ES2899380T3 - Dispositivo y método para generar gotitas - Google Patents

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André R Studart
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Abstract

Un dispositivo (1) para generar gotitas (30) de una fase dispersa (D) en una fase continua (C), que comprende una pluralidad de canales (20), en donde cada canal (20) comprende una entrada (201) y una salida (202), y en donde cada canal (20) se extiende desde dicha entrada (201) a lo largo de un respectivo eje longitudinal (L) hasta dicha salida (202), de modo que se pueden generar gotitas (30) de una fase dispersa (D) en una fase continua (C) en dichas salidas (202) cuando se proporciona un flujo de dicha fase dispersa (D) desde dichas entradas (201) hasta dichas salidas (202) y dichas salidas (202) están en conexión de flujo con un depósito o conducto que contiene dicha fase continua (C), en donde dicho dispositivo (1) comprende una pluralidad de capas (10) de un material de sustrato dispuestas en una pila (100), en donde cada capa (10) comprende un primer lado (101) y un segundo lado (102), en donde el primer lado (101) se orienta lejos del segundo lado (102), y en donde el primer lado (101) de cada capa (10) comprende una pluralidad de ranuras (103), en donde las ranuras (103) de cada primer lado (101) están cubiertas por un segundo lado (102) de una capa adyacente (10), de modo que se forma dicha pluralidad de canales (20), en donde las entradas (201) están dispuestas en un lado frontal (104) de la pila (100) y las salidas (202) están dispuestas en un lado trasero (105) opuesto de la pila (100), caracterizado por que cada uno de los canales (20) comprende una boquilla (21) colocada en dicha salida (202) del respectivo canal (20), en donde dicha boquilla (21) comprende una primera extensión transversal máxima (e1) y en donde el respectivo canal (20) comprende una segunda extensión transversal (e2) adyacente a dicha boquilla (21), en donde dicha primera extensión transversal máxima (e2) es más grande que dicha segunda extensión transversal (e2).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y método para generar gotitas
La invención se refiere a un dispositivo y un método para generar gotitas de una fase dispersa en una fase continua, y un método de fabricación del dispositivo de acuerdo con la presente invención. En particular, el dispositivo es un emulsionante de cepillo microfluídico que funciona según el principio de emulsificación por etapas, que también se conoce como emulsificación de microcanal o emulsificación de generación de gotitas basada en bordes (EDGE). Las gotitas monodispersas en el rango de tamaño de micrómetros a milímetros tienen aplicaciones en los campos de la farmacia, la cosmética, la diagnosis, la alimentación y la ciencia de los materiales. En una emulsión, la monodispersidad aumenta la estabilidad, permite controlar firmemente los volúmenes en múltiples reacciones químicas o biológicas y permite la producción de estructuras periódicas. La microfluídica ofrece una excelente plataforma para formar con precisión gotitas monodispersas, sin embargo, solo se pueden producir pequeños volúmenes.
Las membranas microfluídicas convencionales de acuerdo con la técnica anterior se construyen a partir de un material a granel como material de partida. Como etapa de procesamiento, los orificios se microperforan, se laserizan, se graban en húmedo o se graban mediante grabado profundo con iones reactivos. Estos métodos limitan los posibles tamaños y formas de la membrana final, ya que procesan los canales a lo largo de su dirección de flujo final.
Estos dispositivos de la técnica anterior tienen el inconveniente de que, debido a una distribución de presión no homogénea de la fase dispersa en las entradas de los canales, solo un pequeño porcentaje de los canales produce gotitas de forma activa, lo que reduce significativamente la eficiencia de la emulsificación. De este modo, sería deseable aumentar esta eficiencia, en particular para la aplicación industrial a gran escala de dispositivos generadores de gotitas.
Además, por la técnica anterior se conoce un dispositivo de emulsificación que consiste en una matriz bidimensional de dispensadores de gotitas en paralelo (documento WO 2014/186440 A2). Dicho dispositivo microfluídico en dos dimensiones limita la producción de alto rendimiento.
El documento DE 19541265 A1 desvela un dispositivo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo y/o método para generar gotitas que se mejore con respecto a las desventajas descritas anteriormente de la técnica anterior, en particular, un dispositivo y/o método con mayor eficiencia de producción de gotitas.
Este objetivo se consigue mediante la materia objeto del dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, el método para generar gotitas de acuerdo con la reivindicación 11, y el método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 13. Las realizaciones del dispositivo se especifican en las reivindicaciones dependientes 2 a 10. Una realización del método para generar gotitas se especifica en la reivindicación dependiente 12, y una realización del método de fabricación se especifica en la reivindicación dependiente 14.
Estas y otras realizaciones se describen con más detalle en la siguiente descripción.
Un primer aspecto de la invención se refiere a un dispositivo para generar gotitas de una fase dispersa en una fase continua, que comprende una pluralidad de canales, en donde cada canal comprende una entrada y una salida, y en donde cada canal se extiende desde la respectiva entrada a lo largo de un respectivo eje longitudinal hasta la respectiva salida, de manera que las gotitas de una fase dispersa se puedan generar en una fase continua en las salidas cuando se proporciona un flujo de la fase dispersa desde las entradas a las salidas y las salidas estén en conexión de flujo con un depósito o conducto que contenga la fase continua, en donde el dispositivo comprende una pluralidad de capas de un material de sustrato dispuestas en una pila, en donde cada capa comprende un primer lado y un segundo lado, en donde el primer lado se orienta lejos del segundo lado, y en donde el primer lado de cada capa comprende una pluralidad de ranuras, en donde las ranuras de cada primer lado están cubiertas por un segundo lado de una capa adyacente, de modo que la pluralidad de canales se forme a partir de las ranuras y el segundo lado de la capa adyacente, en donde las entradas estén dispuestas en un lado frontal de la pila y las salidas estén dispuestas en un lado trasero opuesto de la pila.
