微流控技术制备液滴悬浮液的研究
发布时间：2021-07-20 14:28
以蚕丝油为分散相、卡波姆水凝胶为连续相,设计玻璃管微流控器件,制备液滴尺寸均一可控的液滴悬浮液。卡波姆水凝胶的流变测试表明其具有剪切变稀的性质。在没有剪切力的情况下,卡波姆水凝胶黏度较大,可以稳定悬浮液滴;在微流控器件中高速剪切下,卡波姆水凝胶黏度变小,可以流动并乳化油相。通过改变内相蚕丝油的流速和外相卡波姆水凝胶的流速,可以调节液滴悬浮液中液滴的大小和油水的比例;通过微流控器件的平行放大设计,可以实现液滴悬浮液的连续和批量生产。微流控技术精确控制乳化过程并制备液滴悬浮液具有广阔的应用前景。
【文章来源】：现代化工. 2020,40(09)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
微流控制备悬浮液滴
为了证实卡波姆水凝胶剪切变稀的性质，通过流变性能测试进一步验证水凝胶黏度随剪切频率和温度的变化关系，如图2(a)、图2(b)所示。在温度为25℃、应变为1%的条件下，不同质量分数卡波姆水凝胶的黏度随剪切频率的升高均表现出明显的下降，说明其具有剪切变稀的性质。当应变为1%、频率为10 rad/s时，不同质量分数卡波姆水凝胶的黏度基本不随温度变化，表现出很好的温度稳定性。液滴悬浮液的制备充分利用了卡波姆水凝胶剪切变稀的性质。在微流控通道的高速剪切下，卡波姆水凝胶黏度降低，快速流动，剪切内相蚕丝油，将其均匀分散在水凝胶中。当不再受剪切作用时，水凝胶的黏度恢复。为使液滴固定在三维空间中得到稳定的液滴悬浮液，通过在不同质量分数卡波姆水凝胶中注射蚕丝油液滴，静置观察发现，当卡波姆质量分数大于等于0.06%时，液滴可以长期稳定地悬浮在三维空间中的固定位置，时间长达5个月仍没有上浮现象，如图2(c)、图2(d)所示。在液滴制备过程中，内相蚕丝油和外相卡波姆水凝胶的流速都会影响液滴的稳定生成;只有在滴流区域才能得到尺寸均一的液滴，如图3(a)所示。当内相蚕丝油流速较小(1 mL/h)时，外相水凝胶流速在1～21 mL/h范围内均可以克服蚕丝油的表面张力，将内相剪切生成一颗颗均匀的液滴，如图3(b)、图3(c)所示。但是随着内相蚕丝油的流速增大(4 mL/h)，蚕丝油的惯性力占主导，当外相流速为5 mL/h时，外相的黏滞力无法及时将内相剪断，系统处于射流区域，形成的液滴尺寸不均，如图3(d)所示。因此，为保证系统处于滴流区域，当内相流速增加时，所需外相水凝胶流速就越大。
在液滴制备过程中，内相蚕丝油和外相卡波姆水凝胶的流速都会影响液滴的稳定生成;只有在滴流区域才能得到尺寸均一的液滴，如图3(a)所示。当内相蚕丝油流速较小(1 mL/h)时，外相水凝胶流速在1～21 mL/h范围内均可以克服蚕丝油的表面张力，将内相剪切生成一颗颗均匀的液滴，如图3(b)、图3(c)所示。但是随着内相蚕丝油的流速增大(4 mL/h)，蚕丝油的惯性力占主导，当外相流速为5 mL/h时，外相的黏滞力无法及时将内相剪断，系统处于射流区域，形成的液滴尺寸不均，如图3(d)所示。因此，为保证系统处于滴流区域，当内相流速增加时，所需外相水凝胶流速就越大。微流控技术的优点在于其对乳化过程的精准控制，液滴悬浮液中液滴的尺寸可以通过内相或外相的流速进行调节，如图4(a)、图4(b)所示。当外相流速保持不变(10 m L/h)，液滴的尺寸随内相流速的增大而增大;当内相流速保持不变(1 m L/h)，液滴尺寸随外相流速的增大而减小。内相流速和外相流速的改变也可以调节液滴悬浮液中油/水的比例，如图4(c)、图4(d)所示。在总流速不变的情况下(10 m L/h)，当内相流速从1 m L/h减小到0.5 m L/h时，油/水的比例由1∶9降低至1∶19。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A general strategy for one-step fabrication of biocompatible microcapsules with controlled active release[J]. Zeyong Sun,Chenjing Yang,Max Eggersdorfer,Jiecheng Cui,Yiwei Li,Mingtan Hai,Dong Chen,David A.Weitz. Chinese Chemical Letters. 2020(01)
[2]Functional delivery vehicle of organic nanoparticles in inorganic crystals[J]. Linlin Kong,Xinyi Jin,Dapeng Hu,Leyun Feng,Dong Chen,Hanying Li. Chinese Chemical Letters. 2019(12)
[3]Biocompatible microcapsules with a water core templated from single emulsions[J]. Linlin Kong,Esther Amstad,Mingtan Hai,Xinyou Ke,Dong Chen,Chun-Xia Zhao,David A.Weitz. Chinese Chemical Letters. 2017(09)
[4]Microfluidic technology for multiphase emulsions morphology adjustment and functional materials preparation[J]. Xuehui Ge,Hong Zhao,Tao Wang,Jian Chen,Jianhong Xu,Guangsheng Luo. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(06)
