[发明专利]制备单分散多组分多重乳液的微流控方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于微流控制备乳液技术领域，特别涉及一种可同时封装多种不同组分液滴的单分散多重乳液的制备方法与装置。

背景技术

目前虽然已有多种制备多重乳液的方法问世，但这些方法存在着以下局限性：1.一般地，通过将互不相溶的油相和水相液体经过逐步地反复搅拌乳化可制得多重乳液，但该方法制得的多重乳液单分散性很差。2.膜乳化技术：虽然可以制备单分散的多重乳液，但其对多重乳液内部包含的液滴的数目却难以精确地控制。3.微流控技术：微流体装置通常有毛细管微流体装置、玻璃片微流体装置和聚二甲基硅氧烷微流体装置，可以制备单分散多重乳液并对其内部包含的液滴的尺寸和数目进行精确控制，但其分散相液滴内部同一层结构上一般封装的是同一种组分的液滴，仅有极少数论文报道了在双重乳液的内部同一层结构上对两种不同组分的液滴的同时封装。例如，Okushima等通过将表面刻蚀有凹陷流道的玻璃片粘合成微流体装置，使得可以引入两种组分的内相流体，并将之剪切形成两种不同组分的液滴封装在双重乳液中(见S.Okushima，T.Nisisako，T.Torii and T.Higuchi，Langmuir，2004，20，9905)。但是，由于其内相流体是被同一种中间相流体剪切，故难以分别独立地调节对每一种内相流体进行剪切的中间相流体的流速，从而对剪切形成的每种内相流体液滴的数目、比例和尺寸同时进行独立地、精确地有效控制，更难以实现精确可控地制备同时封装有两种以上不同组分液滴的、具有更多重结构的复杂乳液。此外，该玻璃片微流体装置在制备不同类型的乳液时，需要对装置的相应部分的内部表面分别进行亲疏水改性，过程较为复杂繁琐。Sun等在毛细管微流体装置中采用了内部具有两个圆柱形通孔的玻璃管作为注射管，以便同时引入两种不同组分的内相流体，用于制备内部同时封装有这两种不同流体液滴的双重乳液(见B.J.Sun，H.C.Shum，C.Holtze and D.A.Weitz，ACS Appl.Mater.Interfaces，2010，2，3411.)，该方法由于其内相流体也是被同一种中间相流体剪切，故难以分别独立地调节对每一种内相流体进行剪切的中间相流体的流速，从而对剪切形成的每种内相流体液滴的数目、比例和尺寸同时进行独立地、精确地有效控制。此外，由于内部的两个圆柱形通孔的玻璃管仅能作为装置末端的注射管使用，故难以在具有更多重结构的复杂乳液的中间几重结构上同时封装多种不同组分的液滴。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备单分散多组分多重乳液的微流控方法及装置，以解决在具有多重结构的复杂乳液内部各层实现对多种组分液滴的同时可控封装，并精确、独立地控制分散相内部各层结构上所封装的不同组分液滴中每一种液滴的数目，比例和尺寸的技术问题。

本发明所述多组分多重乳液由分散相和连续相构成，其中分散相是分散于连续相中的具有多层结构的液滴，该多层结构液滴由油滴和水滴按照尺寸逐渐减小的顺序相互交错嵌套组成，并且在该多层结构液滴内部的同一层液滴中可以同时包含两种或多种组分各不相同的液滴；而连续相则是与分散相最外层液滴互不相溶的流体相。

本发明所述制备单分散多组分多重乳液的分级式微流体装置有两种结构类型：

1、第一种结构类型

所述制备单分散多组分多重乳液的分级式微流体装置，包括第一乳滴产生组件、第二乳滴产生组件、第三乳滴产生组件和一个连接组件；各乳滴产生组件均由连接管和分别插入连接管两端的注射管、收集管组成，所述注射管的出液口伸入收集管的进液口内；连接组件为三通管件，设置有一个正进液管、一个侧进液管和一个出液管；连接组件的正进液管、侧进液管分别与第一乳滴产生组件的收集管和第二乳滴产生组件的收集管连接，连接组件的出液管与第三乳滴产生组件的注射管连接。

上述第一种结构类型的分级式微流体装置，乳滴产生组件的连接管为矩形玻璃管，其中心部位设置有正方形通孔，正方形通孔的边长为0.8～3.0mm，注射管为圆形玻璃毛细管，其一端为圆锥端口，其圆管部段的外径与连接管的正方形通孔的边长相等、内径为100～600μm，其圆锥端口的端部内径为30～400μm，收集管为圆形玻璃毛细管，其外径与连接管正方形通孔的边长相等，内径为100～600μm；连接组件为圆形玻璃三通管，其正进液管、侧进液管和出液管的内径为100～300μm。

2、第二种结构类型