ES2564893B2

ES2564893B2 - Procedimiento y dispositivo de generación de emulsiones micrométricas simples y compuestas

Info

Publication number: ES2564893B2
Application number: ES201400698A
Authority: ES
Inventors: José Manuel Gordillo Arias de Saavedra; Álvaro EVANGELIO SÁNCHEZ; Francisco DEL CAMPO CORTÉS
Original assignee: Universidad de Sevilla
Current assignee: Universidad de Sevilla
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-07-08
Anticipated expiration: 2034-08-25
Also published as: EP3187252B1; ES2564893A1; EP3187252A1; ES2872473T3; EP3187252A4; WO2016030551A1

Abstract

Esta invención describe un procedimiento para generar emulsiones simples y compuestas de diámetros y recubrimientos controlables de tamaño micrométrico, mediante un dispositivo formado por elementos de dimensiones características del orden del milímetro.#La generación de emulsiones se obtiene mediante la succión producida por el flujo de un líquido viscoso a través de la sección de un tubo capilar de tamaño milimétrico. Según una determinación paramétrica, el líquido o la pareja de líquidos a emulsionar forma un chorro capilar estacionario simple o compuesto, de diámetro micrométrico: que rompe por inestabilidad capilar formando microgotas monadispersas simples o compuestas.#La invención descrita en esta memoria tiene aplicación en aquellos sectores industriales en los que la producción de emulsiones simples y compuestas monodispersas, homogéneas y de diámetros y recubrimientos controlables de tamaño micrométrico sea parte esencial del proceso.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento y dispositivo de generation de emulsiones micrometricas simples y compuestas

Objeto de la invention

La invention descrita en esta memoria corresponde al Area Cientlfico y Tecnico de la Microfluidica. El estudio de los microfluidos es un campo multidisciplinar que incluye partes de la Flsica, la Qulmica, la Ingenierla y la Biotecnologla. Investiga el comportamiento de los fluidos en la microescala, donde el regimen de movimiento es laminar, la gravedad y la inercia son despreciables y la viscosidad y la tension superficial son dominantes. Este area cientlfico y tecnico comprende el diseno de sistemas - dispositivos y procedimientos - para la production controlada de chorros estacionarios simples y compuestos que rompen capilarmente produciendo gotas simples y compuestas que se utilizan a su vez para la production de fibras, tubos y capsulas de tamano micro y submicrometrico.

Es conocido el interes de diversos sectores de actividad de diferentes industrias por la generation de emulsiones simples y compuestas formadas por gotas de tamano micrometrico con recubrimiento o sin el Por ejemplo, la industrias alimentaria (encapsulation de aditivos), fitosanitaria, cosmetica, farmaceutica (transporte selectivo de principios activos), qulmica (fabrication de detergentes), o de los materiales (fabrication de dispositivos opticos mediante cristales liquidas), entre otras. En general. el procedimiento y el dispositivo de generation de emulsiones objeto de la invention descrita en esta memoria tienen aplicacion en aquellos sectores industriales en los que la production de emulsiones simples y compuestas monodispersas, homogeneas y de diametros y recubrimentos controlables de tamano micrometrico sea parte esencial del proceso.

Estado de la tecnica

En los ultimos anos se han multiplicado los estudios, invenciones y aplicaciones relacionadas con el control microscopico de las corrientes fluidas, y entre estos estudios e invenciones destacan los que involucran superficies litres o interfases entre dos fluidos inmiscibles para poder conseguir estructuras microscopicas (micro-gotas, micro-burbujas, micro-capsulas, etc.) de forma reproducible y robusta. Conviene destacar aqul dos fenomenos/inventos peculiares representativos de la generation de micro-chorros: (i) el electrospray o production de micro-chorros de llquido mediante fuerzas electrostaticas, conocido desde hace siglos, y (ii) el "flow focusing" capilar, que emplea fuerzas de presion (puramente mecanicas) y un orificio de "enfocamiento" para generar el chorro. Respondiendo a su geometrla, ambos metodos presentan genuinamente una simetrla axial (axilsimetricos) en la zona de la interfase en la que se produce el chorro, aunque existen materializaciones de dispositivos flow-focusing en geometrlas practicamente bidimensionales (Anna et al, Appl. Phys. Lett, (2003). 82, 364-366, Gordillo et al, Phys. Fluids, (2004), 16, 2828-2834).

En el caso del electrospray, los principales inconvenientes provienen de (i) la inherente e inevitable dependencia del fenomeno respecto a las propiedades electricas del llquido, lo cual limita enormemente la libertad parametrica fisicoqulmica del metodo (aunque hayan surgido aplicaciones de enorme relevancia en bioqulmica - espectrometrla de masas de

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moleculas biologicas). (ii) la pequena productividad de metodo (caudal masico muy pequeno) y la dificultad para "escalarlo" o "multiplicarlo" (multiplexing) y (iii) la mediocre robustez del metodo por su gran dependencia de las condiciones superficiales y tamanos de los tubos de alimentacion de los llquidos.

En "flow focusing" axilsimetrico, aunque se eliminan los inconvenientes de la dependencia respecto a las propiedades electricas del fluido, aun se tienen problemas respecto al alineamiento de los tubos de alimentacion respecto a los orificios de enfocamiento. En las implementaciones de tipo flow-focusing 2D, el problema principal proviene del mojado con las superficies que confinan al fluido a dispersar.

