双层微液滴生成装置以及双层微液滴生成方法

1.本发明涉及微液滴技术领域，特别是涉及双层微液滴生成装置以及双层微液滴生成方法。


背景技术：

2.双层微液滴是一种分散相液滴中包裹着更小液滴的复杂液滴，外液滴在内液滴的周围形成了一层屏蔽层，可有效地隔离了内液滴与连续相。双层微液滴由于其独特的壳核结构以及材料的可选择性而引起科学家们越来越多的研究兴趣，不同于单乳液滴，双层微液滴具有更加灵活的结构特征。双层微液滴被广泛应用于细胞、生物化学、催化剂、自愈材料、无碳复写纸、电子油墨和二氧化碳吸附等领域。传统制备双层微液滴的方法主要是机械搅拌法，所制备的微液滴均一性差、微包裹成功率低，后续应用范围受到限制。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种双层微液滴生成装置以及双层微液滴生成方法，具有可快速、大量的制备出均一性好、微包裹成功率高的双层微液滴的优点。
4.本发明一些实施例的双层微液滴生成装置，包括：
5.内相进样管，采用高分子聚合物材料制成；
6.中相进样管；
7.第一液滴生成管，采用高分子聚合物材料制成，所述内相进样管的至少部分以及所述中相进样管的至少部分从所述第一液滴生成管的一侧分别伸入所述第一液滴生成管内，所述内相进样管和所述中相进样管间隔设置；
8.外相进样管；
9.第二液滴生成管，采用高分子聚合物材料制成，所述外相进样管的至少部分以及所述第一液滴生成管的另一侧的至少部分分别伸入所述第二液滴生成管内，所述外相进样管和所述第一液滴生成管间隔设置。
10.上述双层微液滴生成装置至少具有以下有益效果：通过利用高分子聚合物类的两个液滴生成管道以及内相进样管的可延伸性，在加热或施加外力的情况下可轻易改变其内径和壁厚，实现对液滴大小的调节，通过内相进样管与中相进样管先形成一层微液滴，再通过第一液滴生成管以及外相进样管生成双层微液滴，实现了可快速、稳定且大量的制备出均一性好的双层微液滴的效果。
11.根据本发明的一些实施例，所述第一液滴生成管具有第一侧部以及与所述第一侧部相对设置的第二侧部，所述第一侧部指向所述第二侧部呈逐渐收窄状。
12.根据本发明的一些实施例，所述内相进样管的至少部分以及所述中相进样管的至少部分从所述第一液滴生成管的第一侧部分别伸入所述第一液滴生成管内。
13.根据本发明的一些实施例，所述第一液滴生成管从所述第一侧部指向所述第二侧
部之间具有第五端部，所述第一侧部指向所述第五端部延伸形成第三腔室，所述中相进样管的至少部分伸入所述第三腔室。
14.根据本发明的一些实施例，所述第五端部指向所述第二侧部形成第五腔室，所述内相进样管的至少部分依次伸至所述第三腔室以及所述第五腔室，所述内相进样管靠近所述第二侧部的一端至所述第二侧部之间具有间距。
15.根据本发明的一些实施例，所述第二液滴生成管从一侧指向相对的另一侧依次包括第一端部、第二端部以及第三端部，所述第一端部指向所述第二端部呈逐渐收窄状，所述第三端部指向所述第二端部呈逐渐收窄状。
16.根据本发明的一些实施例，所述第一端部指向所述第二端部延伸形成第一腔室，所述第三端部指向所述第二端部延伸形成第二腔室，所述外相进样管的至少部分以及所述第一液滴生成管的所述另一侧的至少部分分别伸入所述第一腔室或所述第二腔室。
17.根据本发明的一些实施例，所述第一液滴生成管伸入所述第二液滴生成管的深度为d1，所述外相进样管伸入所述第二液滴生成管的深度为d2，d1＞d2。
18.本发明另一些实施例的双层微液滴生成方法，采用双层微液滴生成装置生成双层微液滴；
19.其中，双层微液滴生成装置包括：
20.内相进样管，采用高分子聚合物材料制成；
21.中相进样管；
22.第一液滴生成管，采用高分子聚合物材料制成，所述内相进样管的至少部分以及所述中相进样管的至少部分从所述第一液滴生成管的一侧分别伸入所述第一液滴生成管内，所述内相进样管和所述中相进样管间隔设置；
23.外相进样管；
24.第二液滴生成管，采用高分子聚合物材料制成，所述外相进样管的至少部分以及所述第一液滴生成管的另一侧的至少部分分别伸入所述第二液滴生成管内，所述外相进样管和所述第一液滴生成管间隔设置；
25.所述双层微液滴生成方法包括如下步骤：
26.1)所述内相进样管通入第一液体，所述中相进样管通入第二液体，所述第一液体和所述第二液体在所述第一液滴生成管内形成一层微液滴；
27.2)所述外相进样管通入第三液体，所述第三液体和所述一层微液滴在所述第二液滴生成管内形成双层微液滴。
28.根据本发明的一些实施例，所述第一体液为水相，所述第二液体为油相，使得形成的所述一层微液滴为油包水微液滴，所述第三液体为水相，所述第一体液和所述第二液体的成分不同，使得形成的所述双层微液滴为水包油包水微液滴；
