productos sin grasa tienen una gran demanda creciente y opcionalmente múltiples emulsiones abren camino para nuevos productos y grupos de 15 productos.

El dispositivo y el procedimiento conocidos tienen la desventaja de que el tamaño de gota depende más o menos, de parámetros aleatorios del procedimiento y, por lo tanto, no es fijo sino, por el contrario, varía de una manera relativamente amplia dentro de los límites fijados. Además, en el dispositivo y el procedimiento conocidos para 20 formar la microgotas, un flujo cruzado de un segundo fluido en el lado de salida de la placa de inyección es esencial. Descubriéndose que, algunas veces, se encuentra que dicho flujo cruzado del segundo fluido requiere mucho tiempo, en la práctica.

El documento WO-A-2004/002627 divulga un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1, un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 26 y una 25 placa de inyección según el preámbulo de la reivindicación 27.

Por lo tanto, la presente invención tiene como su objetivo, entre otros, proporcionar un dispositivo del tipo indicado en el preámbulo, en el que no sea necesario un flujo cruzado de un segundo fluido. Es un objeto adicional de la invención proporcionar un dispositivo y un procedimiento del tipo indicado en el preámbulo, con 30 los cuales puedan formarse microgotas muy finas de un tamaño al menos casi mutuamente constante.

El objetivo pretendido se consigue mediante un dispositivo según la reivindicación 1, un procedimiento según la reivindicación 26 y una inyección según la reivindicación 27. 35

Con el propósito de conseguir el objetivo pretendido, un dispositivo del tipo indicado en el preámbulo tiene la característica de que el canal de inyección está en comunicación abierta, en una pared lateral del mismo, con al menos un canal secundario al menos en la posición del punto de rotura en el que, al menos durante el funcionamiento, un flujo del fluido en el canal de inyección se rompe en partes 5 separadas, que el canal secundario está destinado y adaptado, al menos durante el funcionamiento, para comprender un fluido auxiliar, al menos en la posición del punto de rotura, y que para al menos una parte del fluido, una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario es mayor que una resistencia a la entrada de flujo en el canal de inyección. El fluido auxiliar que entra, de esta manera, en contacto con el flujo 10 de inyección del primer fluido en la pared lateral del canal de inyección, facilita ya una separación en el canal de inyección, en el punto de rotura, de una gota de la parte restante del flujo de inyección. Este procedimiento, denominado también como auto-rotura, para distinguirlo de la rotura efectuada por un flujo cruzado del segundo fluido, tal como en el dispositivo y el procedimiento conocidos, hace posible romper el primer 15 fluido en microgotas mono-dispersadas, definidas de manera precisa, sin depender en manera alguna de los efectos y los factores “externos” al canal de inyección, tales como, por ejemplo, un flujo cruzado aplicado. Además, este mecanismo resulta todavía en la formación de gotas incluso sin flujo cruzado en el lado de salida de la placa de inyección. El dispositivo según la invención puede ser aplicado, de esta 20 manera, tanto para una emulsificación con flujo cruzado como para una formación de gotas directa.

La invención se basa aquí en la comprensión de que la separación de una gota se controla mejor y es acelerada haciendo que la rotura del flujo de líquido tenga lugar no en la superficie límite de la placa de inyección y el segundo fluido, sino ya en la 25 propia placa de inyección. La localización del punto de rotura viene determinada por una acción combinada de las tensiones superficiales del primer fluido y del fluido auxiliar y por la geometría local del canal de inyección, y está fijada de manera precisa de esta manera. La localización de la separación de una gota, y, por lo tanto, el tamaño de gota, no depende, por lo tanto, particularmente de factores del entorno 30 dinámico y de parámetros del procedimiento, tales como los que definen el tamaño de gota en el dispositivo y el procedimiento conocidos y que son difíciles de controlar o no pueden ser controlados. Cuanto más baja sea la resistencia al flujo al fluido auxiliar hacia el canal de inyección, más fácil y más rápidamente progresará la rotura del primer fluido en gotas. Por lo tanto, para una mayor capacidad de gotas, se aplican, 35

preferentemente, un número de canales secundarios y, una resistencia al flujo en los mismos se mantiene, preferentemente, tan baja como sea posible.

Las resistencias de entrada de flujo de, respectivamente, el canal de inyección y el canal secundario, están caracterizadas por su diámetro efectivo (deff) que viene definido por la presión de Laplace (PLaplace) del punto de burbuja correspondiente para 5 el primer fluido, según deff = 4γ/PLaplace. Aquí, se hace uso de condiciones no humectantes para el primer fluido. En el momento en el que no se alcanza completamente la condición no humectante, la tensión superficial (γ) límite debe multiplicarse por el coseno del ángulo de contacto resultante entre la placa de inyección, el primer fluido y el fluido auxiliar, tal como es estándar según la fórmula de 10 Young. El radio efectivo se define como la mitad del diámetro efectivo.

La auto rotura es un procedimiento dinámico en el que la superficie de una cantidad determinada del primer fluido en el canal de inyección se hace inestable debido a interrupciones y pueden crearse ondas superficiales de una longitud de onda de aproximadamente la circunferencia efectiva del canal de inyección. En el caso de 15 un canal de inyección redondo, esta es una onda con una longitud de onda igual a 2π veces el radio del canal de inyección. Las ondas tienen una forma en la que un cuello crece desde el primer fluido en el canal de inyección y fuera del mismo una gota que se hace cada vez más gruesa. La fuerza impulsora es la tensión superficial que, si el fluido auxiliar puede alcanzar el punto de rotura, asegura que el primer fluido siempre 20 se rompe en gotas ahí, de manera que minimiza la energía potencial del sistema. Los efectos y las influencias desde el exterior del canal de inyección, tales como un posible flujo cruzado y la viscosidad de un segundo fluido, no son un factor aquí.

La formación y la separación de microesferas, que tienen siempre sustancialmente el mismo tamaño, como resultado de una auto-rotura ocurren 25 independientemente de si hay presente o no un flujo cruzado de un segundo fluido en un lado de salida. El dispositivo según la invención puede hacerse funcionar, de esta manera, y aplicarse sin dicho un flujo cruzado. No obstante, una realización particular del dispositivo según la invención tiene la característica de que la placa de inyección y el lado de entrada delimitan un primer espacio, cuyo primer espacio está destinado y 30 adaptado para recibir en el mismo al menos un primer fluido al menos durante el funcionamiento, y que la placa de inyección y el lado de salida delimitan un segundo espacio, cuyo segundo espacio está destinado y adaptado para recibir en el mismo al menos un segundo fluido al menos durante el funcionamiento. Las microesferas formadas son inyectadas aquí directamente en el segundo fluido para formar, de esta 35

manera, por ejemplo, una espuma mono-dispersada o una emulsión mono-dispersada. Dichas espumas y emulsiones definidas de manera precisa, son de gran importancia para numerosas aplicaciones desde un punto de vista tanto de ingeniería de procesos como comercial.

