液滴流微反应器的应用之复杂乳液的制备

由此可以看出，液滴流微反应器具有许多独特的优点，如样品、试剂消耗量最小、混合效率提高、液滴与样品、试剂不同等。该技术在高通量样品预处理、化学分析、微纳米粒合成、生物化工等领域具有广阔的应用前景。由于液滴流微反应器具有较高的比表面积和局域溶剂浓度，能有效提高化学反应速率，扩大其在化工领域的应用。介绍了液滴流微反应器在各种交叉领域中的应用，并对其制备、纳米颗粒制备、有机合成、相转移催化反应及生物化工等5个典型方向进行了简要介绍。

前面介绍了微流道用来产生单个液滴具有液滴大小分布范围窄且可灵活控制的优点，利用一相在另一相中进行一相乳化，可得到典型的错流剪切、水力学聚焦和同轴微通道中一相的乳化，从而得到尺寸、形态、组成可控的单乳液。实际上，微流控技术本身具有灵活性和变化性，单级微通道的组合拼接可以提升到复杂的微通道网络系统。通过对微流道内流体的多级乳化及包埋过程的控制，制备了复杂多变的复合乳液。

第一次采用两级串联的双T型通道制备了W/O/W和O/W/O型复合液滴。首先，用W1作为分散相，O为连续相，在第一个T型相交处产生W1/O型液滴。W1/O乳液整体呈分散相，W2作为连续相，在第二个T形通道中剪切形成W1/O/W2型双乳粒液滴。用T型通道串联制备双乳液时，相邻的两级通道具有相反的亲疏性。类似地，水力学聚焦通道可以用串联复合制备两个或多个复合液滴，而且与T通道不同的是二维水力学聚焦通道可一步制备复合液滴，并用三维水力聚焦通道制备了双乳液。

但是，现在普遍使用的双乳液复合乳液生产设备是同轴环管型通道。这种设备是由一根直径较小的毛细管同轴嵌入另一根大直径的毛细管，内部走分散相，内外两个毛细管之间形成环隙走连续相。采用具有相同外径的圆筒型毛细管内边长方形毛细管组合，实现了各毛细管通道之间的同轴配合，可制得任意数量的多个液滴。

此研究小组进一步将微流控玻璃毛细管器件分成3个不同的功能组件：液滴产生组件、液滴汇集组件和液滴提取组件，通过三个功能组件相互嵌套组合，形成可制备多种组分复合乳液的微流控装置，所制备的液滴的组成、数目、比例、大小等成分均精确可控。

微流道制备单、双滴或多滴多滴的研究，不仅停留在实验可行性层面，还对单滴尺寸、双液滴形成机理进行了大量理论研究。采用双共轴型毛细管作为乳粒发生器，分别采用一步法和两步法制备W/O/W双乳粒，其中油相为聚苯乙烯溶的氟苯，经微乳液进一步固化后制成毫米级聚苯乙烯空心球。着重考察了复式乳液滴外径、内径和壁厚的形成规律，根据单乳液的受力分析，建立了一种基于受力分析的计算模型，通过实验对模型进行进一步修正，得到的半理论-半经验方程能很好地预测该实验装置在不同体系下单乳粒液滴的尺寸。

本文用边界积分法对乳液内部流变行为和内部流场进行了数值计算，并发表了一系列研究成果，探讨了用内液滴图制备双乳液或多种乳液的装置图图液滴内混合的强化模式，如碰撞、融合或者变形等对多层乳液内部结构以及流场的影响。