29.或，所述第一体液为油相，所述第二液体为水相，使得形成的所述一层微液滴为水包油微液滴，所述第三液体为油相，所述第一体液和所述第二液体的成分不同，使得形成的所述双层微液滴为油包水包油微液滴。
30.上述双层微液滴生成方法，至少具有以下有益效果：通过利用高分子聚合物类的两个液滴生成管道以及内相进样管的可延伸性，在加热或施加外力的情况下可轻易改变其内径和壁厚，实现对液滴大小的调节，通过内相进样管与中相进样管先形成一层微液滴，再
通过第一液滴生成管以及外相进样管生成双层微液滴，实现了可快速、稳定且大量的制备出均一性好的双层微液滴的效果。
31.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
32.下面结合附图对本发明作进一步说明，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1是本发明实施例的立体结构示意图；
34.图2是图1的剖视结构示意图；
35.图3是本发明实施例第二液滴生成管的剖视结构示意图；
36.图4是本发明实施例第一液滴生成管的剖视结构示意图。
具体实施方式
37.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
38.需要理解的是，本文中，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“纵向”、“横向”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
39.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
40.本文中，若有术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本文中，如果有描述到“若干”、“多个”，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
41.本文的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
43.双层微液滴是一种分散相液滴中包裹着更小液滴的复杂液滴，外液滴在内液滴的周围形成了一层屏蔽层，可有效地隔离了内液滴与连续相。双层微液滴由于其独特的壳核
结构以及材料的可选择性而引起科学家们越来越多的研究兴趣，不同于单乳液滴，双层微液滴具有更加灵活的结构特征。双层微液滴被广泛应用于细胞、生物化学、催化剂、自愈材料、无碳复写纸、电子油墨和二氧化碳吸附等领域。传统制备双层微液滴的方法有机械搅拌法和膜乳化法，所制备的微液滴均一性差、微包裹成功率低，后续应用范围受到限制。
44.参照图1至图4，本发明提出了一种双层微液滴生成装置，包括内相进样管100、中相进样管200、外相进样管300、第一液滴生成管400以及第二液滴生成管500。
45.具体地，内相进样管100、第一液滴生成管400以及第二液滴生成管500均采用高分子聚合物材料制成。
46.可以理解的是，内相进样管100为聚醚醚酮材料或聚四氟乙烯材料制成。第一液滴生成管400为聚醚醚酮材料或聚四氟乙烯材料制成。第二液滴生成管500为聚醚醚酮材料或聚四氟乙烯材料制成。
47.需要理解的是，内相进样管100、液滴生成管以及第二液滴生成管500也可以采用由其他有延伸特性的材质制作的微管道代替。
48.可以理解的是，外相进样管300为不锈钢制成的毛细管，中相进样管200为不锈钢制成的毛细管。需要理解的是，外相进样管300以及中相进样管200也可以采用其他金属或非金属材料制成。
49.继续参照图1和图2，内相进样管100的至少部分以及中相进样管200的至少部分从第一液滴生成管400的一侧分别伸入第一液滴生成管400内，内相进样管100和中相进样管200间隔设置。
50.外相进样管300的至少部分以及第一液滴生成管400的另一侧的至少部分分别伸入第二液滴生成管500内，外相进样管300和第一液滴生成管400间隔设置。
51.本发明双层微液滴生成装置是基于微流控技术制作的微流控装置，制备双层微液滴的微流控装置一般采用光刻、3d打印等技术或者使用玻璃毛细管。其中光刻、3d打印等方法，需要使用昂贵的仪器和复杂的工艺，成本高、制作周围长、制作装置的材料种类受限。
52.而使用玻璃毛细管制备的微流控装置对玻璃毛细管的加工精度有较高要求，成品的玻璃毛细管再加工困难，且存在易碎损坏的问题，不利于携带、运输和大规模生产。这些问题阻碍了双层微液滴更广泛的应用发展。
53.本发明通过利用高分子聚合物类的两个液滴生成管道以及内相进样管100的可延伸性，在加热或施加外力的情况下可轻易改变其内径和壁厚，实现对液滴大小的调节，通过内相进样管100与中相进样管200先形成一层微液滴，再通过第一液滴生成管400以及外相进样管300生成双层微液滴，实现了可快速、稳定且大量的制备出均一性好的双层微液滴的效果。