La alimentación del fluido auxiliar al punto de rotura puede realizarse, por si 5 misma, de diversas maneras. Así, el fluido auxiliar puede ser suministrado separadamente o, en un lado de salida del canal de inyección, ser llevado desde el segundo fluido, en particular, por ejemplo, desde un flujo cruzado del mismo. Aparte de con una alimentación separada, en este último caso, el fluido auxiliar será entonces siempre el mismo que el segundo fluido del flujo cruzado. No obstante, se encuentra 10 que esto es muy práctico, ya que en este caso no tiene que disponerse un flujo separado para el fluido auxiliar. Con vistas a la alimentación del fluido auxiliar, una realización particular del dispositivo según la invención tiene la característica de que el canal secundario se extiende, al menos durante el funcionamiento, en comunicación abierta desde una superficie de la placa de inyección, en particular, desde el lado de 15 salida de la misma. El canal secundario es suministrado, aquí, desde la superficie de la placa de inyección, en particular, desde el lado de salida, desde un flujo cruzado de un segundo fluido que está fluyendo.

En una realización particular, el dispositivo según la invención tiene la característica de que el canal secundario es una extensión lateral delimitada 20 lateralmente del canal de inyección, que se extiende desde el lado de salida de la placa de inyección hasta al menos el punto de rotura del canal de inyección. Dicha una extensión lateral puede ser definida en el mismo procedimiento, o al menos similar, que el propio canal de inyección y desde el lado de salida permite el fluido, por ejemplo, de un flujo cruzado que fluye en esa posición, hasta el punto de rotura, con 25 una resistencia al flujo muy baja. Dicha extensión se define y se proporciona aquí según la invención, de manera que una resistencia a la entrada de flujo de la misma al primer fluido sea mayor que una resistencia a la entrada de flujo del canal de inyección. Con una elección cuidadosa de la presión de fluido, un flujo de fluido del primer fluido a través del canal de inyección puede ser aplicado, de esta manera, 30 durante el funcionamiento, en el que el primer fluido permanece encerrado en una parte central del canal de inyección sin entrar a dicha extensión, que es llenada, por el contrario, con el fluido auxilia. En una realización particular, dicha extensión lateral aquí, tiene una sección transversal incompleta, al menos sustancialmente poligonal o redonda, transversalmente a una dirección de flujo del canal de inyección. 35

En una realización preferente, el dispositivo según la invención tiene la característica de que el canal de inyección tiene un número de extensiones laterales delimitadas lateralmente, que se extienden desde la abertura de salida de flujo hasta al menos el punto de rotura, y de que las extensiones cercanas están inmediatamente contiguas unas a las otras y aquí, encierran mutuamente una parte pared puntiaguda 5 del canal de inyección. Las partes pared puntiagudas, en punta, entre las sucesivas extensiones reducen la superficie de contacto para la gota en formación, y ésto mejora y acelera una rotura final de la gota. De esta manera, es posible conseguir una rotura al menos prácticamente mono-dispersada, en la que no tiene que aplicarse, o apenas, un flujo cruzado de consideración en el lado exterior, y, no obstante, se consigue un 10 suministro de gotas suficientemente potente. Dichas partes pared puntiagudas previenen también la penetración del primer fluido en el canal secundario en la superficie de contacto con el canal de inyección.

En vez de mediante uno o más canales secundarios bien definidos, el fluido auxiliar puede ser llevado también al punto de rotura mediante un canal secundario en 15 forma de una red porosa de poros mutuamente comunicantes, denominado simplemente, más adelante, estructura de poros abiertos. Una realización preferente adicional del dispositivo según la invención tiene para este objetivo la característica de que, al menos en la posición del punto de rotura, una pared del canal de inyección es porosa con una estructura de poros abiertos, cuya estructura de poros abiertos forma 20 el al menos un canal secundario, y, más particularmente, que la placa de inyección comprende al menos una capa superior con una estructura de poros abiertos desde el lado de salida al menos hasta el punto de rotura en el canal de inyección, cuya estructura de poros abiertos forma el al menos un canal secundario. Dicha estructura como canal secundario tiene la ventaja de que no se requieren etapas litográficas o de 25 fabricación adicionales para este propósito. Una vez formado el canal de inyección, la alimentación del fluido auxiliar es posible a través de la estructura porosa. Para impedir tanto como sea posible una influencia mutua de los canales de inyección posiblemente acomodados juntos en la placa de inyección, una realización particular adicional del dispositivo según la invención tiene la característica de que la placa de 30 inyección comprende un número de canales de inyección individuales, particularmente para el fluido auxiliar, que están acomodados en partes separadas de la capa superior de la placa de inyección. Los canales de inyección individuales tienen, de esta manera, su propia estructura porosa para la alimentación del fluido auxiliar al punto de rotura. 35

Un suministro de gotas es mejorado también en una realización particular adicional del dispositivo según la invención, la cual está caracterizada porque la placa de inyección comprende una proyección en el lado de salida alrededor de la abertura de salida de flujo del canal de inyección. El canal de inyección, aquí, sobresale con la proyección como si fuera una “chimenea” sobre una parte contigua de la superficie de 5 la placa de inyección, lo cual mejora la rotura y el suministro de una gota que se forma en ese lugar. Además, dicho un extremo exterior tiene la ventaja de que el primer fluido puede contaminar menos fácilmente la superficie de la placa de inyección, por lo que el funcionamiento del dispositivo es más preciso.

En una realización particular adicional, el dispositivo según la invención está 10 caracterizado aquí porque la proyección de la placa de inyección comprende, al menos parcialmente, el al menos un canal secundario. En una realización preferente, el dispositivo según la invención está caracterizado, aquí, porque el al menos un canal secundario comprende al menos una perforación o ranura en una pared de la proyección. La formación del canal secundario en la pared normalmente relativamente 15 fina de la proyección resulta en una resistencia al flujo excepcionalmente baja del segundo fluido como fluido auxiliar, por lo que altas velocidades de flujo del primer fluido son viables sin afectar adversamente a la auto-rotura deseada del mismo. Se han conseguido muy buenos resultados en este sentido con canales de inyección que tienen una sección transversal sustancialmente poligonal, en particular, con forma de 20 estrella. El al menos un canal secundario puede ser formado específicamente como una perforación o una ranura en la proyección. En una realización preferente adicional del dispositivo según la inyección, la proyección es, sin embargo, porosa para realizar el suministro de un fluido auxiliar a través de una estructura de poros abiertos en la misma. Una realización particular de la misma comprende un conjunto de fibras, 25 capilares o tubos huecos porosos, preferentemente un filtro de membrana capilar acortado.

La invención proporciona un dispositivo que produce gotas o burbujas, en el que no es necesario el uso de un flujo cruzado, por medio del cual puede obtenerse una distribución de gotas casi mono-dispersada. La invención se basa aquí en una auto-30 rotura de un fluido en un canal de inyección de la placa de inyección. Pueden conseguirse resultados excepcionalmente buenos en este sentido con una realización particular del dispositivo según la invención, caracterizado porque el canal de inyección tiene una longitud que equivale a un mínimo de aproximadamente dos veces una distancia entre la abertura de la salida de flujo y el punto de rotura. Al hacer uso 35

de dicha longitud mínima con respecto al canal de inyección, el mecanismo de rotura no es interrumpido, o apenas es interrumpido, por la entrada de flujo del fluido al canal de inyección. Más particularmente, el canal de inyección está dimensionado y diseñado preferentemente de manera que el punto de rotura esté localizado a una distancia separada de la abertura de la salida de flujo de entre una y cinco veces, en 5 particular, de dos a cuatro veces y, más particularmente, de aproximadamente π veces un radio efectivo del canal de inyección.