Es decir, las ranuras de una respectiva capa forman la sección inferior de los respectivos canales, de acuerdo con una sección transversal que es perpendicular al respectivo eje longitudinal, y la capa adyacente encima de la respectiva capa forma una sección de techo de los canales, cerrando así los canales en la dirección en la que se apilan las capas. La pila también puede comprender una capa superior dispuesta encima de la pila, en donde el primer lado de la capa superior tiene una superficie plana, dicho de otro modo, no comprende ranuras.
En particular, las ranuras pueden introducirse en las capas mediante fotolitografía y grabado. Por ejemplo, las capas son láminas planas que tienen una sección transversal rectangular.
El término 'depósito' designa un receptáculo en el que está contenida una fase fluida, por ejemplo, la fase continua o la fase dispersa, y el término 'conducto' designa un receptáculo en el que se proporciona un flujo de una fase fluida, por ejemplo, la fase continua o la fase dispersa.
El dispositivo de acuerdo con la presente invención combina la precisión de la formación de gotitas mediante emulsificación por etapas con un rendimiento suficientemente alto para aplicaciones industriales.
En particular, el dispositivo de acuerdo con la invención puede usarse como un emulsionante de cepillo microfluídico con la alta capacidad de paralelizar dispensadores de gotitas en tres dimensiones. El apilamiento de capas individuales permite la implementación de canales de alta relación de aspecto con cualquier geometría deseada. Esto permite la producción de alto rendimiento de gotitas monodispersas.
En el dispositivo de acuerdo con la presente invención, primero se generan los canales, en particular, se graban, sobre múltiples capas individuales. La construcción de los canales desde su lado permite implementar cualquier relación de aspecto deseada, por ejemplo, una relación de aspecto de 80, en donde los canales tienen 20 pm de ancho y 1600 pm de largo. Con este método de procesamiento, es posible implementar canales con una relación de aspecto de 10000, en donde los canales tienen 6 pm de ancho y 6 cm de largo. Además, las geometrías de canal se pueden implementar simplemente mediante fotolitografía, permitiendo, por ejemplo, construir canales con un ancho creciente o decreciente, con geometrías curvas o en ángulo, o con boquillas o embudos especiales diseñados al principio o al final, por ejemplo, una boquilla en la salida y un embudo en la entrada. Las altas relaciones de aspecto de los canales permiten una distribución de presión igual a los dispensadores de gotitas, dando lugar a una alta eficiencia de producción de gotitas, ya que casi todos los canales están produciendo gotitas activamente en las salidas del canal. Además, utilizando la presente invención, es posible construir una membrana sobre varias decenas de centímetros, sin afectar a la producción de gotitas monodispersas en toda la longitud de la membrana, por ejemplo, producir gotitas de manera uniforme sobre una longitud de matriz de 6 cm.
El dispositivo, que consiste particularmente en miles de dispensadores de gotitas de emulsificación por etapas en paralelo, se produce, por ejemplo, mediante litografía blanda, grabado y apilado. La metodología presentada, a diferencia de los ciclos de producción de membranas convencionales, permite obtener canales de gran relación de aspecto combinados con la implementación de cualquier geometría de canal deseada al final de los canales. Ambas características son muy ventajosas para el control de precisión de la monodispersidad de las gotitas. La ampliación de los canales de emulsificación por etapas permite producir emulsiones monodispersas del orden de toneladas al año, acercando la microfluídica a las aplicaciones industriales.
Los dispositivos de emulsificación por etapas microfluídicos se pueden incrustar en plataformas poliméricas tales como, por ejemplo, en polidimetilsiloxano (PDMS) o polimetilmetacrilato (PMMA), o en materiales metálicos o cerámicos. Por ejemplo, es posible producir dispositivos de emulsificación por etapas microfluídicos en vidrio. Dichos dispositivos de vidrio combinan la estabilidad térmica, química y mecánica del material de incrustación con las ventajas que ofrece la emulsificación por etapas. Los chips de vidrio microfluídicos se producen utilizando un método sencillo y eficiente que comprende etapas de fotolitografía y grabado. La fotolitografía permite implementar cualquier geometría de canal deseada hasta una resolución de 1-2 pm.
En determinadas realizaciones, el lado frontal y el lado trasero se extienden perpendicularmente a las capas de la pila. En su interior, en particular, en caso de que los canales sean paralelos, el lado frontal y el lado trasero de la pila se extienden perpendicularmente al eje longitudinal.
En determinadas realizaciones, los canales están dispuestos en un ángulo de 60 ° a 120 °, particularmente 90 °, con respecto al lado frontal y al lado trasero.
En determinadas realizaciones, los canales están cerrados en una dirección perpendicular a la extensión de las capas.
En determinadas realizaciones, cada canal comprende una respectiva relación de aspecto entre una longitud del respectivo canal a lo largo del eje longitudinal y una extensión transversal mínima perpendicular al eje longitudinal (relación de aspecto = longitud/extensión transversal mínima), en donde la relación de aspecto es 30 o más, particularmente 75 o más, más particularmente 120 o más.
