RU97107890A - Способ и устройство для диффузионного переноса между несмешивающимися текучими средами - Google Patents
Способ и устройство для диффузионного переноса между несмешивающимися текучими средамиInfo
- Publication number
- RU97107890A RU97107890A RU97107890/25A RU97107890A RU97107890A RU 97107890 A RU97107890 A RU 97107890A RU 97107890/25 A RU97107890/25 A RU 97107890/25A RU 97107890 A RU97107890 A RU 97107890A RU 97107890 A RU97107890 A RU 97107890A
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- interface
- fluid
- fluids
- region
- flow paths
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims 89
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 10
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims 2
- 230000016507 interphase Effects 0.000 claims 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 2
- 230000000737 periodic Effects 0.000 claims 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims 1
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims 1
Claims (1)
1. Устройство для диффузионного переноса между первой и второй несмешивающимися текучими средами, отличающееся тем, что устройство содержит первый и второй проточные пути (11, 12) для протекания по ним соответственно первой и второй несмешивающихся текучих сред в режиме ламинарного течения, причем участки проточных путей примыкают один к другому и соединяются друг с другом в области (16), которая обеспечивает текучим средам образовывать в ней стабильную открытую поверхность раздела (40, 57), при этом по крайней мере первый проточный путь в области с поверхностью раздела имеет ширину, нормальную к поверхности раздела, в диапазоне от 10 до 500 мкм, а области первого и второго проточных путей, расположенные вне области с поверхностью раздела, разделены (15, 17) так, чтобы соответствующие первая и вторая текучие среды втекали и вытекали из области с поверхностью раздела без смешивания.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй проточный путь для текучей среды имеет ширину, перпендикулярную к поверхности раздела, в диапазоне от 10 до 500 мкм.
3. Устройство для диффузионного переноса субстанции из первой текучей среды во вторую текучую среду, несмешивающуюся с первой, отличающееся тем, что содержит первый и второй проточные пути (11, 12) для протекания по ним соответственно первой и второй несмешивающихся текучих сред в режиме ламинарного течения, причем участки каналов примыкают один к другому и соединяются друг с другом в области (16), которая обеспечивает текучим средам образовывать в ней стабильную открытую поверхность раздела, при этом ширина (1) по крайней мере первого проточного пути, примыкающего к упомянутой области с поверхностью раздела и перпендикулярная к поверхности раздела, определяется неравенством
l1 < D•t•x-1,
где D - коэффициент диффузии переносимой субстанции в первой текучей среде;
t - временной интервал между 0,1 и 100 с для участков текучих сред, находящихся в области с поверхностью раздела;
x - числовая константа, имеющая значение большее или равное 0,005,
a области первого и второго проточных путей (15, 17), расположенные вне области с поверхностью раздела, разделены так, чтобы соответствующие первая и вторая текучие среды втекали и вытекали из области с поверхностью раздела без смешивания.
l1 < D•t•x-1,
где D - коэффициент диффузии переносимой субстанции в первой текучей среде;
t - временной интервал между 0,1 и 100 с для участков текучих сред, находящихся в области с поверхностью раздела;
x - числовая константа, имеющая значение большее или равное 0,005,
a области первого и второго проточных путей (15, 17), расположенные вне области с поверхностью раздела, разделены так, чтобы соответствующие первая и вторая текучие среды втекали и вытекали из области с поверхностью раздела без смешивания.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что ширина (1) второго проточного пути, примыкающая к упомянутой области с поверхностью раздела и перпендикулярная к поверхности раздела, определяется неравенством
l2 < D•t•x-1,
где D - коэффициент диффузии переносимой субстанции во второй текучей среде;
t - временной интервал между 0,1 и 100 с для участков текучих сред, находящихся в области с поверхностью раздела;
x - числовая константа, имеющая значение большее или равное 0,005.
l2 < D•t•x-1,
где D - коэффициент диффузии переносимой субстанции во второй текучей среде;
t - временной интервал между 0,1 и 100 с для участков текучих сред, находящихся в области с поверхностью раздела;
x - числовая константа, имеющая значение большее или равное 0,005.
5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что x имеет значение большее или равное 0,01.
6. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что x имеет значение большее или равное 0,1.
7. Устройство по любому из пп.3 - 6, отличающееся тем, что коэффициент диффузии D имеет значение 10-13 - 10-9 м2с-1.
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что коэффициент диффузии имеет значение 10-11 - 10-10 м2с-1.
9. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что высота области с поверхностью раздела в направлении перпендикуляра к потоку текучей среды составляет 5 - 200 мкм.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что высота области с поверхностью раздела составляет 5 - 30 мкм.
11. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что поверхность раздела в направлении перпендикуляра к потоку текучей среды имеет высоту, меньшую или равную одной двенадцатой от размера высоты примыкающих проточных путей.
12. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что поверхности первого и второго проточных путей выполнены из различных материалов (31, 32, 33) с различными свойствами смачиваемости для стабилизации поверхности раздела в диапазоне разности давлений между первой и второй текучими средами через поверхность раздела.
13. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что поверхности проточных путей в области поверхности раздела, прилегающие к требующемуся положению поверхности раздела, выполнены по форме (18, 19), обеспечивающей стабилизацию поверхности раздела в диапазоне разности давлений между двумя текучими средами через поверхность раздела.
14. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первый и второй проточные пути протравлены или каким-либо иным путем выполнены в виде канавок на поверхности общей подложки (13), а пластина (14) закрывает поверхность подложки и образует вместе с канавками первый и второй проточные пути.
15. Устройство по любому из пп. 1-13, отличающееся тем, что включает первую и вторую подложки (13, 34), имеющие противоположные поверхности, на которых выполнены первый и второй проточные пути.
16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что первый проточный путь выполнен в виде канавки или углубления в поверхности первой подложки, а второй проточный путь выполнен в виде канавки или углубления в поверхности второй подложки, причем поверхности расположены напротив друг друга и проточные пути по крайней мере частично наложены друг на друга с образованием области с поверхностью раздела (16; 120, 121).
17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что канавки или углубления, образующие первый и второй проточные пути, частично смещены относительно друг друга с образованием области (120, 121) с поверхностью раздела меньших размеров, чем размеры канавок или углублений.
18. Устройство по п.15, отличающееся тем, что первая и вторая подложки расположены параллельно друг другу и на заданном расстоянии (160, 162) друг от друга, и включают соответственно первую и вторую периодические структуры из отверстий (164, 166), причем отверстия периодических структур соответствуют друг другу, и образуют проточные пути (178) для первой текучей среды, проходящие между соответствующими друг другу отверстиями, и проточный путь (176) для второй текучей среды, проходящий между подложками и параллельно подложками.
19. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что проточный путь для второй текучей среды выполнен так, что в области с поверхностью раздела существует больше, чем одна межфазная зона между первой и второй текучими средами (142, 180), а ширина проточного пути для первой текучей среды в области с поверхностью раздела такова, что проточный путь для первой текучей среды полностью лежит (i) в пределах между 10 и 500 мкм от ближайшей межфазной зоны в направлении перпендикуляра к ней, или (ii) в пределах расстояния (l), определяемого неравенством l2 < D•t•x-1, от ближайшей межфазной зоны в направлении перпендикуляра к ней, где условные обозначения имеют значения, указанные выше.
20. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что снабжено третьим проточным путем (140) для переноса третьей текучей среды и одной или более дополнительными областями с поверхностью раздела (142) для обеспечения выбранных поверхностей раздела: между первой и/или второй и/или третьей текучими средами.
21. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что проточный путь для третьей текучей среды имеет такие же ограничения в отношении размеров, как и проточные пути для первой и/или второй текучих сред.
22. Устройство по любому и предыдущих пунктов, отличающееся тем, что включает электроды (a, b, c), установленные в проточных путях или в непосредственной близости от проточных путей, для детектирования, постоянного наблюдения и/или для наложения электрического, магнитного или электромагнитного полей на одну или несколько текучих сред.
23. Система для обработки больших количеств первой и второй несмешивающихся текучих сред, включающая множество обрабатывающих элементов (194n, 210, 236), отличающаяся тем, что каждый из обрабатывающих элементов содержит устройство, выполненное по любому из предыдущих пунктов.