En el dispositivo según la invención, el transporte de un fluido para dispersión tiene lugar a través del canal de inyección, mientras que el canal secundario proporciona un entrada de flujo de un fluido auxiliar al punto de rotura en el canal de 10 inyección, por medio del cual el fluido para dispersión se romperá en esa posición. Es importante aquí que la entrada de flujo del fluido auxiliar en el canal secundario no se obstruya demasiado por la generación de microgotas dispersadas en el lado de salida del canal de inyección. Para maximizar la velocidad y, de esta manera, el flujo de la placa de inyección, una realización particular adicional del dispositivo según la 15 invención tiene la característica de que al menos un canal secundario por canal de inyección es elegido en número y área de manera que hasta el punto de rotura con respecto al fluido auxiliar, una resistencia al flujo total del canal secundario sea menor que diez veces una resistencia al flujo del canal de inyección desde el punto de rotura con respecto al primer fluido. 20

Para prevenir un desplazamiento del fluido auxiliar desde el al menos un canal secundario por el primer fluido, una realización particular adicional del dispositivo según la invención tiene una característica de que un diámetro efectivo del canal secundario es más pequeño que un diámetro efectivo del canal de inyección, preferentemente un mínimo de dos veces más pequeño. Una placa de inyección, en la 25 que el diámetro efectivo del canal secundario es de dos a cinco veces más pequeño que el diámetro efectivo del canal de inyección, tiene la ventaja de que, incluso a presiones (trans-membrana) que son mucho mayores que la presión de Laplace del canal de inyección, el primer fluido no puede penetrar en el canal secundario, o puede penetrar difícilmente. 30

Una realización particular adicional del dispositivo según la invención está caracterizada porque el canal de inyección, opcionalmente en combinación con la placa de inyección, tiene una estructura superficial nano-rugosa o micro-rugosa. Cubriendo el canal de inyección, opcionalmente en combinación con la placa de inyección, con un recubrimiento que tiene una estructura nano-rugosa o micro-rugosa, 35

previene la humectación por el primer fluido. Debido a que por esto se consigue un efecto loto, se rompe una línea de contacto entre el primer fluido y la pared del canal de inyección. La contaminación de la superficie de la placa de inyección por el primer fluido y la penetración del primer fluido en las estructuras secundarias serán evitadas de esta manera. Esto previene la contaminación e incrementa, de esta manera, el 5 periodo de funcionamiento fiable. Dicho un recubrimiento puede consistir en carbono, compuestos similares a carbono, metales, materiales cerámicos, óxidos metálicos, polímeros, SAMs (mono-capa auto ensamblable) o combinaciones de estos materiales.

El sistema de placa de inyección, fluido auxiliar y primer fluido es ajustado 10 preferentemente de manera que el fluido auxiliar puede, en cualquier caso, humectar la placa de inyección mejor que el primer fluido. En el caso ideal en el que el fluido auxiliar puede humectar completamente la placa de inyección y el primer fluido no puede humectar en absoluto la placa de inyección (no humectante). Con el propósito de facilitar esto en la práctica, pueden añadirse sustancias al primer fluido y/o al fluido 15 auxiliar que decrecen el ángulo de contacto entre el fluido auxiliar y la placa de inyección, tal como tensoactivos y proteínas específicas en el caso de líquido. Esto puede conseguirse adicionalmente cubriendo el canal de inyección y/o la superficie de la placa de inyección con un material que proporciona las propiedades humectantes deseadas. El uso de un emulsificante/estabilizante (por ejemplo SDS, TWEEN, etc.) en 20 una emulsión formada puede reducirse considerablemente mediante medidas especiales que hacen que la rotura de la gota tenga lugar en una manera estable, tal como desgasificando un fluido líquido y forzando una descarga de gotas o burbujas formadas. No se necesita en absoluto un emulsificante para el procedimiento de auto-rotura mientras la estabilidad de las gotas mono-dispersadas formadas aquí requiere 25 una cantidad notablemente menor de estabilizantes de la aplicada normalmente en emulsiones poli-dispersadas.

Una realización particular adicional del dispositivo según la invención tiene la característica de que la placa de inyección tiene, al menos en una parte pared alrededor del canal de inyección, una estructura microporosa con una resistencia al 30 flujo muy baja al fluido auxiliar. Dicha estructura microporosa facilita una penetración del fluido auxiliar en el canal de inyección y puede obtenerse en muchas maneras, incluyendo, por ejemplo, por medio de un procedimiento de separación de fases, tal como es normal en la fabricación de membranas de filtración poliméricas. El suministro de fluido auxiliar durante el funcionamiento puede ser realizado proporcionando una 35

presión externa en la estructura microporosa. Cuanto mayor es la parte de la placa de inyección que tiene dicha estructura microporosa, más fácilmente avanza este proceso.

En una realización particular adicional, un dispositivo según la invención tiene la característica de que el canal de inyección se extiende sustancialmente de manera 5 lateral en la placa de inyección, de que al menos un canal secundario se abre a la parte superficie libre de la placa de inyección con al menos una perforación de una primera dimensión, y de que el canal de inyección desemboca en el lado de salida de la placa de inyección en al menos una perforación de una segunda dimensión más grande. El canal de inyección está dispuesto aquí a lo largo en la placa de inyección, 10 en la que mediante una o más perforaciones relativamente pequeñas en una pared del canal de inyección en la posición del punto de rotura, el primer fluido en el canal de inyección puede entrar en contacto directo con el fluido auxiliar proporcionado en esa posición. Las gotas aparecen desde la abertura de salida de flujo del canal de inyección en forma de una o más perforaciones mayores. En esta realización, una 15 longitud del camino, y, por lo tanto, una resistencia al flujo al fluido auxiliar hasta el punto de rotura, puede ser relativamente pequeña y se obtiene una libertad adicional de diseño ya que la abertura de salida de flujo no tiene que estar en línea con el canal de inyección. Además, esta realización proporciona la opción de variar el canal de inyección a lo largo de su longitud, lo cual proporciona también una libertad extra de 20 diseño.

Para generar gotas a partir de diferentes sustancias iniciales, y emulsiones dobles o incluso múltiples, una realización particular del dispositivo según la invención tiene la característica de que, al menos durante el funcionamiento, la abertura de entrada de flujo del canal de inyección está en comunicación abierta, opcionalmente 25 de manera simultánea, con entradas separadas para fluidos diferentes.