En su interior, la relación de aspecto se define como la relación entre la longitud del canal y el ancho del canal de sección transversal o la altura del canal, el que sea más pequeño (es decir, relación de aspecto = longitud del canal / ancho del canal o relación de aspecto = longitud del canal / altura del canal). El ancho del canal y la altura del canal también pueden ser iguales entre sí en algunas realizaciones, por ejemplo, en canales que tienen una sección transversal circular. En este caso, la relación de aspecto sería la relación entre la longitud y el diámetro del canal. La extensión transversal también puede variar a lo largo del canal. En este caso, la relación de aspecto se define como la relación entre la longitud y el mínimo de la extensión transversal.
Además, los canales del dispositivo de acuerdo con la invención también pueden extenderse a lo largo de una línea curva o doblada, o pueden comprender al menos una esquina. En este caso, la longitud del canal se mide a lo largo de toda esta línea curva, doblada o con esquina.
En determinadas realizaciones, los canales son canales microfluídicos.
En determinadas realizaciones, la relación de aspecto es de 30 a 20000, particularmente de 75 a 20000, más particularmente de 120 a 20000.
A pesar de la solidez frente a pequeñas fluctuaciones de presión, es deseable una distribución de presión similar en los dispensadores de gotitas, ya que esto permite una eficiencia de trabajo de casi el 100 % de todos los dispensadores de gotitas. Por este motivo, es necesaria una alta resistencia de la distribución, que está determinada por la relación de aspecto de los canales. Mediante esta alta resistencia, la presión es similar en todos los dispensadores de gotitas y todos los dispensadores de gotitas en paralelo producen gotitas a una frecuencia en el mismo rango. El tamaño del canal de fase continua exterior puede variar desde múltiples veces el tamaño del canal de distribución hasta el infinito, ya que es independiente del tamaño de la gotita.
En determinadas realizaciones, el dispositivo comprende 100 o más canales, particularmente 1000 o más canales. En determinadas realizaciones, la pila comprende al menos 10 capas.
Apilar y combinar n capas de un dispositivo de este tipo en todo un dispositivo genera una velocidad de producción n veces mayor. Por ejemplo, un prototipo de matriz 2D único en particular produce gotitas monodispersas a un rendimiento máximo de 12 ml/h, dado un diámetro de gotita de 80 pm. Al apilar 10 capas de este tipo, es posible producir gotitas a un caudal de 120 ml/h. La velocidad de producción aumenta considerablemente al aumentar el diámetro de las gotitas.
De acuerdo con la invención, cada uno de los canales comprende una boquilla colocada en la salida del respectivo canal, en donde la boquilla comprende una primera extensión transversal máxima y en donde el respectivo canal comprende una segunda extensión transversal adyacente a la boquilla, en donde la primera extensión transversal máxima es mayor que la segunda extensión transversal. Dicho de otro modo: los canales se extienden en la boquilla, en donde en la extensión transversal aumenta en la boquilla.
En determinadas realizaciones, las boquillas tienen una forma triangular al verse en una sección transversal paralela a las capas del dispositivo.
En determinadas realizaciones, las boquillas tienen forma de cuña.
Las gotitas están formadas por el siguiente mecanismo: La fase dispersa fluye a través del canal de distribución hasta una boquilla, donde se emulsiona al final. En particular, la boquilla es un depósito triangular al final de los canales de distribución. La rápida transferencia de líquido desde la boquilla al depósito de fase continua provoca la formación de un cuello estrecho de líquido. Las inestabilidades de Rayleigh que se producen en el cuello estrecho generan la formación de gotitas en la etapa de la boquilla (F. Dutka, A. S. Opalski, P. Garstecki, Lab on a Chip 2016, 16, 2044). Al llegar a la etapa al final de la boquilla, el gradiente de presión de la fase dispersa dentro y fuera de la boquilla desprende una gotita sin fuerza externa. Una boquilla de este tipo es ventajosa, ya que desacopla los caudales del proceso de emulsificación. Una ventaja principal de la emulsificación por etapas con un diseño de boquilla respecto a otras técnicas de emulsificación es la independencia del caudal aplicado de la fase dispersa bajo un caudal máximo crítico. Adicionalmente, el tamaño de las gotitas también es independiente de las condiciones de flujo continuo, incluso en condiciones de flujo estancado. En cambio, el tamaño medio de las gotitas depende principalmente de la geometría del canal. Esta propiedad hace que la emulsificación por etapas sea atractiva para la paralelización, ya que pequeñas fluctuaciones de presión en los diferentes canales no afectan a la distribución del tamaño de las gotitas producidas.
Una ventaja adicional del dispositivo de acuerdo con la invención es la posibilidad de implementar canales de alta relación de aspecto y combinarlos con una geometría especializada, como, por ejemplo, la boquilla triangular. La combinación de los canales de alta relación de aspecto junto con la boquilla triangular al final permite desacoplar el tamaño de las gotitas de los caudales aplicados y garantiza una eficiencia de funcionamiento de casi el 100 % del dispositivo.
En determinadas realizaciones, cada uno de los canales comprende un embudo colocado en la entrada del respectivo canal, en donde el embudo comprende una segunda extensión transversal máxima y en donde el respectivo canal comprende una tercera extensión transversal adyacente al embudo, en donde la segunda extensión transversal máxima es mayor que la tercera extensión transversal.