La razon por la que la production controlada de partlculas micro y submicrometricas supone una de las llneas de investigation mas activas dentro del campo de la Mecanica de Fluidos, es por el gran numero de aplicaciones tanto cientlficas como tecnologicas que tiene. Por ejemplo, como se senala en el artlculo "Micro-and nanoparticles via capillary flows", Barrero y Loscertales. Annual Review of Fluid Mechanics. (2007). 39, 89-106, la absorcion eficiente de nuevos farmacos por los tejidos y organos requiere que el producto activo se encuentre confinado en gotas de tamanos sustancialmente menores que 10 micras. Las emulsiones formadas por gotas de tamano micrometrico tambien tienen aplicacion en muchos otros campos, como la industria alimenticia. o la ciencia de los materiales (fabrication de dispositivos opticos mediante cristales llquidos), entre otros. En la actualidad existen un numero considerable de procedimientos que permiten conseguir este tipo de microemulsiones. con tamanos caracterlsticos de gotas en el entorno de las diez micras. Sin embargo, solo existe una tecnica que consiga bajar el tamano por debajo de esta cota de manera eficiente: la de los electrosprays simples y compuestos (loscertales, Barrero y otros, Science, (2002) 295, 5560). Aqul presentamos una tecnica que prescinde del uso de campos electricos o de surfactantes y que posee una geometrla tan sencilla, que carece de los problemas de centrado de los dispositivos tipo flow focusing tridimensional, Ganan-Calvo y Gordillo, Phys. Rev. Lett. (2001), 87, 274501, o de mojado con las superficies adyacentes como las tecnicas que hacen uso de dispositivos tipo flow-focusing creados con los metodos de soft-lithography (Anna et al, Appl. Phys. Lett, (2003), 82, 364-366). Estos metodos, ademas de ser mas complejos en cuanto a su geometrla puesto que la corriente a dispersar ha de ser enfocada a traves de un orificio o canal de dimension menor que la aguja inyectora, son incapaces de conseguir tamanos de gotas por debajo de las 5 micras de manera sistematica.

En los ultimos tiempos, existe un interes creciente por parte de la industria alimenticia, farmaceutica o qulmica de generar capsulas que contengan en su interior un principio activo y que exteriormente estan recubiertas de una coraza flexible o rlgida. Son innumerables las patentes que registran un procedimiento para la produccion de capsulas o de emulsiones. En el caso de capsulas para aplicacion alimenticia se encuentran los ejemplos de las patentes AU754712 y EP1263451. En aplicaciones a la industria qulmica (principalmente empresas dedicadas a la fabricacion de detergentes), EP1288287 y WO03002160. Las aplicaciones a la industria farmaceutica son las mas comunes y cuentan con innumerables registros, entre los que cabe citar W003004003, WO041740, US6514526, EP1151746. En la mayor parte de estos ejemplos, las capsulas son generadas mediante procesos qulmicos de deposition de una sustancia sobre la superficie de una gota de un compuesto o principio activo. El fin de la cubierta externa, que suele ser elastica o rlgida, es la de proteger el principio activo que se encuentra en su interior. Existen procedimientos, patentados inicialmente en la Universidad de Sevilla, que siguen un procedimiento diferente para encapsular llquidos o generar emulsiones.

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Ambos se basan en hacer fluir de manera coaxial dos corrientes fluidas inmiscibles. Es bien sabido que los chorros cillndricos se rompen en gotas debido al crecimiento de una inestabilidad capilar, tambien conocida como inestabilidad de Rayleigh. Cuando esta rotura se produce de manera simultanea en los chorros interior y exterior, se generan gotas que en su interior poseen otras gotas de menor tamano. Si la cubierta externa se hace solida mediante algun procedimiento (por ejemplo, haciendo que el fluido exterior sea un fotopollmero que aumente su viscosidad o que se rigidice con luz ultravioleta), pueden generarse capsulas solidas. Las emulsiones pueden generarse en estos dispositivos sin mas que inyectar un llquido utilizando cualquiera de los procedimientos antes senalados en un bano de un llquido inmiscible con el fluido inyectado. El primer procedimiento pertenece a la familia de dispositivos conocidos como flow focusing, y esta protegido por las patentes US 6174469, US 6187214 y US 6450189. En este caso, al igual que ocurre con los atomizadores del tipo flow focusing las dos corrientes concentricas de fluido son aceleradas debido al gradiente favorable de presion que existe entre una camara presurizada con gas y el exterior. El diametro de los chorros interior y exterior decrece y, finalmente, por un mecanismo fundamentalmente capilar, se generan las gotas compuestas. Estas gotas compuestas pueden llegar a tener diametros del orden de las 1 00 micras. Por otra parte, con la tecnologla conocida como Y-Flow, los chorros concentricos interior y exterior son acelerados haciendo uso de un campo electrico. Las capsulas generadas pueden llegar a tener tamanos nanometricos (las capsulas producidas segun este procedimiento son las mas pequenas jamas generadas), y esta protegido segun las patentes P200100231, PCT ES02/00047 y PCT US 02/02787. Este procedimiento tiene, sin embargo, la desventaja frente a los dispositivos flow focusing de que son necesarios campos electricos y que los caudales de llquido son del orden de 1000 a 100 veces menores que los que se pueden utilizar en la tecnologla flow focusing.

