专利名称：一种液体浸润引发液滴融合的方法
技术领域：
本发明属于液滴融合领域，特别涉及一种微通道内利用液体浸润性引发不同单分散液滴融合实现微混合或微反应的方法。
背景技术：
微反应器是一种在微通道内通过控制微量试剂的混合实现反应过程的微型反应容器。相比于常规的反应容器(如烧瓶等)，微反应器具有更高的比表面积，如:一个宽度为100 μ m的微反应器通道的比表面积大约是一个100 mL烧瓶比表面积的200倍，因此微反应器更利于分子的扩散和能量的传递，可以使化学反应更快、更有效的进行，微反应对试剂的需求量少，基本无污染、具有更好的安全性，并且成本低廉。因此，微反应器的发展引起了科学家们极大的关注。目前微反应器已广泛应用于化工工艺过程的研究与开发中，其主要应用领域包括有机合成过程、微米和纳米材料的制备和日用化学品的生产等。虽然微反应器具有上述优点和广阔的应用前景，但微反应器系统的搭建成本高、灵活性较低，且难以有效解决有沉淀生成时装置微通道的堵塞等问题，这在一定程度上限制了微反应器的应用。解决该问题的有效方法之一是在微通道中利用运动的液滴作为载体，通过不同液滴间的融合来实现液滴内所包含的物质间的微混合或微反应。由于微通道中的液滴随连续相流体一起一直处于流动状态，包括整个微混合和微反应过程，因而可避免微通道堵塞。目前报道的微通道内液滴的融合实现微混合或微反应的方法主要有以下几种:
(I)在微流体装置的收集管中设计一个扩大的腔室，当液滴流入扩大的腔室中时，流速减小，液滴间相互挤压导致液滴融合实现微混合或微反应。由于表面活性剂在微流体技术中广泛用于稳定乳液液滴界面，防止乳液液滴在微通道中进行不可控的自发融合(如同种乳液液滴间的融合)，而该方法却难以实现有表面活性剂稳定的液滴间的融合，因而其应用范围受到了限制。(2)改变微流体装置收集管壁面的浸润性，例如在疏水的收集管中设计一片亲水区域，当两个水相液滴同时流经该亲水区域时，都会破乳并贴附于收集管壁上，然后再次被剪切成液滴，实现微混合或微反应。该方法只适用于无沉淀生成的体系，若乳液液滴融合过程中有沉淀生成，沉淀就会和液滴一起吸附于收集管壁上，随着反应的进行，沉淀大量累积会造成通道堵塞。(3)在微流体装置上外加电场，并让液滴带上不同的电荷，带电的液滴在通道内碰撞时发生融合实现微混合或微反应。该方法可精确地实现一对一的融合，但微流体装置的制作过程及液滴的控制过程都相当复杂，生产成本过高，只适用于可带电的体系，且外加电场可能会对液滴内包含的活性物质造成损害。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液体浸润引发不同液滴融合实现微混合或微反应的方法，该方法不仅可实现有表面活性剂稳定的液滴间的融合，而且可避免微反应器中有沉 淀生成时微通道的堵塞。本发明所述液体浸润引发不同液滴融合的方法，工艺步骤如下:
( I)配制分散水相、中间油相和连续相流体第一分散水相流体的配制:在常压、室温下将水溶性乳化剂加入去离子水中搅拌均匀形成第一分散水相流体，所述水溶性乳化剂与去离子水的质量比为0.005、.01:1；第二分散水相流体的配制:在常压、室温下将水溶性乳化剂加入去离子水中搅拌均匀形成第二分散水相流体，所述水溶性乳化剂与去离子水的质量比为0.005、.01:1 ；中间油相流体的配制:在常压、室温下将油溶性乳化剂加入大豆油中搅拌均匀形成中间油相流体，所述油溶性乳化剂的量为每Iml大豆油中0.