En determinadas realizaciones, los embudos tienen una forma triangular al verse en una sección transversal paralela a las capas del dispositivo.
En determinadas realizaciones, los embudos tienen forma de cuña.
En determinadas realizaciones, los canales son paralelos.
En determinadas realizaciones, la extensión transversal (es decir, el diámetro) de los canales es de 200 pm o menos, particularmente 50 pm o menos, más particularmente 25 pm o menos, más particularmente 10 pm o menos. En determinadas realizaciones, el dispositivo también comprende un primer depósito o conducto que está en conexión de flujo con las entradas de los canales y un segundo depósito o conducto que está en conexión de flujo con las salidas de los canales.
En determinadas realizaciones, el dispositivo comprende al menos un depósito o conducto adicional, en donde el dispositivo comprende una pluralidad de primeros canales que conectan el primer depósito o conducto al al menos un depósito o conducto adicional, y en donde el dispositivo comprende una pluralidad de segundos canales que conectan el al menos un depósito o conducto adicional al segundo depósito o conducto.
El dispositivo de acuerdo con la presente invención permite la emulsificación en sistemas de depósito abiertos, en sistemas de flujo cerrados o, si se combina en serie, para la generación de múltiples emulsiones. En particular, el dispositivo se alimenta con la fase dispersa a través de una sola fuerza externa. Esto empuja al fluido, un líquido o un gas, para que llegue a las salidas al final de los canales del dispositivo, donde se emulsiona. Las gotitas líquidas o gaseosas pueden ser arrastradas por gravedad en un depósito abierto con una fase continua estancada.
Dependiendo de una densidad de fase dispersa más pesada o más ligera en comparación con la fase continua, todo el sistema se puede montar boca abajo o de abajo hacia arriba. Si se requiere un transporte rápido de la emulsión, los dispositivos se pueden montar en un sistema de flujo cerrado, en el que la fase continua se hace fluir alrededor, recoge las gotitas producidas y las transporta por una salida a una cámara de recogida.
La combinación de dos dispositivos en serie permite la producción de emulsiones dobles. Las emulsiones dobles son gotitas dentro de gotitas, que son muy atractivas para la producción de microcápsulas como protección de la fase interna. En este caso, el primer dispositivo produce emulsiones únicas, que luego se reinyectan directamente en el segundo dispositivo, donde se produce la segunda etapa de emulsificación.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un método para generar gotitas de una fase dispersa en una fase continua utilizando un dispositivo de acuerdo con el primer aspecto, en donde se proporciona un flujo de la fase dispersa desde las entradas a través de las salidas de los canales hacia la fase continua, y en donde se forma una pluralidad de gotitas de la fase dispersa en la fase continua.
En determinadas realizaciones, la fase dispersa se proporciona en el primer depósito o conducto, en donde la fase continua se proporciona en el segundo depósito o conducto, y en donde se genera un flujo de la fase dispersa a través de los canales hacia la fase continua.
En determinadas realizaciones, se proporciona un flujo de una fase interna dispersa desde entradas a través de respectivas salidas de una pluralidad de primeros canales del dispositivo hacia una fase intermedia dispersa, en donde una pluralidad de primeras gotitas de la fase interna dispersa se forma en la fase intermedia dispersa, y en donde se proporciona un flujo de la fase intermedia dispersa que contiene las primeras gotitas desde entradas a través de respectivas salidas de una pluralidad de segundos canales del dispositivo hacia la fase continua, en donde una pluralidad de segundas gotitas de la fase interna dispersa y la fase intermedia dispersa se forma en la fase continua.
En determinadas realizaciones, se proporciona una fase interna dispersa en el primer depósito o conducto, en donde se proporciona al menos una fase intermedia dispersa en el al menos un depósito o conducto adicional, y en donde se genera un flujo de la fase interna dispersa a través de los primeros canales hacia la al menos una fase intermedia dispersa, y en donde se genera un flujo de la al menos una fase intermedia dispersa a través de los segundos canales hacia la fase continua.
Ventajosamente, esto permite producir emulsiones dobles.
Un tercer aspecto de la invención se refiere a un método para fabricar un dispositivo de acuerdo con el primer aspecto, en donde se proporciona una pluralidad de capas de un material de sustrato, y en donde se genera una pluralidad de ranuras en un respectivo primer lado de cada capa, y en donde se forma una pila a partir de las capas, de modo que dicho primer lado de cada respectiva capa contacta con un respectivo segundo lado de una capa adyacente, de modo que se forma la pluralidad de canales, en donde las capas de la pila están conectadas, particularmente unidas entre sí.
En determinadas realizaciones, las ranuras en los primeros lados de las capas se generan mediante fotolitografía y grabado posterior.
El dispositivo de acuerdo con la invención se puede realizar, por ejemplo, como una membrana apilada grabada fotolitográficamente con canales con alta relación de aspecto. Una primera etapa del respectivo método de fabricación consiste en producir múltiples matrices 2D individuales de canales de emulsificación por etapas linealmente en paralelo con una alta relación de aspecto y una boquilla, por ejemplo, una boquilla triangular. En una segunda etapa, esas matrices se apilan verticalmente y se sellan herméticamente en un alineador de unión a altas temperaturas. Siguiendo esas ideas, se puede producir un dispositivo de acuerdo con la invención mediante fotolitografía, grabado en húmedo, apilado y unión en vidrio.