La invención se refiere también a un procedimiento para inyectar al menos un primer fluido en un segundo fluido, usando un dispositivo según la invención, cuyo procedimiento según la invención está caracterizado porque el al menos un fluido es proporcionado en el lado de entrada de la placa de inyección a una presión de 30 funcionamiento que se encuentra entre una presión para superar una resistencia a la entrada de flujo del canal de inyección y una presión para superar una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario, porque el segundo fluido es llevado en el lado de salida a lo largo de una superficie de la placa de inyección, y porque el al menos un canal secundario es suministrado con un fluido auxiliar. Un flujo cruzado del segundo 35

fluido es aplicado aquí en el lado de salida de la placa de inyección, y el primer fluido es introducido al canal de inyección por medio de la aplicación de una sobrepresión relativa al segundo fluido, la cual es al menos más alta que la presión de Laplace de la entrada de flujo requerida, asociada con la geometría específica del canal de inyección. La diferencia entre la presión para superar una tensión superficial límite 5 entre el primer fluido y el segundo fluido en el canal de inyección y la sobrepresión aplicada al primer fluido es convertida en energía cinética y fricción, y proporciona un movimiento del primer fluido a través del canal de inyección, en la dirección del segundo fluido. Por lo tanto, una superficie límite entre el primer fluido y el segundo fluido se mueve totalmente hacia la abertura de salida de flujo del canal de inyección. 10 Una vez fuera de éste, el primer fluido ya no está alojado entre las paredes del canal de inyección y la superficie límite tomará una forma esférica. La presión (Laplace) en la esfera creada se reduce en relación a la situación en el canal de inyección, como consecuencia de una curvatura decreciente de la superficie del primer fluido en la ahora creciente gota. 15

Durante el crecimiento de una gota, la presión cercana a la abertura de salida de flujo se reduce adicionalmente y se crea un gradiente de presión de la presión en el canal de inyección Pn a la presión del primer fluido P (presión trans-canal). A partir del momento en el que, a una distancia k.rn, con r aproximadamente igual a π, de la abertura de salida de flujo de salida en el canal de inyección, la presión ha caído hasta 20 que la presión de Laplace del cilindro se hace igual a Pn = γ/Rn, la columna del primer fluido es inestable a lo largo de esta distancia, y una onda superficial iniciará una rotura en una manera comparable a la rotura Rayleigh, conocida en la literatura, facilitada aquí por el fluido auxiliar proporcionado en esa posición desde el al menos un canal secundario. La rotura del flujo del primer fluido ocurrirá, de esta manera, 25 siempre en la misma posición y con una gran regularidad, lo que resulta en un suministro de gotas que tienen al menos prácticamente el mismo tamaño. Se hace uso aquí de un canal de inyección cilíndrico, perfectamente redondo, con un radio rn, aunque canales de inyección formados de manera diferente se comportan en una manera completamente correspondiente, aunque debe tomarse en cuenta un factor de 30 corrección aquí, mediante el cual k tendrá un valor entre 1 y 5. Si la condición humectante/no humectante no se consigue completamente, la tensión superficial límite (γ) debe ser modificada, tal como es estándar según la fórmula de Young.

Una realización particular del procedimiento aquí tiene la característica según la invención de que el segundo fluido es introducido como fluido auxiliar en el al menos 35

un canal secundario. En este caso, un fluido auxiliar no es suministrado separadamente, sino que es llevado con este objetivo desde el (flujo del) segundo fluido.

Una realización particular adicional del procedimiento según la invención tiene la característica de que el fluido auxiliar es suministrado junto con el primer fluido al 5 menos parcialmente por medio del canal de inyección. Por lo tanto, dispensado de la misma manera, hay un suministro separado de un fluido auxiliar que es pre-mezclado aquí con el primer fluido o es dispersado en el mismo (pre-emulsión) para ser admitido simultáneamente en el canal de inyección. A continuación, en el canal de inyección, el fluido auxiliar se separa y forma, en el punto de rotura, una fase separada que facilita 10 la rotura del primer fluido en esa posición. Además de emulsiones individuales, pueden fabricarse también de esta manera, emulsiones dobles y múltiples y puede modificarse una emulsión. Dicha modificación de una emulsión existente puede ser, por ejemplo, una homogenización, en la que una primera fase de una emulsión es procesada en gotas mono-dispersadas con el procedimiento según la invención, y ser suministrada, 15 de esta manera, en el lado de salida. Una segunda fase de la emulsión aquí funciona como fluido auxiliar, que es proporcionada en forma mezclada. Los canales secundarios en la placa de inyección, en este caso abiertos en un lado de entrada del sustrato, por ejemplo, como extensiones laterales de los canales de inyección o como micro-canales en una estructura de sustrato poroso. En el último caso, se recomienda 20 cubrir el sustrato en el lado de salida con una capa sustancialmente impermeable para forzar a la segunda fase a través de los canales de inyección.

El dispositivo y el procedimiento son particularmente adecuados para producir emulsiones y espumas. Una realización particular del procedimiento según la invención tiene para este objetivo la característica de que el segundo fluido comprende 25 un líquido, y el al menos un primer fluido es elegido de entre un grupo que comprende líquidos, gases, polvos y sus combinaciones.

Además, el procedimiento según la invención puede ser aplicado también para atomización mono-dispersada de un fluido. Una realización particular adicional del procedimiento según la invención tiene para este objetivo la característica de que el 30 segundo fluido comprende un gas y el al menos un primer fluido es elegido de entre un grupo que comprende líquidos, gases, polvos y sus combinaciones.

La invención se refiere también a una placa de inyección, tal como se aplica en el dispositivo descrito anteriormente según la invención y que se aclarará adicionalmente en base a un número de realizaciones ejemplares y a un dibujo. 35

La Figura 1 muestra una sección transversal de una realización del dispositivo según la invención, basado en una placa 6 de inyección según la invención, que tiene en la misma un canal 1 de inyección y canales 2 secundarios en forma de extensiones laterales, con una sección transversal prácticamente cuadrangular. En esta realización, el canal de inyección es redondo pero, dentro del alcance de la invención, 5 puede elegirse una forma diferente para el mismo, como también para las extensiones 2, por ejemplo, un rectángulo, un polígono, una elipse, un círculo, una forma de estrella o una secuencia de formas. Con un dimensionamiento cuidadoso del diámetro efectivo del canal 1 de inyección en relación a un diámetro efectivo de las extensiones 2, puede proporcionarse una resistencia a la entrada de flujo suficientemente alta a 10 éste último a un fluido llevado a través del canal de inyección, para encerrar el fluido, al menos casi completamente, en el canal 1 de inyección. Diferentes extensiones laterales pueden ser conectadas mutuamente para reducir, de esta manera, una resistencia al flujo del conjunto de canales 2 secundarios.

La Figura 2 muestra una sección longitudinal de la placa de canal de la Figura 1. 15 Se muestra claramente que en esta realización, una profundidad (longitud) 5 de los canales 2 secundarios se selecciona para ser menor que la profundidad (longitud) 4 del canal de inyección. La profundidad de los canales 2 secundarios es menor que la mitad de la profundidad del canal de inyección, pero se extiende al menos hasta un punto de rotura (virtual) en el canal de inyección de un fluido que es llevado a través 20 del canal de inyección.

En esta realización, se hace uso para la placa de inyección de un sustrato 6 de silicio con un grosor de aproximadamente 75 micrómetros, que define la longitud de canal del canal de inyección. Un número de canales de inyección prácticamente idénticos están dispuestos en el sustrato por medio de un procedimiento de grabado 25 fotolitográfico, que permite una definición controlada y precisa de los mismos. Una parte de la placa de inyección se muestra en una vista en perspectiva en la Figura 3, que muestra también claramente que las aberturas 7 de salida de flujo de los canales de inyección están posicionadas enrasadas con la superficie circundante del sustrato 6. Los canales 1 de inyección tienen un diámetro efectivo del orden de 10 30 micrómetros, mientras que un diámetro efectivo de la extensiones 2 laterales formadas en los mismos equivale a aproximadamente 3 micrómetros. Las extensiones laterales están formadas (grabadas) a una profundidad de aproximadamente 40 micrómetros en el sustrato 6.