ΟΓΟ.04 g ；连续相流体的配制:在常压、室温下将表面活性剂加入二甲基硅油中搅拌均匀形成连续相流体，所述表面活性剂与二甲基硅油的质量比为0.005、.01:1 ；(2)液滴融合实现微混合将步骤(I)配制的第二分散水相流体和连续相流体分别注入微流体装置的单级液滴生成器的不同进液口中形成单分散的油包水乳液液滴，与此同时将步骤(I)配制的第一分散水相流体、中间油相流体和连续相流体分别注入微流体装置的两级液滴生成器的不同进液口中形成单分散的油包油包水乳液液滴；所形成的油包水乳液液滴、油包油包水乳液液滴随连续相流体一起进入微流体装置的收集管中，当油包水乳液液滴与油包油包水乳液液滴在所述收集管的扩大腔室中接触时，油包油包水乳液液滴表面的油层即铺展到油包水乳液液滴表面，油包油包水乳液液滴中的水滴与油包水乳液液滴中的水滴之间的油层被排出，所述两种液滴中的水滴即融合实现微混合；所述第一分散水相流体的流量(Qa)为400 600 μ L/h，第二分散水相流体的流量(Qd)为200 500 μ L/h，中间油相流体的流量(Qb)为20 80 yL/h，所述两级液滴生成器中连续相流体的流量(Qa)为300 400 μ L/h、单级液滴生成器中连续相流体的流量(Qc2)为 300 500 μ L/ h ；(3)收集融合形成的液滴将步骤(2)中融合形成的乳液液滴随连续相流体一起由微流体装置的输出管引入收集容器中。上述方法中，所述水溶性乳化剂为十二烷基硫酸钠或一种聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(Pluronic F127)。上述方法中，所述油溶性乳化剂为聚蓖麻酸甘油酯或烷基酚与环氧乙烷的缩合物。上述方法中，所述表面活性剂为三甲基硅氧烷和环甲基硅氧烷组成的混合物(DowCorning 749)，三甲基硅氧烷与环甲基硅氧烷的体积比为1:1。上述方法中，所述第二分散水相流体中还含有水溶性染料，所述中间油相流体中还含有油溶性染料；所述水溶性染料及油溶性染料的作用是给液滴染色，其添加量以便于观察为限，可以使用各种溶于水或大豆油的染料，优先选用亚甲基蓝作为水溶性染料为，Lumogen F Red 300作为油溶性染料。上述方法中，所述第一分散水相流体中还含有第一反应物，所述第二分散水相中还含有第二反应物，所述第一反应物、第二反应物的量根据具体的化学反应确定；油包油包水乳液液滴中的水滴与油包水乳液液滴中的水滴在微混合的过程中完成第一反应物与第二反应物的微反应，形成微反应产物或含有微反应产物的乳液液滴，将微反应产物或含微反应产物的液滴随连续相流体一起由微流体装置的输出管引入收集容器中，将收集液用去油剂洗涤去除油相，然后用去离子水洗涤去除去油剂，继后干燥即得微反应产物。 上述方法中，所述第一反应物与第二反应物均为水溶性的物质。本发明所述液体浸润引发不同液滴融合实现微混合或微反应的机理如下:油包油包水乳液液滴的薄壁油层I和油包水乳液液滴中的水滴2在连续相流体3中的铺展系数为S1= Y 23_ ( α.y 13+ Y 12), Y υ是i相和j相间的界面张力(i关j=l, 2，3),
权利要求
1.一种液体浸润引发液滴融合的方法，其特征在于工艺步骤如下: (1)配制分散水相、中间油相和连续相流体 第一分散水相流体的配制:在常压、室温下将水溶性乳化剂加入去离子水中搅拌均匀形成第一分散水相流体，所述水溶性乳化剂与去离子水的质量比为0.005、.01:1； 第二分散水相流体的配制:在常压、室温下将水溶性乳化剂加入去离子水中搅拌均匀形成第二分散水相流体，所述水溶性乳化剂与去离子水的质量比为0.005、.01:1 ； 中间油相流体的配制:在常压、室温下将油溶性乳化剂加入大豆油中搅拌均匀形成中间油相流体，所述油溶性乳化剂的量为每Iml大豆油中0.