La invención también se ilustra mediante los siguientes ejemplos y figuras, de los cuales pueden extraerse realizaciones adicionales.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de una parte de un dispositivo de acuerdo con la invención que comprende una pila de capas que comprenden canales;
la Figura 2 muestra una representación esquemática de un dispositivo de acuerdo con la invención;
la Figura 3 muestra un esquema de la formación de una gotita en un canal del dispositivo de acuerdo con la invención;
la Figura 4 muestra una vista en perspectiva de un canal del dispositivo de acuerdo con la invención;
la Figura 5 muestra diferentes realizaciones de canales del dispositivo de acuerdo con la invención que comprenden boquillas de diferentes geometrías;
la Figura 6 muestra una representación esquemática de procesos de fabricación de partes de dispositivos de acuerdo con la técnica anterior (a) y la presente invención (b);
la Figura 7 muestra una realización del dispositivo de acuerdo con la invención diseñado como un sistema de depósito abierto;
la Figura 8 muestra una realización del dispositivo de acuerdo con la invención diseñado como un sistema de flujo cerrado;
la Figura 9 muestra una realización del dispositivo de acuerdo con la invención adaptado para la generación de emulsión doble.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de una parte de un dispositivo 1 de acuerdo con la invención que comprende una pila de capas 10 que comprende canales 20. Las capas 10 constituyen matrices individuales de canales 20 de distribución en paralelo. Como se ilustra en la Figura 1, las capas 10 se pueden apilar y unir (por ejemplo, térmicamente) para la producción de un dispositivo tridimensional 1 que da como resultado un emulsionante de cepillo microfluídico.
En su interior, cada una de las capas 10 comprende un primer lado 101 que comprende rebajes 103 y un segundo lado 102 opuesto al primer lado 101. En la pila 100, el primer lado 101 de cada capa 10 está cubierto por un segundo lado 102 de una capa 10 adyacente apilada encima de la capa 10. Como resultado, los rebajes 103 están cubiertos por el segundo lado 102, de modo que se forman los canales 20.
La pila 100 final, obtenida apilando y conectando las capas 10, comprende un lado frontal 104 y un lado trasero 105, perpendiculares a las capas 10 y en la realización representada también perpendiculares al eje longitudinal L, que es perpendicular a la extensión de los canales 20. Las entradas 201 de los canales 20 están colocadas en el lado trasero 105, y las salidas 202 de los canales 20 están colocadas en el lado frontal 104.
La Figura 2 muestra una vista transversal de una capa 10 (ver Figura 1) de un dispositivo 1 para generar gotitas 30 de una fase dispersa D en una fase continua C de acuerdo con la presente invención. El dispositivo 1 está conectado a un primer depósito 11 (por ejemplo, en el caso de un sistema de depósito abierto) o primer conducto 11 (por ejemplo, en el caso de un sistema de flujo cerrado) que está en conexión de flujo con un segundo depósito 12 (por ejemplo, en el caso de un sistema de depósito abierto) o segundo conducto 12 (por ejemplo, en el caso de un sistema de flujo cerrado) por medio de una pluralidad de canales 20 del dispositivo 1. Por motivos de simplicidad, en la Figura 2 solo se representan dos canales 20, pero el número de canales 20 puede ser mucho mayor (ver también la Figura 1), por ejemplo, varios miles.
Los canales 20 se extienden desde respectivas entradas 201 a lo largo de un respectivo eje longitudinal L hasta respectivas salidas 202. De acuerdo con la realización representada en la Figura 2, los canales 20 son paralelos entre sí. Sin embargo, otras realizaciones son posibles dentro del alcance de la presente invención, en el que los canales 20 no son paralelos y/o tienen formas diferentes (por ejemplo, están doblados o curvados).
Además, los canales 20 tienen una respectiva longitud I a lo largo del eje longitudinal L y una extensión transversal mínima emín perpendicular al eje longitudinal L, que es igual al ancho w en el ejemplo representado, en donde el ancho w se extiende en el plano de la respectiva capa 10, perpendicular al eje longitudinal L.
En otras realizaciones, la extensión transversal mínima emín puede ser igual a una altura h del respectivo canal 20, en donde la altura h se mide a lo largo de una dirección que es perpendicular al ancho w y al eje longitudinal L. El ancho w también puede ser igual a la altura h en algunas realizaciones. Una relación de aspecto a de los canales 20 se define como la relación entre la longitud I y la extensión transversal mínima emín (en este caso, el ancho w).
En la realización representada en la Figura 2, los canales 20 comprenden una sección, en la que la extensión transversal es constante (igual a la extensión transversal mínima emín), y una boquilla 21 colocada en, o cerca de, la respectiva salida 202, en la que la extensión transversal aumenta. La boquilla 21 está en conexión de flujo con el segundo depósito o conducto 12 y comprende una primera extensión transversal máxima e1 perpendicular al eje longitudinal L, y una segunda extensión transversal e2 adyacente a la boquilla 21, es decir, en la conexión entre la boquilla 21 y el canal 20 restante, en donde la primera extensión transversal máxima e1 es más grande que la segunda extensión transversal e2. En el ejemplo mostrado en la Figura 2, la boquilla 21 tiene forma de cuña (ver también la descripción de la Figura 5A). Otros ejemplos de formas se representan en las Figuras 5B a 5H.