Descripcion de las figuras

Para complementar la descripcion del invento, y con objeto de ayudar a una mejor comprension de sus caracterlsticas, se incluyen en la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, dos planos que con caracter ilustrativo y no limitativo, recogen sendos modelos de prototipos de generacion de emulsiones simples y compuestas (Fig. 1 y Fig. 2 respectivamente), as! como dos relaciones de imagenes que muestran la production real de emulsiones, tanto simples como compuestas (Fig. 3 y Fig. 4) con prototipos de las dos clases.

Figura 1: La figura consiste en el esquema de un prototipo de dispositivo para la generacion de emulsiones simples.

El dispositivo esta constituido por el tubo de inyeccion (1) del llquido a emulsionar, de diametro interior dj, alineado coaxialmente y separado una distancia h del tubo de extraction (3), de longitud l y section cuadrada de lado interior lo y salida al exterior, contenidos en el interior de una camara de impulsion (4) con un orificio (5) para la entrada del llquido emulsionante.

Ademas, para ilustrar la generation de emulsiones simples en el dispositivo mediante el procedimiento objeto de la invention, se representan en la figura el perfil de velocidades (6) del flujo del llquido a emulsionar en el interior del tubo de inyeccion, y las llneas de corriente (10) y el perfil de velocidades (8) del flujo del llquido emulsionante en los

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alrededores de la seccion de entrada del tubo de extraction y aguas abajo en su interior, respectivamente.

Figura 2: La figura es el esquema de un prototipo de dispositivo para la generation de emulsiones compuestas.

Las diferentes partes que lo integran son un tubo de inyeccion compuesto formado por un tubo capilar interior (1) de diametro d, para la inyeccion del llquido interior, centrado coaxialmente en el interior de un segundo tubo capilar exterior (2) de diametro do por donde se inyecta el llquido intermedio, alineado coaxialmente y separado una distancia h del tubo de extraccion (3), de longitud l y seccion cuadrada de lado interior lo y salida al exterior, contenidos en el interior de una camara de impulsion (4) con un orificio (5) para la entrada del llquido emulsionante.

Complementariamente, para ilustrar la generacion de emulsiones compuestas en el dispositivo mediante el procedimiento objeto de la invention se representan en la figura el perfil de velocidades del flujo del llquido interior (6) en el interior del tubo de inyeccion interior, el perfil de velocidades del flujo del llquido intermedio (7) en el interior del tubo de inyeccion exterior, y las llneas de corriente (10) y el perfil de velocidades (8) del flujo del llquido emulsionante en los alrededores de la seccion de entrada del tubo de extraccion y aguas abajo en su interior, respectivamente.

Figura 3: La relation de imagenes de la figura muestra la production real de emulsiones simples mediante el procedimiento objeto de la invencion en un prototipo del dispositivo objeto de la invencion con diferentes configuraciones geometricas de sus componentes.

El llquido exterior es aceite de silicona de 100 cSt de viscosidad y el interior agua destilada (1 cSt de viscosidad). El caudal del llquido exterior es 900 ml/h y el caudal del llquido interior 0.5 ml/h, en los cuatro casos.

La configuration geometrica de los dispositivos en cada una de las imagenes de la serie es la siguiente: 3.1. - lo = 1 mm, di = 450 pm y h = 0.5 lo; 3.2. - di = 450 pm y h = 1.0 lo; 3.3. - di = lo y h = 1.0 lo; 3.4 - di = lo y h = 1.5 lo. Las dimensiones interiores de la camara de impulsion de los cuatro prototipos, son 3 cm x 3 cm x 3 cm.

Figura 4: La relacion de imagenes de la figura muestra la produccion de emulsiones compuestas mediante el procedimiento objeto de la invencion en un prototipo de dispositivo objeto de la invencion con la siguiente configuracion geometrica de los elementos que lo forman: di = 700 pm, do = 1.0 mm, lo = 10 mm y h = 1.70 mm. Las dimensiones interiores de su camara de impulsion son 3 cm x 3 cm x 3 cm.

El llquido exterior es aceite de silicona de 1000 cSt de viscosidad. el llquido intermedio es una mezcla de glicerol y agua destilada con una viscosidad a 25 C de 400 cSt y el llquido interior es aceite de silicona de 10 cSt de viscosidad.

El caudal del llquido exterior es 200 ml/h y el caudal del llquido intermedio es 200 ml/h. El caudal del llquido interior q; en cada una de las imagenes de la serie es el siguiente: 4.1. - qi = 0.10 ml/h; 4.2.- qi = 0.30 ml/h; 4.3. - qi = 0.50 ml/h; 4.4. - qi = 0.70 ml/h.

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Descripcion de la invencion

El objeto de la presente invencion es un procedimiento de generation de emulsiones simples y compuestas, a partir de la formation de un microchorro capilar, simple o compuesto, segun el caso, cuando se succiona un llquido o sendos llquidos inmiscibles o escasamente miscibles que fluyen coaxialmente, por medio de un llquido exterior viscoso, inmiscible o escasamente miscible con el llquido simple o compuesto a emulsionar, y que fluye a la velocidad adecuada, as! como el dispositivo donde y con el que llevar a cabo dicho procedimiento.

Segun una determination parametrica, cuya especificacion constituye la esencia del procedimiento de la invencion. en el caso de generacion de emulsiones simples el llquido succionado forma un chorro capilar estacionario de diametro controlable y tamano micrometrico por la action del coflujo del llquido exterior y del gradiente de presiones favorable que produce. Este chorro simple rompe por inestabilidad capilar produciendo gotas de tamano micro y submicrometrico y escasa dispersion de tamanos.