54.继续参照图4，在一些实施例中，第一液滴生成管400具有第一侧部410以及与第一侧部410相对设置的第二侧部420，第一侧部410指向第二侧部420呈逐渐收窄状。
55.继续参照图2，可以理解的是，内相进样管100的至少部分以及中相进样管200的至少部分从第一液滴生成管400的第一侧部410分别伸入第一液滴生成管400内。
56.继续参照图2和图4，可以理解的是，第一液滴生成管400从第一侧部410指向第二侧部420之间具有第四端部430，第一侧部410指向第四端部430延伸形成第三腔室440，中相进样管200的至少部分伸入第三腔室440。
57.可以理解的是，第四端部430指向第二侧部420形成第四腔室450，内相进样管100的至少部分依次伸至第三腔室440以及第四腔室450，使得第四腔室450位于第一腔室540中，内相进样管100靠近第二侧部420的一端至第二侧部420之间具有间距600。
58.继续参照图4，可以理解的是，第三腔室440以及第四腔室450均具有坡度，第三腔室的坡度610＞第四腔室的坡度620。
59.继续参照图3，在一些实施例中，第二液滴生成管500从一侧指向相对的另一侧依次包括第一端部510、第二端部520以及第三端部530，第一端部510指向第二端部520呈逐渐收窄状，第三端部530指向第二端部520呈逐渐收窄状。
60.继续参照图2和图3，可以理解的是，第一端部510指向第二端部520延伸形成第一腔室540，第三端部530指向第二端部520延伸形成第二腔室550，外相进样管300的至少部分以及第一液滴生成管400的另一侧的至少部分分别伸入第一腔室540或第二腔室550。
61.继续参照图2，可以理解的是，第一液滴生成管400伸入第二液滴生成管500的深度为d1，外相进样管300伸入第二液滴生成管500的深度为d2，d1＞d2。
62.可以理解的是，内相进样管100伸入第一液滴生成管400的深度为d3，中相进样管200伸入第一液滴生成管400的深度为d4，d3＞d4。
63.可以理解的是，本发明双层微液滴生成装置中各个管道连接处可以使用热熔胶密封，也可以使用其他粘合剂对其进行封闭，以防止液体泄漏。
64.本发明双层微液滴生成装置基于高分子聚合物类管道，制作出了简便的生成装置。本发明双层微液滴生成装置具有低成本、便于携带运输、工艺简单、制作周期短等特点。使用高分子聚合物类的管道加工和制备，通过加热或用力直接拉伸，可轻易改变管道的壁厚和内径，形成有梯度的内径和壁厚。根据实验所需，将不同直径的管道组合即可制备出不同的双层微液滴生成装置。避免使用高精度加工的玻璃毛细管或昂贵的3d打印机，降低单个双层微液滴生成装置的成本。同时，克服的制作材料种类的限制。高分子聚合物类管道有较好的韧性，避免玻璃制品易碎的特点，有利于携带、运输和大规模生产。无需使用复杂的仪器，仅需几个步骤即可组装完成，制作周期短。通过本发明的双层微液滴生成装置，可快速、大量的制备出均一性好的双层微液滴。
65.本发明另一些实施例提出一种双层微液滴生成方法，采用上述一些实施例的双层微液滴生成装置生成双层微液滴。
66.双层微液滴生成方法包括如下步骤：
67.1)内相进样管100通入第一液体，中相进样管200通入第二液体，第一液体和第二液体在第一液滴生成管400内形成一层微液滴；
68.2)外相进样管300通入第三液体，第三液体和一层微液滴在第二液滴生成管500内形成双层微液滴。
69.在一些实施例中，第一体液为水相，第二液体为油相，使得形成的一层微液滴为油包水微液滴，第三液体为水相，第一体液和第二液体的成分不同，使得形成的双层微液滴为水包油包水微液滴；
70.在另一些实施例中，第一体液为油相，第二液体为水相，使得形成的一层微液滴为水包油微液滴，第三液体为油相，第一体液和第二液体的成分不同，使得形成的双层微液滴为油包水包油微液滴。
71.可以理解的是，第二液滴生成管500形成双层微液滴后，在第二液滴生成管500的另一端可用容器收集生成的双层微液滴。
72.在一些实施例中，内相进样管100、中相进样管200以及外相进样管300通入的液体可采用注射泵或气泵或其他动力源作为液体运输的驱动力。
73.微流控技术具有精确控制、处理微尺度流体流动的特点，具有体积小、集成化、自动化程度高的优点。利用本发明基于微流控技术制作的装置可以制备均一性好、微包裹成功率高的双层微液滴。
74.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“另一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
75.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。