[发明专利]用于快速生产微滴的设备和方法

说明书

相关申请

本申请要求于2013年5月14日提交的、标题为“Rapid Production of Droplets”的美国临时专利申请序列No.61/823,175的权益，该专利申请通过引用全部并入本文。

政府资助

本发明各个方面的研究至少部分由美国国家科学基金会赞助，批准号为DMR-0820484和DMR-1006546。美国政府对本发明有一定权利。

技术领域

本发明总体上涉及一种流体微滴的生产。

背景技术

乳剂在日常生活中普遍存在；许多食品(例如牛奶、蛋黄酱或沙拉酱)和某些类型的油漆都是乳剂。单一乳剂的微滴还能够用作模板以制造微粒，所述微粒用作用于运送目的的载体或用作分层2D和3D材料的构建块。特别是如果用作模板以制造微粒子或胶囊，重要的是，密切控制微滴的大小和组分。这些参数能够被控制的程度由组装路线决定；最广泛使用的技术包括块乳化、膜滤和微流组装。块乳化技术允许以较高产量地生产乳剂，这使其对于工业应用是有吸引力的。然而，对所产生的微滴的大小的控制较差，导致较广的大小分布。相反，微流组装使得能够组装单分散微滴并且对微滴的大小具有较好的控制；这通过每次单个微滴的可控成形和微滴制造器实现。然而，其代价在于产量较低。

尽管微流技术提供了对微滴大小和组分的较好控制，但是低生产量限制了微流技术在工业上的应用并且限制用来生产用于组装新型分层2D和3D材料的微粒构建块。对于许多应用，膜乳化技术存在有吸引力的折中：该技术的生产量显著高于微流技术所达到的生产量，而微滴的大小分布显著低于通过块乳化路线生产的微滴的大小分布。然而，通过膜乳化技术生产的微滴的多分散性随着微滴的平均大小的增加而增加。因此，以高生产量生产单分散微滴仍是主要挑战。

发明内容

本发明大体涉及流体微滴的生产。在一些情况中，本发明的主题涉及相关产品、对特定问题的替代性解决方案、和/或一个或多个系统和/或物品的多种不同用途。

在一个方面，本发明总体上涉及一种设备，例如，微流设备。根据一组实施例，该设备包括第一微流通道、第二微流通道、和每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道。在一些实施例中，第一微流通道的横截面面积是所述至少五个侧微流通道的最小横截面面积的至少20倍。

根据另一组实施例，设备包括长度为至少约5毫米的第一微流通道、基本平行于第一微流通道的第二微流通道、和每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道。

在再另一组实施例中，设备包括长度为至少约5毫米的第一微流通道、第二微流通道、每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道、第三微流通道、和每个均使第二微流通道与第三微流通道相连接的至少五个侧微流通道。

在又另一组实施例中，设备包括第一微流通道、第二微流通道、每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道、和连接至所述至少五个侧微流通道中的每一个的多个辅助微流通道。

在另一组实施例中，设备包括第一微流通道、第二微流通道、和每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道。在一些情况中，所述至少五个侧微流通道中的每一个的长度在侧微流通道的平均长度的约90％到约110％之间。

根据另一组实施例，设备包括第一微流通道、第二微流通道、和每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道。在一些情况中，所述至少五个侧微流通道中的每一个的横截面面积在侧微流通道的平均横截面面积的约90％到约110％之间。

根据再另一组实施例，设备包括第一微流通道、第二微流通道、和每个均使第一微流通道与第二微流通道相连接的至少五个侧微流通道。在一些情况中，所述至少五个侧微流通道中的每一个的容积在侧微流通道的平均容积的约90％到约110％之间。

在又另一组实施例中，设备包括第一微流通道、第二微流通道、和至少五个侧微流通道，每个侧微流通道均具有基本相同的尺寸，并且每个侧微流通道均使第一微流通道与第二微流通道相连接。

在另一方面，本发明总体上涉及一种方法。在一组实施例中，所述方法包括使第一微流通道中的第一流体通过至少五个侧微流通道流动到包含在第二微流通道中的第二流体内。在一些情况中，第一流体在第二微流通道内形成多个微滴，每个微滴的特征尺寸在所述多个微滴的平均特征尺寸的约90％到约110％之间。