En el caso de generacion de emulsiones compuestas, la succion provoca un chorro capilar compuesto, por la accion del coflujo del llquido exterior y del gradiente de presiones favorable que produce sobre el llquido intermedio y de este sobre el llquido interior de igual forma. El interior de este chorro compuesto rompe en gotas por inestabilidad capilar, induciendo la rotura del llquido intermedio produciendo el recubrimiento de las gotas del llquido interior y con ello la formacion de gotas compuestas, de tamano micrometrico.

La determinacion parametrica en la generacion de emulsiones compuestas permite el control tanto del tamano de las gotas del llquido interior como el espesor de su recubrimiento con el llquido intermedio.

El procedimiento de la invencion es de aplicacion en todas aquellas demandas tecnologicas que requieran la generacion de emulsiones simples monodispersas de tamanos micrometricos de la fase a dispersar, as! como en aquellas demandas tecnologicas que requieran la generacion de emulsiones compuestas homogeneas, cuya fase dispersa requiera diametros de gota y espesores de su recubrimiento de tamanos micrometricos y controlables.

El objeto de la presente invencion es un procedimiento y un dispositivo para la generacion de emulsiones simples y compuestas de tamano micrometrico.

El dispositivo que produce la generacion de emulsiones esta formado por los siguientes elementos: una camara de impulsion de dimenslones del orden del centlmetro, cuyo interior contiene sendos tubos alineados coaxialmente, un tubo de extraction, de diametro o lado interior lo y longitud l, y un tubo capilar de inyeccion simple, de diametro interior di, o un tubo capilar de inyeccion compuesto, formado por sendos tubos capilares concentricos, el exterior de los cuales tiene un tamano interior do La section de salida del tubo capilar simple o compuesto se encuentra separado de la seccion de entrada del tubo de extraccion una distancia h. Las dimensiones geometricas di, do, lo y h de los elementos del dispositivo constituyen su configuration geometrica.

Las dimensiones geometricas ensayadas y que caracterizan el dispositivo de generacion de emulsiones simples son las siguientes: di esta comprendido entre los 0.05 mm y los

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4 mm, lo esta comprendido entre los 0.05 mm y los 4 mm, l esta comprendida entre los 10 mm y los 100 mm y h esta comprendida entre los 0 mm y los 4 mm. Las dimensiones geometricas ensayadas y que caracterizan el dispositivo de generation de emulsiones compuestas son las siguientes: d, esta comprendido entre los 0.1 mm y los 1.4 mm, do esta comprendido entre los 0.4 mm y los 4 mm, lo esta comprendido entre los 0.05 mm y los 4 mm, l esta comprendida entre los 10 mm y los 100 mm y h esta comprendida entre los 0 mm y los 4 mm.

La circulation de un llquido exterior viscoso lo desde la camara de impulsion hasta el exterior a traves del tubo de extraction produce en los alrededores de su section de entrada la suction del llquido simple li, inyectado en la camara a traves del tubo capilar por el que fluye, formandose un chorro capilar estacionario, que se estrecha aguas abajo alcanzando un diametro constante de tamano micrometrico. Este chorro se forma gracias a la action del coflujo del fluido exterior y del gradiente de presiones favorable que ejerce el fluido exterior sobre el chorro capilar simple. Este chorro simple rompe por inestabilidad capilar en gotas del mismo orden que el del chorro que las origina, produciendo una emulsion simple monodispersa de tamano micrometrico.

Si se utiliza un tubo capilar de inyeccion compuesto, la succion produce un chorro capilar compuesto por el llquido intermedio, que forma la corteza mas externa del chorro, y por el llquido interior, que se encuentra en el centro del chorro compuesto. El chorro compuesto se forma gracias a la accion del coflujo del fluido exterior y del gradiente de presiones favorable que ejerce el fluido exterior sobre el fluido intermedio. La accion del coflujo exterior y del gradiente favorable de presiones exterior, junto con los gradientes de presiones capilares ejercidos por el fluido intermedio, producen de igual manera la formation de un chorro capilar del llquido interior, que por inestabilidad capilar rompe en gotas que inducen la rotura del llquido intermedio originando su recubrimiento y con ello la formacion de gotas compuestas, produciendo una emulsion compuesta monodispersa de diametros interior y exterior y espesor del recubrimiento controlables y de tamanos micrometricos.

Las viscosidades de los llquidos interior, intermedio y exterior, y las tensiones superficiales entre los llquidos interior y exterior, en la generacion de emulsiones simples y entre los llquidos exterior e intermedio e intermedio e interior, en la generacion de emulsiones compuestas, son propiedades flsicas esenciales en la production de emulsiones descrita en esta invencion y constituyen lo que denominaremos su configuration dimensional.

Los caudales de los llquidos interior, intermedio y exterior, Qi, Qm y Qe respectivamente o, alternativamente, los caudales de los llquidos interior e intermedio Qi y Qm respectivamente y la presion manometrica de impulsion del fluido exterior Ape, relacionada con el caudal exterior Qe de la forma Ape = KQe, con K una constante que depende solo de la geometrla del dispositivo, son las variables o parametros de control operativo en la generacion de emulsiones producida mediante esta tecnologla y constituyen los que denominaremos su configuracion operativa.

El procedimiento objeto de la presente invention consiste, en la adecuada selection de los parametros o variable geometricas, dimensionales y operativas indicadas, es decir en la especificacion de las configuraciones geometrica, dimensional y operativa.