本文编号：3292997
【文章来源】：现代化工. 2020,40(09)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
微流控制备悬浮液滴
为了证实卡波姆水凝胶剪切变稀的性质，通过流变性能测试进一步验证水凝胶黏度随剪切频率和温度的变化关系，如图2(a)、图2(b)所示。在温度为25℃、应变为1%的条件下，不同质量分数卡波姆水凝胶的黏度随剪切频率的升高均表现出明显的下降，说明其具有剪切变稀的性质。当应变为1%、频率为10 rad/s时，不同质量分数卡波姆水凝胶的黏度基本不随温度变化，表现出很好的温度稳定性。液滴悬浮液的制备充分利用了卡波姆水凝胶剪切变稀的性质。在微流控通道的高速剪切下，卡波姆水凝胶黏度降低，快速流动，剪切内相蚕丝油，将其均匀分散在水凝胶中。当不再受剪切作用时，水凝胶的黏度恢复。为使液滴固定在三维空间中得到稳定的液滴悬浮液，通过在不同质量分数卡波姆水凝胶中注射蚕丝油液滴，静置观察发现，当卡波姆质量分数大于等于0.06%时，液滴可以长期稳定地悬浮在三维空间中的固定位置，时间长达5个月仍没有上浮现象，如图2(c)、图2(d)所示。在液滴制备过程中，内相蚕丝油和外相卡波姆水凝胶的流速都会影响液滴的稳定生成;只有在滴流区域才能得到尺寸均一的液滴，如图3(a)所示。当内相蚕丝油流速较小(1 mL/h)时，外相水凝胶流速在1～21 mL/h范围内均可以克服蚕丝油的表面张力，将内相剪切生成一颗颗均匀的液滴，如图3(b)、图3(c)所示。但是随着内相蚕丝油的流速增大(4 mL/h)，蚕丝油的惯性力占主导，当外相流速为5 mL/h时，外相的黏滞力无法及时将内相剪断，系统处于射流区域，形成的液滴尺寸不均，如图3(d)所示。因此，为保证系统处于滴流区域，当内相流速增加时，所需外相水凝胶流速就越大。
在液滴制备过程中，内相蚕丝油和外相卡波姆水凝胶的流速都会影响液滴的稳定生成;只有在滴流区域才能得到尺寸均一的液滴，如图3(a)所示。当内相蚕丝油流速较小(1 mL/h)时，外相水凝胶流速在1～21 mL/h范围内均可以克服蚕丝油的表面张力，将内相剪切生成一颗颗均匀的液滴，如图3(b)、图3(c)所示。但是随着内相蚕丝油的流速增大(4 mL/h)，蚕丝油的惯性力占主导，当外相流速为5 mL/h时，外相的黏滞力无法及时将内相剪断，系统处于射流区域，形成的液滴尺寸不均，如图3(d)所示。因此，为保证系统处于滴流区域，当内相流速增加时，所需外相水凝胶流速就越大。微流控技术的优点在于其对乳化过程的精准控制，液滴悬浮液中液滴的尺寸可以通过内相或外相的流速进行调节，如图4(a)、图4(b)所示。当外相流速保持不变(10 m L/h)，液滴的尺寸随内相流速的增大而增大;当内相流速保持不变(1 m L/h)，液滴尺寸随外相流速的增大而减小。内相流速和外相流速的改变也可以调节液滴悬浮液中油/水的比例，如图4(c)、图4(d)所示。在总流速不变的情况下(10 m L/h)，当内相流速从1 m L/h减小到0.5 m L/h时，油/水的比例由1∶9降低至1∶19。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A general strategy for one-step fabrication of biocompatible microcapsules with controlled active release[J]. Zeyong Sun,Chenjing Yang,Max Eggersdorfer,Jiecheng Cui,Yiwei Li,Mingtan Hai,Dong Chen,David A.Weitz. Chinese Chemical Letters. 2020(01)
[2]Functional delivery vehicle of organic nanoparticles in inorganic crystals[J]. Linlin Kong,Xinyi Jin,Dapeng Hu,Leyun Feng,Dong Chen,Hanying Li. Chinese Chemical Letters. 2019(12)
[3]Biocompatible microcapsules with a water core templated from single emulsions[J]. Linlin Kong,Esther Amstad,Mingtan Hai,Xinyou Ke,Dong Chen,Chun-Xia Zhao,David A.Weitz. Chinese Chemical Letters. 2017(09)
[4]Microfluidic technology for multiphase emulsions morphology adjustment and functional materials preparation[J]. Xuehui Ge,Hong Zhao,Tao Wang,Jian Chen,Jianhong Xu,Guangsheng Luo. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(06)
本文编号：3292997
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