Cuando una fase dispersa D, por ejemplo, una sustancia hidrofóbica tal como un aceite, se proporciona en el primer depósito o conducto 11, una fase continua C, por ejemplo, una fase acuosa, se proporciona en el segundo depósito o conducto 12, y se proporciona una diferencia de presión entre el primer depósito o conducto 11 y el segundo depósito o conducto 12 (teniendo la fase dispersa D en el primer depósito o conducto 11 una presión mayor que la fase continua C en el segundo depósito o conducto 12), se genera un flujo de la fase dispersa D a través de los canales 20 desde las entradas 201 a las salidas 202, y se forman gotitas 30 de la fase dispersa D en, o cerca de, las respectivas salidas 202 al mezclar la fase dispersa D y la fase continua C en la conexión o en las proximidades de la conexión entre los canales 20 y el segundo depósito o conducto 12, que está en, o en las proximidades de, las respectivas salidas 202.
Cuando las boquillas 21 están presentes en las salidas 202 de los canales 20, la rápida transferencia de líquido desde la boquilla 21 al segundo depósito o conducto 12 provoca una formación de cuello de líquido estrecho, y las inestabilidades de Rayleigh que se producen en el cuello estrecho generan la formación de gotitas 30 en la etapa de la boquilla 21. Este mecanismo desacopla ventajosamente el tamaño de las gotitas 30 desde el caudal de la fase dispersa D.
Sin ánimo de ceñirse a la teoría, debido a la alta relación de aspecto a (debido, por tanto, a la gran longitud de los canales 20 en comparación con su ancho w y/o altura h), la resistencia al flujo de los canales 20 es suficientemente alta como para generar un flujo de la fase dispersa D en casi todos los canales 20, de modo que las gotitas 30 están formadas por casi todos los canales 20. Esto aumenta ventajosamente la cantidad de gotitas 30 producidas por unidad de tiempo. Al utilizar los canales 20 con una relación de aspecto más baja a, tal como en dispositivos de la técnica anterior, solo una pequeña fracción de los canales 20 genera gotitas 30 como resultado de una distribución de presión heterogénea de la fase dispersa D.
La Figura 3 ilustra esquemáticamente la formación de una gotita 30 en la boquilla 21 de los canales 20. Como se muestra, la fase dispersa D se hace fluir a través del canal de distribución poco profundo 20 sobre una boquilla en forma de cuña 21 hasta el segundo depósito o conducto 12 que contiene la fase continua C. El canal de distribución 20 tiene una alta relación de aspecto a (relación entre la longitud I y la altura h en este caso).
El principio de funcionamiento del dispositivo 1 de acuerdo con la invención es la emulsión por etapas, en el que la fase dispersa D está fluyendo hacia la boquilla 21 (Figura 3A), extraída sobre una etapa 24 en el segundo depósito o conducto 12 debido a una diferencia de presión de Laplace entre la boquilla y el depósito de fase continua (Figura 3B), y finalmente emulsificación (Figura 3C).
La Figura 4 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de un canal 20 del dispositivo 1 de acuerdo con la invención. El canal 20 tiene una sección transversal rectangular con respecto al eje longitudinal L, en donde la altura h es la extensión transversal mínima emín. El canal 20 también comprende una boquilla 21 en forma de cuña.
La Figura 5 muestra representaciones esquemáticas de diferentes configuraciones de la boquilla 21 de los canales 20, en donde se indican las respectivas primeras extensiones transversales máximas e1 y las respectivas segundas extensiones transversales e2 (ver la descripción de la Figura 2 para obtener más detalles).
La Figura 5A muestra una boquilla 21 en forma de cuña, que está limitada por paredes rectas 22, que están dispuestas en un ángulo a con respecto al eje longitudinal L, a lo largo del cual se extiende el canal 20. Por ejemplo, el ángulo a puede ser de 5 ° a 50 °. La Figura 5B muestra una boquilla 21 limitada por paredes 22 que comprenden ranuras 25. Las Figuras 5C y 5D representan boquillas 21 limitadas por paredes curvas 22, en donde las paredes internas forman una forma convexa en la boquilla 21 mostrada en la Figura 5C y una forma cóncava en la boquilla 21 ilustrada en la Figura 5D. La Figura 5E muestra una boquilla 21 con una sección transversal rectangular. Las Figuras 5F a 5H representan boquillas 21 que comprenden respectivas constricciones 23 que tienen la segunda extensión transversal e2 , en donde la extensión transversal en la constricción 23 se reduce en comparación con la sección del canal 20 adyacente a la boquilla 21.
La Figura 6 muestra una comparación de los métodos de fabricación del dispositivo 1 de acuerdo con la invención mediante el método de acuerdo con la invención respecto a métodos convencionales de la técnica anterior. Como se representa en la Figura 6a, los dispositivos producidos tradicionalmente para la generación de gotitas se procesan, por ejemplo, mediante perforación, laserizado o grabado de un material a granel. Esto limita el dispositivo a orificios rectos con una relación de aspecto a baja.
En cambio, el método de fabricación de acuerdo con la presente invención (en particular usando litografía) permite implementar canales 20 de alta relación de aspecto con una geometría de canal 20 especial, dado que múltiples capas 10 se procesan, apilan y conectan individualmente, particularmente se unen entre sí.
Las Figuras 7 a 9 ilustran diferentes posibilidades de uso del dispositivo 1 de acuerdo con la invención.