Las extensiones 2 sucesivas en el canal 1 encierran entre ellas una parte 3 pared 35

puntiaguda del canal 1 de inyección. Estos puntos (estructuras) puntiagudos reducen la superficie de contacto y mejoran, de esta manera, la rotura en una gota o en una burbuja de gas de un fluido que fluye a través del canal 1 de inyección, y, además, previenen la penetración de este fluido en los canales 2 secundarios.

La Figura 4 muestra una vista en perspectiva de una realización alternativa de la 5 placa de inyección de la Figura 3. En esta realización, los canales de inyección sobresalen con partes 8 pared sobresalientes, con extensiones laterales delimitadas formadas en las mismas, sobre la superficie del sustrato 6, para prevenir la adhesión a la superficie de una gota o burbuja formada.

La Figura 5 muestra una vista en perspectiva de una realización adicional de una 10 placa de inyección, en la que los canales de inyección se proyectan con su extremo exterior sobre la superficie circundante del sustrato 6. Formados aquí, en las partes sobresalientes, hay un número de canales secundarios en forma de ranuras 10, que admiten un fluido auxiliar en el canal de inyección para inducir, de esta manera, una rotura independiente en un punto de rotura de un fluido llevado a través del canal de 15 inyección. Esto se muestra esquemáticamente en la sección longitudinal de la Figura 6. Una longitud 14 de la proyección 9 es preferentemente del orden de un mínimo de 1-5 veces el radio efectivo del canal de inyección, para asegurar que la rotura tiene lugar en la proyección del canal de inyección en vez de en un punto más profundo en el canal de inyección. 20

Durante el funcionamiento, un flujo de un primer fluido es guiado a través del canal 1 de inyección, a una cierta sobrepresión, y abandona el canal de inyección en un lado de salida del sustrato 6, en forma de gotas formadas a partir del primer fluido. En el lado de salida mostrado, un flujo de un segundo fluido es llevado aquí a lo largo de la superficie del sustrato 6, el denominado flujo cruzado, al interior del cual se 25 llevan las gotas formadas. De esta manera, pueden fabricarse, a escala industrial, espumas y emulsiones de fluidos mutuamente diferentes.

La rotura del flujo del primer fluido en el canal 1 de inyección tiene lugar debido a que el segundo fluido puede penetrar 11 en el canal de inyección a través de los huecos 10 del canal a un punto de rotura, donde el primer fluido 13 querrá 30 naturalmente romperse. Debido a que el segundo fluido entra al canal de inyección, las gotas o las burbujas de gas 12 formadas se moverán fuera del canal de inyección y se separarán.

Las Figuras 7A-7D muestran, en una vista superior, un número de formas alternativas de un extremo exterior de un canal 1 de inyección, tal como el de las 35

Figuras 5 y 6. Las partes (segmentos) 9 pared sobresalientes tienen, preferentemente, una punta puntiaguda hacia el centro del canal de inyección (Figura 7B). Una realización preferente de una placa de inyección con un canal de inyección provisto de canales secundarios según la invención, hace uso de un tubo poroso que sobresale sobre la superficie (Figura 7D) y que, debido a una estructura de poros abiertos en una 5 pared de la misma, forma un gran número de micro-canales secundarios desde el exterior al interior. Un número de dichos canales de inyección son realizados preferentemente contiguos los unos a los otros, agrupando un número correspondiente de fibras/tubos huecos. Preferentemente, la estructura porosa se extiende al sustrato 6. 10

Una realización adicional de un dispositivo según la invención se muestra en la Figura 8. Aquí, los pilares o nanotubos 15, preferentemente de carbono, se hacen crecer selectivamente en la superficie del sustrato en una capa inicial de, por ejemplo, níquel. Los pilares erguidos son preferentemente hidrófilos (para un segundo fluido acuoso), de manera que el segundo fluido puede pasar a través de los pilares para 15 alcanzar el canal de inyección, mientras el primer fluido (en el caso de un líquido oleoso o un gas) no tiene afinidad con los mismos. Además, los pilares 15 son suficientemente largos para que el segundo fluido llegue al canal de inyección, donde debe tener lugar la rotura. Los pilares o nanotubos se hacen crecer preferentemente con un procedimiento de Deposición Química en fase de Vapor. La Figura 9 muestra 20 una vista superior del dispositivo de la Figura 8.

La Figura 10 muestra una sección transversal de una realización adicional de un dispositivo y una placa de canal según la invención. En este caso, los canales de inyección se disponen en un sustrato completamente poroso que tiene una estructura 16 de poros abiertos, que forma un número de micro-canales secundarios hacia los 25 canales de inyección. La estructura porosa tiene, preferentemente, una alta afinidad (buen humectante) con el segundo fluido 18 y no tiene afinidad (no humectante) con el primer fluido 13. El funcionamiento a largo plazo del canal de inyección esta, de esta manera, también garantizado. El segundo fluido 17 puede alcanzar el canal de inyección a través de la estructura 16 porosa y, de esta manera, facilitar la rotura del 30 primer fluido 13 en gotas o burbujas 12 de gas. Opcionalmente, los canales de inyección pueden estar dispuestos sobre solo una parte de un grosor del sustrato poroso, en cuyo caso una parte sustrato precedente puede servir como filtro.

Una realización adicional del dispositivo y de la placa de inyección según la invención se muestra, en sección transversal, en la Figura 11. Aquí también, los 35

canales secundarios están formados como micro-canales en una estructura 16 de sustrato poroso. En este caso, sin embargo, la estructura 16 porosa está situada entre una capa superior no porosa, o al menos menos porosa, y una capa 19 inferior, de manera que ninguno de los fluidos primero y segundo puede penetrar en la misma a través de una superficie principal. Por el contrario, la estructura porosa tiene una 5 conexión 20 para un fluido auxiliar suministrado separadamente fuera del canal de inyección con el propósito de guiar activamente, de esta manera, este fluido auxiliar a la estructura porosa bajo presión controlada. De esta manera, puede evitarse un calentamiento/disipación del segundo fluido a través de la estructura 16 de sustrato poroso y, además, el proceso de rotura puede ser controlado más precisamente. Las 10 capas 19 superior e inferior, en particular, pueden tener una porosidad diferente, o incluso pueden ser completamente cerradas. Esto último es particularmente el caso con la capa inferior, que entonces evita que el primer fluido sea capaz de penetrar desde debajo en la estructura 16 porosa.

Las Figuras 12 y 13 muestran una vista superior y lateral, respectivamente, de 15 una realización adicional de una placa de inyección y un dispositivo según la invención. Aquí, el canal 21 de inyección y el canal secundario están dispuestos preferentemente mediante grabado en una placa 25 plana de silicio, que se emplea aquí como placa inferior del dispositivo. En vez de mediante grabado, puede hacerse uso también, en algunos casos, de un procedimiento de moldeo para formar el canal. 20 La longitud del canal 21 de inyección puede fijarse en una manera simple mediante la modificación de la máscara (de grabado) o del molde usado. Los canales secundarios están definidos aquí por pequeños diques 22 que son preferentemente puntiagudos, pero que también pueden ser redondos o rectangulares. El segundo fluido puede fluir al canal de inyección como fluido auxiliar a través de las aberturas entre los pequeños 25 diques, lo cual se muestra esquemáticamente con una flecha 17. El primer fluido 13 está separado del segundo fluido 18 por un dique 23.