ΟΓΟ.04 g ； 连续相流体的配制:在常压、室温下将表面活性剂加入二甲基硅油中搅拌均匀形成连续相流体，所述表面活性剂与二甲基硅油的质量比为0.005、.01:1 ； (2)液滴融合实现微混合 将步骤(I)配制的第二分散水相流体和连续相流体分别注入微流体装置的单级液滴生成器的不同进液口中形成单分散的油包水乳液液滴，与此同时将步骤(I)配制的第一分散水相流体、中间油相流体和连续相流体分别注入微流体装置的两级液滴生成器的不同进液口中形成单分散的油包油包水乳液液滴；所形成的油包水乳液液滴、油包油包水乳液液滴随连续相流体一起进入微流体装置的收集管中，当油包水乳液液滴与油包油包水乳液液滴在所述收集管的扩大腔室中接触时，油包油包水乳液液滴表面的油层即铺展到油包水乳液液滴表面，油包油包水乳液液滴中的水滴与油包水乳液液滴中的水滴之间的油层被排出，所述两种液滴中的水滴即融合实现微混合； 所述第一分散水相流体的流量(Qa)为400 600 μ L/h，第二分散水相流体的流量(Qd)为200 500 μ L/h，中间油相流体的流量(Qb)为20 80 μ L/h，所述两级液滴生成器中连续相流体的流量(Qa)为300 400 μ L/h，所述单级液滴生成器中连续相流体的流量(Qc2)为 300 500 μ L/h ； (3)收集融合后的液滴 将步骤(2)中融合形成的乳液液滴随连续相流体一起由微流体装置的输出管引入收集容器中。
2.根据权利要求1所述液体浸润引发液滴融合的方法，其特征在于所述水溶性乳化剂为十二烷基硫酸钠或聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物。
3.根据权利要求1所述液体浸润引发液滴融合的方法，其特征在于所述油溶性乳化剂为聚蓖麻酸甘油酯或烷基酚与环氧乙烷的缩合物。
4.根据权利要求1所述液体浸润引发液滴融合的方法，其特征在于所述表面活性剂为三甲基硅氧烷和环甲基硅氧烷组成的混合物，三甲基硅氧烷与环甲基硅氧烷的体积比为I:1
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述液体浸润引发液滴融合的方法，其特征在于所述第二分散水相流体中还含有水溶性染料；所述中间油相流体中还可以含有油溶性染料。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述液体浸润引发液滴融合的方法，其特征在于所述第一分散水相流体中还含有第一反应物；所述第二分散水相中还含有第二反应物；油包油包水乳液液滴中的水滴与油包水乳液液滴中的水滴在微混合的过程中完成第一反应物与第二反应物的微反应。
7.根据权利要求5所述液体浸润引发液滴融合的方法，其特征在于所述第一分散水相流体中还含有第一反应物；所述第二分散水相中还含有第二反应物；油包油包水乳液液滴中的水滴与油包水乳液液滴中的水滴在微混合的过程中完成第一反应物与第二反应物的微反应。
8.根据权利要求6所述液体浸润引发液滴融合的方法，其特征在于所述第一反应物与第二反应物均为水溶性物质。
9.根据权利要求7所述液体浸润引发液滴融合的方法，其特征在于所述第一反应物与第二反应物均为水溶 性物质。
全文摘要
本发明属于液滴融合领域，特别涉及一种液体浸润性引发不同单分散液滴融合的方法，其工艺步骤(1)配制分散水相、中间油相和连续相流体；(2)将各分散相流体注入微流体装置中形成油包水乳液液滴及油包油包水乳液液滴，所形成的油包水乳液液滴、油包油包水乳液液滴随连续相流体一起进入收集管中，当油包水乳液液滴与油包油包水乳液液滴在收集管的扩大腔室中接触，油包油包水乳液液滴表面的油层即铺展到油包水乳液液滴表面，油包油包水乳液液滴中的水滴与油包水乳液液滴中的水滴之间的油层被排出，所述两种液滴中的水滴即融合实现微混合或微反应；(3)收集融合形成的液滴。
文档编号B01J19/00GK103240042SQ20131016939
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月9日 优先权日2013年5月9日
发明者邓楠楠, 褚良银, 汪伟, 巨晓洁, 谢锐, D·A·威茨 申请人:四川大学