La Figura 7 muestra un dispositivo 1 de acuerdo con la invención, en donde el segundo depósito o conducto 12 es un segundo depósito abierto 12 que contiene la fase continua C. Cuando se aplica una presión externa p al primer depósito o conducto 11 del dispositivo 1, por ejemplo, mediante una bomba, tal como una bomba de jeringa o una bomba de presión, la fase dispersa D es empujada a través de los canales 20 del dispositivo 1, produciendo gotitas 30 al mezclarse con la fase continua C. Las gotitas producidas 30 son arrastradas desde las salidas del canal 20 al fondo del segundo depósito 12 por gravedad.
La Figura 8 muestra un sistema cerrado con una fase C continua que fluye. En su interior, se aplica una presión externa p tanto al primer depósito o conducto 11 como al segundo depósito o conducto 12, de modo que se genera un respectivo flujo tanto de la fase dispersa D como de la fase continua C. Similar a la configuración de la Figura 7, la fase dispersa D fluye a través de los canales 20 del dispositivo 1 (partes rodeadas por la línea discontinua) y forma gotitas 30 al mezclarse con la fase continua C, en donde las gotitas 30 producidas están fluyendo dentro de la fase continua 30 y se recogen en un depósito externo 40.
La Figura 9 muestra un dispositivo 1 para la producción de múltiples emulsiones que comprende un primer depósito o conducto 11, un depósito o conducto adicional 13 y un segundo depósito o conducto 12, en donde el primer depósito o conducto 11 está conectado al depósito o conducto adicional 13 por medio de los primeros canales 20a, y en donde el depósito o conducto adicional 13 está conectado al segundo depósito o conducto 12 por medio de segundos canales 20b. Un sistema de este tipo se puede realizar combinando múltiples emulsionantes de cepillo en serie.
Como un ejemplo, se muestra la idea de la producción de emulsión doble, donde las primeras emulsiones únicas producidas se reinyectan en el segundo emulsionante de cepillo y se forman las emulsiones dobles.
En su interior, se proporciona una fase interna dispersa D1 en el primer depósito o conducto 11, se hace fluir a través de los primeros canales 20a y se mezcla con una fase intermedia dispersa D2 en el depósito o conducto adicional 13, formando primeras gotitas 31. Por tanto, la fase intermedia dispersa D2 que comprende las primeras gotitas 31 es una única emulsión de la fase interna dispersa D1 en la fase intermedia dispersa D2. Esta única emulsión se hace fluir a través de los segundos canales 20b y se mezcla con la fase continua C en el segundo depósito o conducto 12. De ese modo, segundas gotitas 32 de la fase interna dispersa D1 rodeadas por la fase intermedia dispersa D2 se forman en la fase continua C, constituyendo una emulsión doble.
Un dispositivo 1 para la producción de múltiples emulsiones también se puede realizar como un sistema cerrado con una fase continua C que fluye y/o una fase intermedia dispersa D2 que fluye, por ejemplo, aplicando una presión externa al primer depósito o conducto 11 y/o al depósito o conducto adicional 13, de modo que se genera un respectivo flujo de la fase continua C o de la fase intermedia dispersa D2.
Lista de símbolos de referencia
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Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo (1) para generar gotitas (30) de una fase dispersa (D) en una fase continua (C), que comprende una pluralidad de canales (20), en donde cada canal (20) comprende una entrada (201) y una salida (202), y en donde cada canal (20) se extiende desde dicha entrada (201) a lo largo de un respectivo eje longitudinal (L) hasta dicha salida (202), de modo que se pueden generar gotitas (30) de una fase dispersa (D) en una fase continua (C) en dichas salidas (202) cuando se proporciona un flujo de dicha fase dispersa (D) desde dichas entradas (201) hasta dichas salidas (202) y dichas salidas (202) están en conexión de flujo con un depósito o conducto que contiene dicha fase continua (C),
en donde dicho dispositivo (1) comprende una pluralidad de capas (10) de un material de sustrato dispuestas en una pila (100), en donde cada capa (10) comprende un primer lado (101) y un segundo lado (102), en donde el primer lado (101) se orienta lejos del segundo lado (102), y en donde el primer lado (101) de cada capa (10) comprende una pluralidad de ranuras (103), en donde las ranuras (103) de cada primer lado (101) están cubiertas por un segundo lado (102) de una capa adyacente (10), de modo que se forma dicha pluralidad de canales (20), en donde las entradas (201) están dispuestas en un lado frontal (104) de la pila (100) y las salidas (202) están dispuestas en un lado trasero (105) opuesto de la pila (100),
caracterizado por que
cada uno de los canales (20) comprende una boquilla (21) colocada en dicha salida (202) del respectivo canal (20), en donde dicha boquilla (21) comprende una primera extensión transversal máxima (e1) y en donde el respectivo canal (20) comprende una segunda extensión transversal (e2) adyacente a dicha boquilla (21), en donde dicha primera extensión transversal máxima (e2 ) es más grande que dicha segunda extensión transversal (e2 ).
2. El dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicho lado frontal (104) y dicho lado trasero (105) se extienden perpendicularmente a las capas (10) de la pila (100).
3. El dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que cada canal (20) comprende una respectiva relación de aspecto (a) entre una longitud (I) del respectivo canal (20) a lo largo de dicho eje longitudinal (L) y una extensión transversal mínima (emín) perpendicular a dicho eje longitudinal (L), en donde dicha relación de aspecto (a) es 30 o más, particularmente 75 o más, más particularmente 120 o más.