La estructura del canal del dique 23 y los canales secundarios es cerrada, con una placa 24 superior, preferentemente transparente, de manera que el proceso de rotura sea visible a través de la placa superior. En una realización alternativa, la placa 30 25 inferior y la placa 24 superior son flexibles y pueden ser enrolladas. En otra realización, se omite la placa 24 superior y la placa 25 inferior flexible forma también una placa superior después de ser enrollada. Los pequeños diques 22 son realizados, preferentemente, usando un procedimiento de separación de fases. Los pequeños diques tienen, opcionalmente, una estructura porosa, en cuyo caso pueden adoptar 35

una forma conectada y no se necesitan espacios intermedios entre los pequeños diques. En este caso, la estructura gana resistencia mecánica. En todavía otra realización, un número de canales de inyección están localizados cercanos y contiguos unos a los otros y los pequeños diques 22 están realizados en material poroso, de manera que los diques 23 separadores son innecesarios. 5

La Figura 14 muestra una vista superior esquemática de una realización adicional según la invención, con la que pueden realizarse, en particular, microesferas 28 de dos colores. Dos flujos 26, 27 de un primer fluido se juntan en el canal de inyección desde canales 33, 35 de alimentación separados y se romperán en microesferas 28 usando la entrada de flujo del segundo fluido 17 como fluido auxiliar. 10 Las resistencias al flujo y las longitudes de los dos canales 33, 35 de alimentación están adaptadas preferentemente unas a las otras de manera que la distribución de colores en la microesfera 28 sea simétrica. Para una distribución no simétrica de colores, los canales 33, 35 se adaptan de manera correspondiente, unos a los otros, de manera proporcional. Además de realizar microesferas de dos colores, esta 15 realización es adecuada también para otras aplicaciones, en las que dos líquidos deben ser juntados en pequeñas micro-cápsulas, tal como, por ejemplo, diferentes componentes de una solución de cola y/o medicación sensible, que son encerrados, de esta manera, directamente, de manera que no estén expuestos al aire. En la Figura 15, se muestra una vista en perspectiva de una parte del dispositivo de la Figura 14. 20 Las placas 29 y 31 de canal están aquí montadas unas sobre las otras, en las que un canal 32 de alimentación puede ser colocado, de manera no crítica, bajo un orificio 34 de alimentación para el un primer fluido, de manera que se posibilite un montaje sencillo. Ambas placas 29 y 31 de canal son colocadas, preferentemente, de manera alternada, una sobre la otra, para obtener, de esta manera, una alta densidad de 25 canales de inyección. Dicho apilamiento se muestra en la Figura 17 y tiene lugar, preferentemente, enrollando dos placas de canal juntas, tomando éstas una forma flexible para este propósito, siendo fabricadas, por ejemplo, a partir de una lámina polimérica multicapa, en particular, a partir de un sustrato plástico multicapa. Los canales 30 y 32 de alimentación para los dos primeros fluidos separados tienen 30 grandes dimensiones, de manera que una resistencia al flujo de estos canales sea considerablemente menor que la de los canales 33 y 35 de alimentación de cada canal de inyección. De esta manera, pueden proporcionarse, simultáneamente, una pluralidad de canales de inyección desde fuentes comunes con los primeros fluidos.

En la Figura 16 se muestra una vista superior esquemática de una realización 35

alternativa de la placa de inyección y del dispositivo según la invención, con los cuales pueden realizarse emulsiones 36 dobles. Guiada preferentemente a través de un canal 38, hay una fase que es encapsulada en una segunda fase que es suministrada simétricamente 37 alrededor de la primera fase, a partir de donde este flujo de dos fases se romperá en gotas 36 separadas, donde el segundo fluido pueda fluir como 5 fluido auxiliar a través de los canales secundarios al canal de inyección.

La Figura 17 muestra una sección transversal de las placas de canal apiladas en una realización de un dispositivo según la invención. La placa 31 de canal forma una cavidad 32 para el suministro de un primer fluido, así como un canal 30 de inyección, en el que el canal de inyección está cerrado por la placa 31 de canal subsiguiente. 10

La Figura 18 muestra esquemáticamente el enrollamiento de la capa 40 porosa flexible, estructurado con un patrón 39 lineal, por ejemplo, para obtener la realización de la Figura 12. Debido al enrollamiento, un lateral 41 posterior cerrará el patrón 39 lineal. El primer fluido es suministrado, preferentemente, en un lado 42 de alimentación y, a continuación, se romperá en gotas 12 en los canales de inyección definidos por 15 los patrones lineales. Un fluido auxiliar puede penetrar a los canales de inyección a través de la pared porosa de la estructura para facilitar esta rotura.

La Figura 19 muestra esquemáticamente una realización adicional de la invención, con un canal 43 de inyección y un canal 45 secundario. Preferentemente grabado en una superficie de silicio, hay un canal que define el canal 43 de inyección y 20 que está conectado a un canal 47 de alimentación. Preferentemente, el canal de inyección está cerrado por una cubierta 48 en la que, a una distancia 49 desde la abertura 44 de preferentemente 1-5 veces el radio efectivo del canal 43 de inyección, hay realizadas una o más aberturas 45. El segundo fluido puede penetrar como fluido auxiliar a través de esta abertura o estas aberturas 45 al canal de inyección y ahí, 25 facilitará la rotura del primer fluido. Estas aberturas son preferentemente más pequeñas que el diámetro efectivo del canal 43 de inyección. Dispuestas en la cubierta 48, hay aberturas 46 auxiliares que son más pequeñas que las aberturas 45 de entrada de flujo para el fluido auxiliar, que pueden ser usadas para grabar el canal de inyección y pueden asegurar que el fluido auxiliar humecta la pared del canal de 30 inyección, para proporcionar a la pared una pequeña afinidad con el primer fluido. Preferentemente, el canal de inyección está cubierto con un recubrimiento, en particular, un recubrimiento poroso, que distribuye el fluido auxiliar desde las aberturas 46 sobre toda la superficie interior del canal 43 de inyección, para optimizar la humectación interna del canal de inyección. La Figura 20 muestra una vista de un 35

corte en perspectiva del dispositivo de la Figura 19.

La Figura 21 muestra una realización adicional de una placa de inyección y un dispositivo según la invención. En este caso, se hace uso de un sustrato 6 completamente poroso en el que hay formados canales de inyección que se extienden sobre solo una parte limitada del grosor desde un lado de salida del mismo. De esta 5 manera, una capa 61 base porosa está situada delante de los canales de inyección, la cual filtra el primer fluido 13 antes de que entre a los canales de inyección. El segundo fluido 18 proporciona, a través de la estructura de sustrato poroso, un flujo de un fluido auxiliar, indicado esquemáticamente con las flechas 17, el cual, a través de los micro-canales formados a través de la estructura porosa, encuentra su camino a los canales 10 de inyección y ahí facilita una rotura del primer canal en gotas 12 cerca de un punto de rotura. Si se desea, la resistencia al flujo del fluido auxiliar en dicha estructura porosa puede reducirse formando en la misma, desde unos huecos laterales de la entrada de lujo u otros accesos macroscópicos que se extienden sobre un parte del camino hasta la pared del canal de inyección y en los que el fluido auxiliar encuentra solo una 15 resistencia al flujo muy limitada.