24. Система по п. 23, отличающаяся тем, что включает магистрали (240) для прокачки текучей среды во входы и из выходов каждого обрабатывающего элемента.
25. Система по п. 24, отличающаяся тем, что обрабатывающие элементы выполнены на наборе подложек (222), сложенных друг на друга в виде блока, причем первый и второй проточные пути (224, 226) каждого обрабатывающего элемента объединены с каналами (240) для текучих сред, которые проходят через блок подложек.
26. Система по п. 23, отличающаяся тем, что включает первую группу проточных путей (202) для первой текучей среды и вторую группу проточных путей (204) для второй текучей среды, причем проточные пути этих групп взаимосвязаны между собой таким образом, что вдоль длины проточного пути для первой текучей среды расположен ряд пространственно отделенных друг от друга областей (210) с поверхностью раздела с проточными путями для второй текучей среды, и наоборот.
27. Система по п. 26, отличающаяся тем, что включает первую и вторую наложенные друг на друга подложки (206, 208), причем первая группа проточных путей для первой текучей среды выполнена в поверхности одной подложки, а вторая группа проточных путей для текучей среды расположена в контактирующей с ней поверхности второй подложки.
28. Система по п.28, отличающаяся тем, что проточный путь для второй текучей среды имеет зигзагообразную, синусоидальную или извилистую конфигурацию (190) так, чтобы вместе с проточным путем (192) для первой текучей среды они образовывали вдоль длины проточного пути для первой текучей среды ряд областей (194n) с поверхностями раздела.
29. Способ диффузионного переноса между первой и второй несмешивающися текучими средами, отличающийся тем, что 1) формируют первый и второй проточные пути (11, 12), имеющие участки, примыкающие один к другому и объединяющиеся друг с другом в области (16), в которой текучие среды контактируют друг с другом, причем по крайней мере первый проточный путь в области с поверхностью раздела имеет ширину, перпендикулярную к поверхности раздела, в пределах диапазона 10-500 мкм, 2) прокачивают первую и вторую несмешивающиеся текучие среды через соответствующие первый и второй проточные пути таким образом, чтобы по крайней мере в этой области поток из обеих текучих сред по существу являлся ламинарным, а между текучими средами образовалась стабильная открытая поверхность раздела, 3) выполняют значительный перенос по крайней мере одной требующейся субстанции на поверхности раздела между двумя текучими средами, и 4) прокачивают текучие среды в область с поверхностью раздела и из этой области (15, 17) в соответствующих проточных путях без смешивания текучих сред.
30. Способ переноса по крайней мере одной диффузионной субстанции из первой текучей среды во вторую текучую среду, несмешивающуюся с первой, отличающийся тем, что 1) формируют первый и второй проточные пути (11, 12), объединяющиеся друг с другом в области (16), в которой текучие среды контактируют друг с другом, 2) прокачивают первую и вторую текучие среды через соответствующие первый и второй проточные пути таким образом, чтобы по крайней мере в этой области поток из обеих текучих сред по существу являлся ламинарным, а между текучими средами образовывалась стабильная открытая поверхность раздела, 3) осуществляют перенос по крайней мере 1% от общего количества диффузионной субстанции, которое может быть перенесено из первой текучей среды через область с поверхностью раздела, при этом выполняется следующее неравенство:
l2 < D•t•x-1,
где D - коэффициент диффузии диффузионной субстанции в первой текучей среде;
t - интервал времени между 0,1 и 100 с, в течение которого первая текучая среда занимает положение в области с поверхностью раздела;
l - ширина первого проточного пути, примыкающая к области с поверхностью раздела и перпендикулярная к поверхности раздела;
x - числовая константа, имеющая значение, большее или равное 0,005;
4) прокачивают текучие среды в область с поверхностью раздела и из этой области (15, 17) в соответствующих проточных путях без смешивания текучих сред.
l2 < D•t•x-1,
где D - коэффициент диффузии диффузионной субстанции в первой текучей среде;
t - интервал времени между 0,1 и 100 с, в течение которого первая текучая среда занимает положение в области с поверхностью раздела;
l - ширина первого проточного пути, примыкающая к области с поверхностью раздела и перпендикулярная к поверхности раздела;
x - числовая константа, имеющая значение, большее или равное 0,005;
4) прокачивают текучие среды в область с поверхностью раздела и из этой области (15, 17) в соответствующих проточных путях без смешивания текучих сред.