4. El dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha relación de aspecto (a) es de 30 a 20000, particularmente de 75 a 20000, más particularmente de 120 a 20000.
5. El dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo (1) comprende 100 o más canales (20), particularmente 1000 o más canales (20).
6. El dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha pila (100) comprende al menos 10 capas (10).
7. El dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los canales (20) son paralelos.
8. El dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la extensión transversal de los canales (20) es de 200 pm o menos, particularmente 50 pm o menos, más particularmente 25 pm o menos, más particularmente 10 pm o menos.
9. El dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo (1) comprende además un primer depósito o conducto (11) que está en conexión de flujo con dichas entradas (201) de dichos canales (20) y un segundo depósito o conducto (12) que está en conexión de flujo con dichas salidas ( 202) de dichos canales (20).
10. El dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que dicho dispositivo (1) comprende al menos un depósito o conducto adicional (13), en donde dicho dispositivo (1) comprende una pluralidad de primeros canales (20a) que conectan dicho primer depósito o conducto (11) a dicho al menos un depósito o conducto adicional (13), y en donde dicho dispositivo (1) comprende una pluralidad de segundos canales (20b) que conectan dicho al menos un depósito o conducto adicional (13) a dicho segundo depósito o conducto (12).
11. Un método para generar gotitas (30) de una fase dispersa (D) en una fase continua (C) utilizando un dispositivo (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en donde se proporciona un flujo de dicha fase dispersa (D) desde dichas entradas (201) a través de dichas salidas (202) de dichos canales (20) hacia dicha fase continua (C), y en donde una pluralidad de gotitas (30) de dicha fase dispersa (D) se forma en dicha fase continua (C).
12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde se proporciona un flujo de una fase interna dispersa (D1) desde las entradas (201) a través de respectivas salidas (202) de una pluralidad de primeros canales (20a) del dispositivo (1) hacia una fase intermedia dispersa (D2), en donde se forma una pluralidad de primeras gotitas (31) de la fase interna dispersa (D1) en la fase intermedia dispersa (D2), y en donde se proporciona un flujo de la fase intermedia dispersa (D2) que contiene dichas primeras gotitas (31) desde entradas (201) a través de respectivas salidas (202) de una pluralidad de segundos canales (20b) del dispositivo (1) hacia dicha fase continua (C), en donde una pluralidad de segundas gotitas (32) de dicha fase interna dispersa (D1) y dicha fase intermedia dispersa (D2) se forma en dicha fase continua (C).
13. Un método para fabricar un dispositivo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde se proporciona una pluralidad de capas (10) de un material de sustrato, y en donde se genera una pluralidad de ranuras (103) en un respectivo primer lado (101) de cada capa (10), y en donde se forma una pila (100) a partir de dichas capas (10), de modo que dicho primer lado (101) de cada respectiva capa (10) contacta con un respectivo segundo lado (102) de una capa adyacente (10), de modo que se forma dicha pluralidad de canales (20), en donde dichas capas (10) de dicha pila (100) están conectadas, particularmente unidas entre sí.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 13, en donde dichas ranuras (20) en dichos primeros lados (101) de dichas capas (10) se generan mediante fotolitografía y posterior grabado.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220051193A (ko) * 2019-08-28 2022-04-26 마이크로캡스 아게 액적들을 생성하는 디바이스 및 방법
CN111437897B (zh) * 2020-05-21 2023-10-20 浙江大学 一种双流式单分散液滴流发生方法与装置
CN111841672B (zh) * 2020-07-17 2022-07-08 天津大学 一种台阶式微流控液滴或气泡乳化模块
CN115232731B (zh) * 2022-09-23 2022-12-27 季华实验室 一种高通量阶梯式数字pcr芯片

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3709278A1 (de) * 1987-03-20 1988-09-29 Kernforschungsz Karlsruhe Verfahren zur herstellung von feinstrukturkoerpern
DE19541265A1 (de) * 1995-11-06 1997-05-07 Bayer Ag Verfahren zur Herstellung von Dispersionen und zur Durchführung chemischer Reaktionen mit disperser Phase
US6431695B1 (en) * 1998-06-18 2002-08-13 3M Innovative Properties Company Microstructure liquid dispenser
ES2294389T3 (es) * 1999-07-07 2008-04-01 3M Innovative Properties Company Articulo microfluidico.
ZA200209011B (en) * 2001-11-20 2003-05-26 Rohm & Haas Electroactive catalysis.
EP1875959B1 (en) * 2003-05-16 2012-11-28 Velocys, Inc. Process for forming an emulsion using microchannel process technology
JP2005007529A (ja) * 2003-06-19 2005-01-13 Dainippon Screen Mfg Co Ltd マイクロ流体デバイスおよびマイクロ流体デバイスの製造方法
US7955564B2 (en) * 2007-10-29 2011-06-07 Lg Chem, Ltd. Micro reactor
GB2499961A (en) * 2010-12-06 2013-09-04 Univ South Australia High throughput microfluidic device
EP2996809A2 (en) 2013-05-14 2016-03-23 President and Fellows of Harvard College Rapid production of droplets
KR20230141834A (ko) * 2015-02-09 2023-10-10 슬링샷 바이오사이언시즈 인코포레이티드 튜닝가능한 광 특성을 갖는 하이드로겔 입자 및 이를 사용하기 위한 방법

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