Aunque la invención ha sido explicada adicionalmente anteriormente en base a un número de realizaciones ejemplares, será evidente que la invención no está limitada, en modo alguno, a las mismas. Por el contrario, muchas variaciones y realizaciones son todavía posibles dentro del alcance de la invención para la persona 20 con conocimientos ordinarios en la materia. Dichas variaciones y realizaciones son, por ejemplo:

Una placa de inyección, en la que el canal de inyección tiene una longitud (profundidad) mayor que la longitud (profundidad) de el al menos un canal secundario. De esta manera, se evita la entrada de flujo del primer fluido a el al menos un canal 25 secundario.

Una realización particular es un apilamiento/enrollamiento de una capa porosa estructurada, preferentemente una capa con un patrón lineal. Posiblemente en combinación con capas opcionalmente estructuradas de otros materiales.

Una realización particular es una placa de inyección con un número de canales 30 de inyección, en la que las aberturas de la salida de flujo de los canales de inyección contiguos están colocadas cercanas unas a las otras, de manera que las gotas contiguas se “sientan” unas a las otras. Para una gota de un canal de inyección central, las gotas generadas simultáneamente de los canales de inyección contiguos, se forman como si fueran una pared límite de un canal de inyección adicional formado 35

dinámicamente de esta manera, en el que un canal secundario está presente, inherentemente, entre las diferentes gotas, por el cual las gotas inestables pueden romperse.

La invención no está limitada a canales de inyección y a canales secundarios con la misma sección transversal a lo largo de toda la longitud. Variaciones de la misma a 5 lo largo de la longitud de los canales, tal como por ejemplo, ahusado, pueden tener, por el contrario, un efecto positivo sobre el funcionamiento y/o la capacidad de fabricación.

En vez de uno o varios canales de inyección, el dispositivo según la invención puede estar realizado también con un gran número de canales de inyección integrados 10 para este propósito en uno o más sustratos compartidos. De esta manera, una placa de inyección puede realizarse con más de mil canales de inyección ordenados contigua y paralelamente unos a los otros, en una matriz bidimensional o de otra manera, con un paso mutuo menor de diez veces y, preferentemente, menor de cinco veces, el diámetro efectivo de un canal. 15

Un diámetro inicial de un canal de inyección puede hacerse menor, si se desea, aplicando una capa adicional a una pared interior del mismo, por ejemplo, mediante una aplicación uniforme de un material apropiado de una deposición química en fase de vapor (CVD).

Por supuesto, el primer fluido puede ser proporcionado, opcionalmente, al canal 20 de inyección en un número de flujos líquidos diferentes, o el primer fluido puede consistir en un número de fases para hacer, por ejemplo, emulsiones encapsuladas o para obtener múltiples componentes en una gota o una burbuja de gas, tal como, por ejemplo, emulsiones dobles.

Las emulsiones fabricadas con la invención son altamente adecuadas para 25 obtener microesferas mono-dispersadas. Aquí, pueden emplearse diversos procedimientos conocidos en la literatura para curar las gotas dispersadas y para proporcionarles la textura deseada.

Una auto-rotura en el canal de inyección ocurre al aplicar el gradiente de presión específico en el interior del canal de inyección. El gradiente de presión requerido 30 puede ser aplicado en muchas maneras, por ejemplo, proporcionando un perfil de presión periódico en el lado de alimentación, en el que, en cada pulso de presión, una o más gotas son presionadas y rotas. Un ajuste preciso de la frecuencia de rotura de las gotas y de la frecuencia de control del perfil de presión es importante aquí. Pueden tomarse también medidas en la placa de inyección, por ejemplo, incorporando 35

construcciones de válvulas activas y/o pasivas o aplicando materiales elásticos.

Una gran ventaja de la invención es que pueden usarse placas de inyección con un porosidad mayor que en las aplicaciones de flujo cruzado convencionales, ya que las partículas formadas son 5-10 veces más pequeñas en comparación. De esta manera, la probabilidad de coalescencia de las gotas contiguas es considerablemente 5 menor.

La placa de inyección puede ser fabricada usando tecnologías y técnicas diferentes. Esto es posible, por ejemplo, usando Tecnología Micro System, tecnología de separación de fases en moldes, perforación laser, grabado en caliente, electroformación y perforación mecánica, no siendo ésta una lista exhaustiva. También 10 puede hacerse uso de poliimida fotosensible o SU-8.

El dispositivo y el procedimiento según la invención pueden ser utilizados para la producción industrial de emulsiones, espumas y microesferas para, entre otras, aplicaciones alimenticias (o similares), farmacéuticas, cosméticas y químicas. Esto se refiere, por ejemplo, a la producción de productos cosméticos suaves para untar, 15 lubricantes en general para reducir la fricción, suplementos alimenticios, medicinas de liberación prolongada, medicinas encapsuladas, líquidos de contraste médicos, pegamentos, hormigón auto reparador, microesferas espaciadoras, partículas magnéticas, microesferas de poliestireno, partículas funcionales de color único o doble en tinta-E, tintas funcionales, cartuchos, partículas fluorescentes, así como para 20 aplicaciones de cristal líquido (LCD). Para aditivos en pinturas y recubrimientos, la invención puede ser aplicada con el propósito de mejorar las propiedades anti corrosión, mejorar el recubrimiento, mejorar las propiedades ópticas, mejorar el desgaste, mejorar las propiedades de relleno, reducir la viscosidad, etc. El dispositivo y el procedimiento según la invención son también adecuados para espumas mono-25 dispersadas, emulsiones y emulsiones dobles para productos alimenticios, incluyendo productos lácteos, tales como crema y mayonesa y leche baja en calorías, y para la fabricación de bebidas de frutas y, además, para la homogenización de pre-emulsiones (por ejemplo, partículas grasas en leche) y para muchas aplicaciones de secado por pulverización. Micropartículas poliméricas, cerámicas o metálicas mono-30 dispersadas pueden ser aplicadas también para, entre otras cosas, un transporte de masa y calor optimizado, carga óptima, relleno con materiales funcionales, mayor selectividad, estabilidad mejorada, etc. Finalmente, las propiedades superficiales de los materiales y los sustratos pueden ser mejoradas y modificadas con microesferas formadas mediante el dispositivo y el procedimiento según la invención. 35

Claims (27)