31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что для второй текучей среды и проточного пути для второй текучей среды выполняется следующее неравенство:
l2 < D•t•x-1,
где D - коэффициент диффузии диффузионной субстанции во второй текучей среде;
l - ширина второго пути, примыкающая к области с поверхностью раздела и перпендикулярная к поверхности раздела.
l2 < D•t•x-1,
где D - коэффициент диффузии диффузионной субстанции во второй текучей среде;
l - ширина второго пути, примыкающая к области с поверхностью раздела и перпендикулярная к поверхности раздела.
32. Способ по п. 30 или 31, отличающийся тем, что величина x больше или равна 0,01.
33. Способ по п.30 или 31, отличающийся тем, что величина x больше или равна 0,1.
34. Способ по любому из пп.30-33, отличающийся тем, что коэффициент диффузии D имеет значение 10-13 - 10-9 м2с-1.
35. Способ по п.34, отличающийся тем, что коэффициент диффузии D имеет величину 10-11 - 10-10 м2с-1.
36. Способ по п.29, отличающийся тем, что ширина второго проточного пути в области поверхности раздела и нормальная к поверхности раздела имеет величину между 10 и 500 мкм.
37. Способ по любому из пп.30-36, отличающийся тем, что второй проточный путь выполнен таким образом, что в области с поверхностью раздела образуется больше, чем одна пограничная зона (142, 180) с проточным путем для первой текучей среды, причем ширина проточного пути для первой текучей среды в пограничной области такова, что первый проточный путь полностью лежит (i) в пределах расстояния между 10 и 500 мкм от пограничной зоны, или (ii) в пределах расстояния (l), определяемого вышеупомянутым неравенством, от пограничной зоны.
38. Способ по любому из пп.29-37, отличающийся тем, что включают третий проточный путь (140) и формируют области (142) с выбранными поверхностями раздела между проточными путями для первой, второй и/или третьей текучих сред, и прокачивают третью текучую среду через проточный путь для третьей текучей среды для образования выбранных поверхностей раздела между первой, второй и третьей текучими средами для осуществления диффузии через них по крайней мере одной выбранной субстанции.
39. Способ по любому из пп.29-38, отличающийся тем, что текучие среды выбирают из газов, текучих сред в надкритичном состоянии и жидкостей, при этом выбранные текучие среды взаимно несмешивающиеся.
40. Способ по п.39, отличающийся тем, что первая, вторая и третья текучие среды являются жидкостями.
41. Способ по любому из пп.29-40, отличающийся тем, что первая текучая среда является водным жидкостным раствором, а вторая текучая среда является органической жидкостью, или наоборот.
42. Способ по п.41, отличающийся тем, что выполняемый процесс представляет собой экстракцию растворителем по крайней мере одного растворенного вещества из водного раствора в органическую жидкость или наоборот.
43. Способ по любому из пп.29-42, отличающийся тем, что одна или несколько текучих сред детектируют или постоянно контролируются с помощью электродов, расположенных в проточных путях или примыкающих к ним.
44. Способ по любому из пп.30-43, отличающийся тем, что включает наложение электрического, магнитного или электромагнитного полей на одну или несколько текучих сред.
45. Способ по любому из пп.29-44, отличающийся тем, что высота области с поверхностью раздела в направлении перпендикуляра к потому текучих сред составляет 5-200 мкм.
46. Способ по п. 45, отличающийся тем, что высота этой области с поверхностью радела составляет 5-30 мкм
47. Способ по любому из пп.29-46, отличающийся тем, что поверхность раздела имеет высоту в направлении перпендикуляра к потому текучих сред, величина которой не менее, чем одна двенадцатая от размера высоты примыкающих проточных путей.
47. Способ по любому из пп.29-46, отличающийся тем, что поверхность раздела имеет высоту в направлении перпендикуляра к потому текучих сред, величина которой не менее, чем одна двенадцатая от размера высоты примыкающих проточных путей.
