[發明專利]一種分形階躍通道式雙重乳液微流控量產裝置

有效

• 申請號: 202111128784.2
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113893890B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 陳永平;盧悅;李波;劉向東
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;B01J13/02
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王雪

一種分形階躍通道式雙重乳液微流控量產裝置，包括若干并行的橫向漸擴?縱向突擴乳化單元和多級配置的分形結構流體分配通道，橫向漸擴?縱向突擴乳化單元包括相互連接的等深度楔形流動截面漸擴結構和變深度縱向突擴階躍結構。橫向漸擴?縱向突擴乳化單元中，等深度楔形流動截面漸擴結構將流體從通道壁面推離，促進液滴在表面張力作用下加速脫離，變深度縱向突擴階躍結構則會引起內界面拉普拉斯壓差的變化，產生定向毛細驅動壓差，促進流體快速流出，并在瑞利不穩定作用下斷裂形成液滴，兩種效應相互協同，提升乳液生成動力，串聯兩級乳化模塊可促成雙重乳液生成；分形結構流體分配通道可解決各相流體在多路并行制備單元之間出現分配不均的問題。

技術領域

本發明涉及雙重乳液微流控生產技術領域，尤其涉及一種分形階躍通道式雙重乳液微流控量產裝置。

背景技術

與單液滴相比，雙重乳液是含有較小液滴的乳液滴，內部存在特有的殼-核結構，因其特有的靈活性和可控性而被廣泛應用于化學化工、醫藥、化妝品等領域。傳統的攪拌法、機械振蕩法等傳統雙重乳液制備技術中，制備過程通常伴隨強烈的振蕩與剪切，這些制備方法下生成的雙重乳液存在可控性差、球形度低、分散度低等問題。

微流控技術可通過對微小通道內多相流體的有效組織，實現多相流體及其相界面行為的精確控制。因此，與傳統的乳液制備技術相比，采用微流控技術制備雙重乳液具有單分散性好、球形度優、可控性高等優點，且原材料消耗小，整個制備過程更加經濟、安全。

目前，針對單通路微流控液滴生成過程的研究已經較為成熟，可以生產出高品質、單分散的單、雙重乳液乃至多重乳液液滴，且液滴的尺寸、核殼比、內液滴的個數均能實現連續可調。但在雙重乳液量產過程中，各相流體在多路并行制備單元之間會出現分配不均的問題，在并行常規的流動聚焦結構的乳化體系中，當各相流體流量出現波動時，液滴尺寸也會隨之變化，導致雙重乳液的分散度低。此外，微流控裝置中的各相流體流動緩慢，常引起單元出口處相界面包覆及脫離過程“動力不足”，進而造成乳液生成失敗甚至通道阻塞。因此，各相流體的均勻分配和制備單元液滴生成的充足動力是高品質雙乳液工業化量產的兩大瓶頸問題。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術的缺陷，提供一種結合了等深度楔形漸擴通道結構與變深度縱向突擴階躍通道結構的分形階躍通道式雙重乳液微流控量產裝置。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一種分形階躍通道式雙重乳液微流控量產裝置，其特征在于：包括一級乳化模塊、二級乳化模塊和雙重乳液輸送通道，所述一級乳化模塊包括若干并行的一級乳化單元，所述一級乳化單元包括內相流體輸送通道、一級等深度楔形流動截面漸擴結構、一級變深度縱向突擴階躍結構和中間相流體輸送通道，所述內相流體輸送通道的出口與所述一級等深度楔形流動截面漸擴結構的入口連接，所述一級等深度楔形流動截面漸擴結構的出口與所述一級變深度縱向突擴階躍結構的入口連接，所述中間相流體輸送通道連通一級變深度縱向突擴階躍結構的底部，所述二級乳化模塊包括若干并行的二級乳化單元，所述二級乳化單元包括二級等深度楔形流動截面漸擴結構、二級變深度縱向突擴階躍結構和外相流體輸送通道，所述一級變深度縱向突擴階躍結構的出口與所述二級等深度楔形流動截面漸擴結構的入口連接，所述二級等深度楔形流動截面漸擴結構的出口與所述二級變深度縱向突擴階躍結構的入口連接，所述外相流體輸送通道連通二級變深度縱向突擴階躍結構的底部，所述一級等深度楔形流動截面漸擴結構和二級等深度楔形流動截面漸擴結構的漸擴角度范圍為10～35°，所述一級變深度縱向突擴階躍結構和二級變深度縱向突擴階躍結構的深度分別至少為一級等深度楔形流動截面漸擴結構和二級等深度楔形流動截面漸擴結構的2倍，所述雙重乳液輸送通道與二級變深度縱向突擴階躍結構的出口連接。