1. REIVINDICACIONES

   1.- Dispositivo para generar microesferas (12) a partir de un fluido (13), que comprende una placa (6) de inyección que comprende al menos un canal 5 (1) de inyección definido que tiene en un lado de entrada una abertura de entrada de flujo para recibir un flujo de dicho fluido y en un lado de salida una abertura (7) de salida de flujo, para suministrar microesferas (12) desde dicho fluido, en el que dicho canal de inyección está provisto de medios de alimentación para llevar dicho flujo de dicho fluido a través del canal de 10 inyección, y en el que la placa de inyección comprende al menos un canal (2, 10) secundario que está destinado y adaptado para contener, al menos durante el funcionamiento, un fluido auxiliar caracterizado porque dicho al menos un canal (2, 10) secundario está en comunicación abierta con dicho canal de inyección en una pared lateral de dicho canal de inyección, para 15 crear un punto de rotura donde, al menos durante el funcionamiento, dicho flujo de dicho fluido se rompe en partes separadas, y porque para al menos una parte de dicho flujo de dicho fluido, una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario es mayor que una resistencia a la entrada de flujo del canal de inyección. 20
2. 2.- Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la placa (6) de inyección y el lado de entrada delimitan un primer espacio, cuyo primer espacio está destinado y adaptado para recibir en el mismo al menos un primer fluido al menos durante el funcionamiento, y porque la placa de inyección y el lado de salida delimitan un segundo espacio, cuyo segundo 25 espacio está destinado y adaptado para recibir en el mismo al menos un segundo fluido al menos durante el funcionamiento.
3. 3.- Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el canal (2, 10) secundario se extiende, al menos durante el funcionamiento, en comunicación abierta desde una superficie de la placa (6) de inyección, en 30 particular desde el lado de salida de la misma.
4. 4.- Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el canal secundario es una extensión (2) lateral delimitada lateralmente del canal (1) de inyección, que se extiende desde el lado de salida de la placa de inyección hasta al menos el punto de rotura del canal de inyección. 35
5. 5.- Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque la extensión (2) lateral tiene una sección transversal incompleta, al menos sustancialmente redonda o poligonal, transversalmente a una dirección de flujo del canal de inyección.
6. 6.- Dispositivo según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el canal (1) 5 de inyección tiene un número de extensiones (2) laterales delimitadas lateralmente que se extienden desde la abertura de salida de flujo hasta al menos el punto de rotura, y porque las extensiones contiguas están inmediatamente contiguas, unas a las otras, y aquí encierran mutuamente una parte (3) pared puntiaguda el canal de inyección. 10
7. 7.- Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, al menos en la posición del punto de rotura, una pared del canal (1) de inyección es porosa, con una estructura (16) de poros abiertos, cuya estructura de poros abiertos forma el al menos un canal secundario. 15
8. 8.- Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque la placa (6) de inyección comprende al menos una capa (16) superior con una estructura de poros abiertos desde el lado de salida al menos hasta el punto de rotura en el canal (1) de inyección, cuya estructura de poros abiertos forma el al menos un canal secundario. 20
9. 9.- Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque la placa (6) de inyección comprende un número de canales (1) de inyección individuales que están acomodados en partes separadas de la capa superior de la placa de inyección, al menos para el fluido auxiliar.
10. 10.- Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, 25 caracterizado porque la placa (6) de inyección comprende una proyección (9, 10) en el lado de salida alrededor de la abertura de salida de flujo del canal de inyección.
11. 11.- Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque la proyección (9) de la placa de inyección comprende, al menos parcialmente, el al menos 30 un canal (10) secundario.
12. 12.- Dispositivo según la reivindicación 10 ó 11, caracterizado porque el al menos un canal secundario comprende al menos una perforación o ranura (10) en una pared de la proyección (9).
13. 13.- Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, 35

    caracterizado porque el canal (1) de inyección tiene una longitud que equivale a un mínimo de aproximadamente el doble de una distancia entre la abertura de salida de flujo y el punto de rotura.
14. 14.- Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el punto de rotura está localizado a una distancia 5 alejada de la abertura de salida de flujo de una a cinco veces, en particular, de dos a cuatro veces y, más particularmente, aproximadamente n veces un radio efectivo del canal (1) de inyección.
15. 15.- Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un canal (2) secundario por canal (1) de 10 inyección es seleccionado en número y área de manera que, hasta el punto de rotura con respecto al fluido auxiliar, una resistencia al flujo total del canal secundario es más pequeña que diez veces una resistencia al flujo del canal de inyección desde el punto de rotura con respecto al primer fluido. 15
16. 16.- Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un diámetro efectivo del canal (2) secundario es más pequeño que un diámetro efectivo del canal (1) de inyección, preferentemente un mínimo de dos veces más pequeño.
17. 17.- Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, 20 caracterizado porque el canal (1) de inyección, opcionalmente en combinación con la placa (6) de inyección, tiene una estructura superficial nano-rugosa o micro-rugosa.
18. 18.- Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la placa de inyección tiene, al menos en una parte 25 pared alrededor del canal de inyección, una estructura microporosa con una resistencia al flujo muy baja al fluido auxiliar.
19. 19.- Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal (1) de inyección se extiende sustancialmente de manera lateral en la placa (6) de inyección, porque el al 30 menos un canal (2) secundario se abre hacia una parte superficie libre de la placa de inyección con al menos una perforación de una primera dimensión, y porque el canal de inyección desemboca en el lado de salida de la placa de inyección al interior de al menos una perforación de una segunda dimensión más larga. 35
20. 20.- Dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, al menos durante el funcionamiento, la abertura de entrada de flujo del canal (1) de inyección está en comunicación abierta, opcionalmente simultáneamente, con las entradas separadas para diferentes fluidos. 5
21. 21.- Procedimiento para inyectar al menos un primer fluido en un segundo fluido usando un dispositivo según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un fluido es proporcionado al lado de entrada de la placa de inyección a una presión de funcionamiento que se encuentra en el intervalo entre una presión para superar una resistencia a 10 la entrada de flujo del canal de inyección y una presión para superar una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario, porque el segundo flujo es llevado en el lado de salida a lo largo de una superficie de la placa de inyección, y porque el al menos un canal secundario es suministrado con un fluido auxiliar. 15
22. 22.- Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado porque el segundo fluido es introducido como fluido auxiliar en el al menos un canal secundario.
23. 23.- Procedimiento según la reivindicación 21, caracterizado porque el fluido auxiliar es suministrado junto con el primer fluido, al menos parcialmente, a 20 través del canal de inyección.
24. 24.- Procedimiento según las reivindicaciones 21, 22 ó 23, caracterizado porque el segundo fluido comprende un líquido, y el al menos un primer fluido es seleccionado de entre un grupo que comprende líquidos, gases, polvos y sus combinaciones. 25
25. 25.- Procedimiento según las reivindicaciones 21, 22 ó 23, caracterizado porque el segundo fluido comprende un gas y el al menos un primer fluido es seleccionado de entre un grupo que comprende líquidos, gases, polvos y sus combinaciones.
26. 26.- Procedimiento para la generación de microesferas a partir de un fluido (13), 30 que comprende las etapas de suministrar un primer fluido en un canal (1) de inyección para formar un flujo de dicho primer fluido dentro de dicho canal de inyección, y suministrar un fluido auxiliar a al menos un canal (2) secundario, caracterizado porque el procedimiento comprende además las etapas de contactar dicho flujo de dicho primer fluido dentro de dicho 35

    canal de inyección con dicho fluido auxiliar en una pared lateral de dicho canal de inyección para inducir un punto de rotura donde, al menos durante el funcionamiento, dicho flujo de dicho primer fluido se rompe en partes separadas.
27. 27.- Placa de inyección, que comprende al menos un canal (1) de inyección 5 definido que tiene en un lado de entrada una abertura de entrada de flujo para recibir un flujo de fluido y en un lado de salida una abertura (7) de salida de flujo para suministrar microesferas (12) a partir de dicho flujo de fluido, y que comprende al menos un canal (2, 10) secundario para recibir un fluido auxiliar, caracterizado porque dicho al menos un canal (2, 10) 10 secundario está en comunicación abierta con dicho canal de inyección en una pared lateral de dicho canal de inyección para crear un punto de rotura donde, al menos durante el funcionamiento, dicho flujo de fluido se rompe en partes separadas, y porque para al menos una parte del flujo de fluido, una resistencia a la entrada de flujo del canal secundario es mayor que una 15 resistencia a la entrada de flujo del canal de inyección.