48. Способ по любому из пп.29-47, отличающийся тем, что поверхности первого и второго проточных путей выполнены из различных материалов (31, 32, 33), имеющих различные свойства смачиваемости, для стабилизации поверхности раздела в диапазоне разности давлений между давлениями первой и второй жидкостей через поверхность раздела.
49. Способ по любому из пп.29-48, отличающийся тем, что поверхности проточных путей в области поверхности раздела, прилегающие к требующемуся положению поверхности раздела, выполнены по форме (18, 19), обеспечивающей стабилизацию поверхности раздела в диапазоне разности давлений между двумя текучими средами через поверхность раздела.
50. Способ по любому из пп.29-49, отличающийся тем, что область образует одиночный обрабатывающий элемент, причем формируют множество таких обрабатывающих элементов (194n, 210, 236), которые обеспечивают одновременную обработку текучих сред в каждом обрабатывающем элементе.
51. Способ по п. 50, отличающийся тем, что включает первую группу проточных путей (202) для первой текучей среды и вторую группу проточных путей (204) для второй текучей среды, причем проточные пути этих групп взаимосвязаны (210) между собой таким образом, что вдоль длины проточного пути для первой текучей среды расположен ряд пространственно отделенных друг от друга областей с поверхностью раздела с проточными путями для второй текучей среды и наоборот.
52. Способ по п. 50, отличающийся тем, что проточный путь для второй текучей среды имеет зигзагообразную, синусоидальную или извилистую конфигурацию (190) так, чтобы вместе с проточным путем (192) для первой текучей среды они образовывали вдоль длины проточного пути для первой текучей среды ряд областей (194n) с поверхностью раздела.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9421313.9 | 1994-10-22 | ||
| GB9511813.9 | 1995-06-10 | ||
| GB9511904.6 | 1995-06-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97107890A true RU97107890A (ru) | 1999-05-20 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100367064B1 (ko) | 비혼화성유체들간에물질을확산에의해전달하는방법및장치 | |
| US6270641B1 (en) | Method and apparatus for reducing sample dispersion in turns and junctions of microchannel systems | |
| US6994826B1 (en) | Method and apparatus for controlling cross contamination of microfluid channels | |
| US6596144B1 (en) | Separation columns and methods for manufacturing the improved separation columns | |
| US5869004A (en) | Methods and apparatus for in situ concentration and/or dilution of materials in microfluidic systems | |
| NL1024013C2 (nl) | Trapsgewijs (cascade) hydrodynamisch richten in microfluïde kanalen. | |
| Erbacher et al. | Towards integrated continuous-flow chemical reactors | |
| JP2016047529A (ja) | 多流路型マイクロリアクタ・デザイン | |
| WO2001095688A1 (en) | Multiscale transport apparatus and methods | |
| US8057677B2 (en) | Extraction method using a static micromixer | |
| US6663757B1 (en) | Method and device for the convective movement of liquids in microsystems | |
| JP4255914B2 (ja) | 液体−流体インタフェースが安定化された超小型流体素子 | |
| EP1635935A1 (en) | Micromixer apparatus and methods of using same | |
| US20040182709A1 (en) | Apparatus for producing a thin sample band in a microchannel system | |
| CA2449388C (en) | Integrated electrokinetic devices and methods of manufacture | |
| EP2437881A1 (en) | Reactor with upper and lower manifold structures | |
| US8444837B2 (en) | Arrangement for producing fluid flows and/or particle flows, and a method for the manufacture and operation thereof | |
| WO2004028954A1 (en) | Fluid routing device | |
| KR100818564B1 (ko) | 액상용 에멀션화 및 분리 장치 | |
| EP1724007B1 (en) | Fluid mixing device using cross channels | |
| US3511381A (en) | Dialysis blood distribution grooves | |
| RU97107890A (ru) | Способ и устройство для диффузионного переноса между несмешивающимися текучими средами | |
| JP2006015272A (ja) | 平板静止型混合器 | |
| Schimel et al. | Pressure-driven generation of complex microfluidic droplet networks | |
| EP1762298A1 (en) | Two-solution microreactor having sector-shaped grooves |