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La especificacion de las configuraciones geometrica dimensional y operativa definen una determination parametrica o un modo de production.

Las formulaciones siguientes expresan la flsica del fenomeno en el que se fundamenta la tecnologla descrita:

(i) .- los numeros de Reynolds caracterlsticos de la corriente exterior e interior son menor que 1 y menor que 10, respectivamente: poUoD/po < 1 y piQi/(Dpo) < 10, donde Uo es la velocidad del fluido exterior en el centro del tubo de extraction

(ii) .- el numero capilar es mayor que 0.75; poUo/a > 0.75

(iii) .- el caudal del llquido interior y la velocidad del llquido exterior son tales que [4Qi/(n Uo)f < 1 mm.

Si la determinacion parametrica o el modo de produccion elegido satisface cada una de las anteriores relaciones numericas, entonces la generation de emulsiones simples mediante este dispositivo y procedimiento es factible. En este caso la ley de escala que predice el tamano del diametro de las gotas que forman la emulsion es la siguiente: 0.25[4Qi/(nUo)]1/2 < d < 4[4Qi/(nUo)]y2. En el caso de que la emulsion sea compuesta, Qi en la ecuacion anterior debe ser sustituido por Qi + Qm.

La invention descrita en esta memoria tiene aplicacion en aquellos sectores industriales en los que la produccion de emulsiones simples y compuestas monodispersas, homogeneas y de diametros y recubrimientos controlables de tamano micrometrico sea parte esencial del proceso.

Modo de realization de la invencion

Ejemplo de realizacion de la invencion para la generacion de emulsiones simples.

La imagen 3.2 de la figura 3 de la presente memoria descriptiva muestra la produccion real de emulsiones simples mediante esta invencion. Ademas, en la figura 1 se presenta el esquema del dispositivo utilizado.

El prototipo esta constituido por una camara de impulsion (4) de dimensiones interiores 3 cm x 3 cm x 3cm, que contiene en su interior un tubo de extraccion (3) de section cuadrada y de vidrio, de lado interior lo = 1 mm y longitud l = 4 cm, y un tubo capilar de inyeccion simple (1), de acero inoxidable y de diametro interior di = 450 pm. La separacion entre ambos tubos es h = 1 mm.

La camara de impulsion contiene sendos pares de ventanas, para permitir la monitorizacion en tiempo real de la produccion de las emulsiones simples.

Los llquidos exterior e interior utilizados en este ejemplo de realizacion de la invencion para la generacion de emulsiones simples son aceite de silicona de 100 cSt y agua destilada (1 cSt de viscosidad) respectivamente, con tension superficial entre ambos de 40 mN/m.

Los caudales de los llquidos exterior e interior, Qe y Qi, han sido variados entre 450 ml/h y 1400 ml/h y 0.1 ml/h y 10 ml/h, respectivamente, produciendo emulsiones de gotas de

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tamanos comprendidos entre 10 pm y 100 pm, con una frecuencia de production entre 1000 Hz y 10000 Hz.

La imagen 3.2 de la figura 3 ilustra la emulsion simple real producida segun las especificaciones anteriores con la inyeccion de caudales Qe = 1150 ml/h y Qi = 0.5 ml/h. El resto de imagenes de la serie, es decir las imagenes 3.1, 3.3 y 3.4 de la figura 3 muestran las emulsiones simples reales segun configuraciones geometricas diferentes, y sin variar el resto de especificaciones del modo de produccion descrito anteriormente.

Para evaluar la versatilidad tanto del procedimiento como del dispositivo de generation de emulsiones simples, as! como la amplitud de la determination parametrica, se han producido emulsiones modificando:

(i) las diferentes variables que caracterizan la configuration geometrica de sus elementos

(do, h, lo y l),

(ii) la viscosidad del llquido exterior e interior en los rangos entre 100 cSt y 1000 cSt y entre 1 cSt y 1 cSt respectivamente, y la tension superficial entre ambos entre 1 mN/m y 40 mN/m, sustituyendo unos liquidas por otros de diferentes propiedades,

(iii) y los valores concretos y especlficos de los parametros de control operativos de la produccion de emulsiones simples, es decir de los caudales de llquido exterior e interior, en los rangos entre 100 ml/h y 4000 ml/h y 0.01 ml/h y 100 ml/h respectivamente.

Se comprueba en cada caso la existencia de una ventana parametrica en la que la produccion de las emulsiones es efectiva, continua, uniforme y estable.

Ejemplo de realization de la invention para la generation de emulsiones compuestas.

La imagen 4.2 de la figura 4 de la presente memoria descriptiva muestra la produccion real de emulsiones compuestas mediante esta invention. Ademas, en la figura 2 se presenta el esquema del dispositivo utilizado.

El prototipo esta constituido por una camara de impulsion de dimensiones interiores 3 cm x 3 cm x 3 cm, que contiene en su interior un tubo de extraction (4) de section cuadrada y de vidrio, de lado interior lo = 1 mm y longitud l = 4 cm, y un tubo de inyeccion compuesto, formado por un tubo capilar (1) por donde circula el llquido interior, de diametro di = 450 pm, contenido y centrado coaxialmente en el interior de un segundo tubo capilar (3) de diametro interior do = 1.20 mm, por el que fluye el llquido intermedio. La separacion entre ambos tubos es h = 1 mm.

Los llquidos exterior, intermedio e interior utilizados en este ejemplo de realization de la invencion para la generacion de emulsiones compuestas son aceite de silicona de 1000 cSt, una mezcla de glicerina y agua destilada con viscosidad a 25 C de 400 cSt y aceite de silicona de 10 cSt de viscosidad, respectivamente, con tension superficial entre ambos pares de llquidos (exterior e intermedio e intermedio e interior) de 50 mN/m.

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Los caudales de los ilquidos exterior, intermedio e interior, Qe, Qm y Qi, han sido variados entre 100 ml/h y 200 ml/h, 0.1 ml/h y 10.0 ml/h y 0.1 ml/h y 10 ml/h, respectivamente, produciendo emulsiones de gotas compuestas de tamanos de diametros interiores comprendidos entre 10 pm y 100 pm, y recubrimientos comprendidos entre 10 pm y 40 pm, con una frecuencia de production entre 100 Hz y 2000 Hz.

La imagen 4.2 de la figura 4 muestra la produccion de una emulsion compuesta segun las especificaciones anteriores, en el caso de Qe = 200 ml/h, Qm = 2ml/h y Qi = 0.5 ml/h. El resto de imagenes de la serie, es decir las imagenes 4.1, 4.3 y 4.4 de la figura 4 muestran la produccion real de emulsiones compuestas segun caudales diferentes del llquido interior, comprendidos entre 0.1 ml/h y 0.7 ml/h, sin variar el resto de especificaciones del modo de produccion descrito anteriormente.

Para evaluar la versatilidad tanto del procedimiento como del dispositivo de generation de emulsiones compuestas, as! como la amplitud de la determination parametrica, se han producido emulsiones modificando:

(do, h, lo y l),

(ii) la viscosidad del llquido exterior, en el rango entre 100 cSt y 1000 cSt, la viscosidad del llquido intermedio entre 50 cSt y 1000 cSt, la viscosidad del llquido interior entre 1 cSt y 20 cSt, la tension superficial entre ambos llquidos entre 20 mN/m y 50 mN/m, mediante la sustitucion de unos llquidos por otros de diferentes propiedades,

(iii) y los valores concretos y especlficos de los parametros de control operativos de la produccion de las emulsiones compuestas, es decir de los caudales de llquido exterior, intermedio e interior, en los rangos entre 100 ml/h y 4000 ml/h, entre 0.01 ml/h y 10 ml/h y entre 0.01 ml/h y 100 ml/h respectivamente

Los materiales de los que pueden estar fabricados los diferentes elementos que constituyen el generador de emulsiones tanto simple como compuestas son multiples (metal, plastico, ceramica, vidrio), dependiendo fundamentalmente la election del material de la aplicacion especlfica en la que vaya a emplearse el dispositivo.

Pueden usarse cualesquiera metodos de suministro continuo de los llquidos exterior, intermedio e interior (depositos a presion, bombas de jeringa, etc.).

Los anteriores ejemplos de realization del invento, describen el procedimiento y el dispositivo o celda individual de generacion de emulsiones simples o compuestas con la limitation de la produccion que conlleva. Si se requiere un aumento de la produccion se puede multiplexar el dispositivo. En tal caso el caudal de llquido interior o de los llquidos intermedio e interior, segun el caso, deberan ser lo mas homogeneos posible entre las distintas celdas, lo cual puede requerir la impulsion a traves de multiples agujas capilares, medios porosos, o cualquier otro medio capaz de distribuir un caudal homogeneo entre diferentes puntos de alimentation.

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REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de generation de emulsiones simples, constituido por un tubo de inyeccion (1), de diametro interior di, alineado coaxialmente y separado una distancia h de un tubo de extraction (3), de longitud l y section circular o cuadrada de diametro o lado interior lo y salida al exterior, contenidos en el interior de una camara de impulsion (4), caracterizado porque

la. - di esta comprendido entre 0.05 mm y 4 mm,

lb. - lo y l estan comprendidos entre 0.05 mm y 4 mm, y 10 mm y 100 respectivamente y

lc. - h esta comprendida entre 0 mm y 4 mm.
2. Dispositivo de generation de emulsiones simples segun la revindication 1, caracterizado porque

2a.- di esta comprendido entre 0.40 mm y 1.40 mm,

2b.- lo y l estan comprendidos entre 0.70 mm y 1.20 mm, y 20 mm y 50 respectivamente y 2c.- h esta comprendida entre 0.50 mm y 1 50 mm.
3. Dispositivo de generation de emulsiones compuestas, constituido por un tubo de inyeccion compuesto formado por un tubo capilar interior (1) de diametro interior di, centrado coaxialmente en el interior de un segundo tubo capilar exterior (2) de diametro interior do, alineado coaxialmente y separado una distancia h de un tubo de un tubo de extraction (3), de longitud l y section circular o cuadrada de diametro o lado interior lo y salida al exterior, contenidos en el interior de una camara de impulsion (4), caracterizado porque

3a.- di esta comprendido entre 0.10 mm y 1.40 mm,

3b.- do esta comprendido entre 0.40 y 4 mm,

3c.- lo y l estan comprendidos entre 0.05 mm y 4 mm, y 10 mm y 100 respectivamente y 3d.- h esta comprendida entre 0 mm y 4 mm.
4. Dispositivo de generacion de emulsiones compuestas segun la reivindicacion 3, caracterizado porque

4a.- di esta comprendido entre 0.30 mm y 0.70 mm,

4b.- do esta comprendido entre 0.70 mm y 1.40 mm,

4c.- lo y l estan comprendidos entre 0.70 mm y 1.20 mm, y 20 mm y 50 respectivamente y 4d.- h esta comprendida entre 0.50 mm y 1 50 mm.

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5. Dispositivo de generation de emulsiones simples segun las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque las diferentes partes que lo componen estan fabricadas con diversos materiales tales como metal, plastico, ceramica, vidrio u otros.
6. Dispositivo de generation de emulsiones compuestas segun las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque las diferentes partes que lo componen estan fabricadas con diversos materiales tales como metal, plastico, ceramica, vidrio u otros.
7. Dispositivo de generation de emulsiones simples segun las reivindicaciones 1, 2 y 5, caracterizado porque la camara de impulsion dispone de ventanas que permiten la monitorizacion en tiempo real de la production de emulsiones, asl como el estudio del fenomeno flsico que lo sustenta.
8. Dispositivo de generation de emulsiones compuestas segun las reivindicaciones 3, 4 y 6, caracterizado porque la camara de impulsion dispone de ventanas que permiten la monitorizacion en tiempo real de la production de emulsiones, asl como el estudio del fenomeno flsico que lo sustenta.
9. Dispositivo multiplexado de generation de emulsiones simples, caracterizado porque cada una de las celdas individuales que lo componen posee las caracterlsticas tecnicas descritas en las reivindicaciones 1, 2, 5 y 7.
10. Dispositivo multiplexado de generation de emulsiones compuestas, caracterizado porque cada una de las celdas individuales que lo componen posee las caracterlsticas tecnicas descritas en las reivindicaciones 3, 4, 6 y 8.
11. Emulsiones simples de cualesquiera dos fluidos inmiscibles o escasamente miscibles entre si, caracterizadas porque los diametros d de las gotas producidas mediante un dispositivo de generation de emulsiones con las caracterlsticas tecnicas descritas en las reivindicaciones 1, 2, 5, 7 y 9 satisfacen la relation 025[4Qi/(nUo)]/2 < d < 4[4Qi/(nUo)] 1/, siendo Qi el caudal del llquido interior y Uo la velocidad del llquido emulsionante en el centro del tubo capilar.
12. Emulsiones compuestas de cualesquiera dos fluidos inmiscibles o escasamente miscibles entre si emulsionados mediante cualquier fluido inmiscible o escasamente miscible con el exterior de los anteriores, caracterizadas porque los diametros d de las gotas producidas mediante un dispositivo de generation de emulsiones con las caracterlsticas tecnicas descritas en las reivindicaciones 3, 4, 6, 8 y 10 satisfacen la relation 0.25[4(Qi + Qm)/(nUo)] 1/2 < d < 4[4(Qi + Qm)/(nUo)] 1/2 siendo Qi el caudal del llquido interior, Qm el caudal del llquido intermedio y Uo la velocidad del llquido emulsionante en el centro del tubo capilar.
13. Procedimiento de generation de emulsiones simples de tamano micrometrico, caracterizado porque un caudal de llquido Qi es inyectado a traves de una aguja de diametro interior d1 en el seno de una camara a la que se suministra un caudal Qe de un llquido emulsionante de viscosidad mayor que la del llquido a emulsionar, siendo esta pareja de llquidos inmiscibles o escasamente miscibles entre si, y teniendo la citada camara una aguja capilar de extraction de longitud l y de dimension transversal caracterlstica lo situada a una distancia h de la salida de la aguja de inyeccion, con di, lo, l y h segun las reivindicaciones 1, 2, 5 y 7, y siendo el proposito de la aguja de extraction el de generar a lo largo de toda su longitud l > lo un gradiente de presiones favorable

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sobre el ilquido a emulsionar y sobre el emulsionante, formandose como consecuencia un chorro capilar de tamano micrometrico estable en el interior del tubo de extraccion que se disgrega en gotas de tamanos uniformes gracias al crecimiento de una inestabilidad capilar.
14. Procedimiento de generation de emulsiones simples de tamano micrometrico segun la reivindicacion 13, caracterizado porque

14a.- la viscosidad del llquido a emulsionar esta comprendida entre 1 cSt y 1000 cSt y la viscosidad del llquido emulsionante esta comprendida entre 1 cSt y 10000 cSt;

14b.- el caudal de llquido a emulsionar Qi esta comprendido entre 0.01 ml/h y 100 ml/h y el caudal del llquido emulsionante Qe esta comprendido entre 1 y 4000 ml/h;
15. Procedimiento de generacion de emulsiones simples de tamano micrometrico segun la reivindicacion 13, caracterizado porque

15a.- la viscosidad del llquido a emulsionar esta comprendida entre 1 cSt y 50 cSt y la viscosidad del llquido emulsionante esta comprendida entre 50 cSt y 1000 cSt;

15b.- el caudal de llquido a emulsionar esta comprendido entre 0.1 ml/h y 10 ml/h y el caudal del llquido emulsionante esta comprendido entre 50 ml/h y 1000 ml/h.
16. Procedimiento de generacion de emulsiones simples de tamano micrometrico segun las reivindicaciones 13 y 14 que se implementa utilizando un dispositivo de generacion de emulsiones simples con las caracterlsticas tecnicas descritas en la reivindicacion 9, siendo en este caso los caudales descritos en la reivindicacion 14b los correspondientes a una celda individual del dispositivo multiplexado
17. Procedimiento de generacion de emulsiones compuestas de tamano micrometrico. caracterizado porque un caudal de llquido interior Qi y un caudal Qm de un llquido intermedio que es inmiscible o escasamente miscible con el primero se inyectan a traves de una aguja capilar compuesta por dos tubos coaxiales de diametros interiores respectivos di y do en el seno de una camara a la que se suministra un caudal Qe de un llquido emulsionante de viscosidad mayor que la de los llquidos a emulsionar e inmiscible o escasamente miscible con el llquido intermedio, poseyendo la citada camara un tubo capilar de extraccion de longitud l y de dimension transversal caracterlstica lo situada a una distancia h de la salida del tubo capilar compuesto, con di, do, lo, l y h segun las reivindicaciones 3, 4, 6 y 8, y siendo el proposito de la aguja de extraccion el de generar a lo largo de toda su longitud l > lo un gradiente de presiones favorable sobre los llquidos a emulsionar y sobre el emulsionante, formandose como consecuencia un chorro capilar compuesto de los llquidos interior e intermedio de tamano exterior micrometrico que se disgrega en gotas compuestas de los liquidas interior e intermedio de tamanos uniformes gracias al crecimiento de una inestabilidad capilar.
18. Procedimiento de generacion de emulsiones compuestas segun la reivindicacion 17, caracterizado porque

18a.- la viscosidad del llquido interior (li) del chorro compuesto a emulsionar esta comprendida entre 1 cSt y 1000 cSt, la viscosidad del llquido exterior del chorro

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compuesto (lm) a emulsionar esta comprendida entre 1 cSt y 1000 cSt y la viscosidad del llquido emulsionante (le) esta comprendida entre 1 cSt y 1000 cSt;

18b.- el caudal Qi del llquido interior del chorro compuesto a emulsionar esta comprendido entre 0.01 ml/h y 100 ml/h, el caudal Qm del llquido exterior del chorro compuesto a emulsionar esta comprendido entre 0.001 ml/h y 1000 ml/h y el caudal Qe del llquido emulsionante esta comprendido entre 1 ml/h y 4000 ml/h;
19. Procedimiento de generacion de emulsiones compuestas segun la reivindicacion 17, caracterizado porque

19a.- la viscosidad del llquido li esta comprendida entre 1cSt y 10 cSt, la viscosidad del llquido lm esta comprendida entre 10 cSt y 100 cSt y la viscosidad del llquido le esta comprendida entre 100 cSt y 1000 cSt;

19b.- el caudal del llquido li esta comprendido entre 0.1 ml/h y 10 ml/h, el caudal del llquido lm esta comprendido entre 0.01 ml/h y 100 ml/h y el caudal del llquido le esta comprendido entre 50 ml/h y 1000 ml/h.
20. Procedimiento de generacion de emulsiones compuestas de tamano micrometrico segun la reivindicacion 17 y 18 implementado utilizando un dispositivo de generacion de emulsiones compuestas con las caracterlsticas tecnicas descritas en la reivindicacion 10, siendo en este caso los caudales descritos en la reivindicacion 18b los correspondientes a una celda individual del dispositivo multiplexado.
21. Procedimiento de generacion de emulsiones compuestas segun la reivindicacion 17, caracterizado porque

21a.- la viscosidad del llquido li esta comprendida entre 1 cSt y 10 cSt, la viscosidad del llquido lm esta comprendida entre 100 cSt y 400 cSt y la viscosidad del llquido le esta comprendida entre 400 cSt y 1000 cSt;

21b.- el caudal del llquido li esta comprendido entre 0.1 ml/h y 10 ml/h, el caudal del llquido lm esta comprendido entre 0.01 ml/h y 100 ml/h y el caudal del llquido le esta comprendido entre 50 ml/h y 1000 ml/h.
22. Procedimiento de generacion de emulsiones compuestas segun la reivindicacion 17, caracterizado porque

22a.- la viscosidad del llquido li esta comprendida entre 1 cSt y 10 cSt, la viscosidad del llquido lm esta comprendida entre 400 cSt y 700 cSt y la viscosidad del llquido le esta comprendida entre 700cSt y 1000 cSt;

22b.- el caudal del llquido li esta comprendido entre 0.1 ml/h y 10 ml/h, el caudal del llquido lm esta comprendido entre 0.01 ml/h y 100 ml/h y el caudal del llquido le esta comprendido entre 50 ml/h y 1000 ml/h.
23. Emulsiones simples de cualesquiera dos fluidos inmiscibles o escasamente miscibles entre si, caracterizadas porque los diametros d de las gotas producidas mediante el procedimiento de generacion de emulsiones descrito en las reivindicaciones 13, 14, 15 y

16 satisfacen la relation 025[4Qi/(nUo)]1/2 < d < 4[4Qi/(nUo)]/2,siendo Qi el caudal del llquido interior y Uo la velocidad del llquido emulsionante en el centro del tubo capilar.
24. Emulsiones compuestas de cualesquiera dos fluidos inmiscibles o escasamente 5 miscibles entre si emulsionados mediante cualquier fluido inmiscible o escasamente miscible con el exterior de los anteriores, caracterizadas porque los diametros d de las gotas producidas mediante el procedimiento de generation de emulsiones descrito en las reivindicaciones 17, 18, 19, 20, 21 y 22 satisfacen la relation 0.25[4(Qi + Qm)/(nUo)] 1/2 < d < 4[4(Qi + Qm)/(nUo)]1/ siendo Qi el caudal del llquido interior, Qm el caudal del llquido 10 intermedio y Uo la velocidad del llquido emulsionante en el centro del tubo capilar.