WO2003068381A1 - Method for producing monodispersed nanodrops or nanoparticles and two devices for carrying out said method - Google Patents

Method for producing monodispersed nanodrops or nanoparticles and two devices for carrying out said method Download PDF

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WO2003068381A1
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fluid
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microfluidic reactor
focusing module
fluids
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PCT/EP2003/001418
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Steffen Hardt
Volker Hessel
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INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH
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    • B01J13/04Making microcapsules or microballoons by physical processes, e.g. drying, spraying

Definitions

  • the invention relates to a method for producing monodisperse nanodroplets and to a microfluidic reactor for carrying out the method.
  • a method and a device for producing nanoparticles is described in the publication "Aero-sol-gel Reactor for nano-powder-synthesis" by G. Beaucage et al., Journal of Nanoparticle Research 1 (1999) 379-392.
  • the nanoparticles are generated by sol-gel reactions in aerosols.
  • the Aero-Sol-Gel reactor allows the structure, chemical composition and outer surface of silicon oxide powders to be influenced by changing the process parameters.
  • the Aero-Sol-Gel reactor contains a dry nitrogen, which is bubbled through precursor liquids to form steam flows.
  • the blowing device can be heated to control the concentrations of the reactants in the feed streams.
  • TEOS tetraethoxysilane
  • three steam flows are given up in a laminar flow, namely TEOS, water and hydrochloric acid. All process steam flows are heated to approx. 110 ° C to prevent premature condensation.
  • the laminar flows flow into an air mix / condensation / reaction zone, which is similar to that of pyrolytic reactors.
  • the nano-structured powders are then collected in a funnel-shaped filter.
  • the main disadvantage of the known methods is the poor controllability of the particle size and shape.
  • the size and size distribution of the particles largely depends on the reaction conditions, such as temperature, pressure and concentrations, which as a rule cannot be set arbitrarily. The same applies to the shape of the particles.
  • the object of the invention was to develop a method with which nanotropic droplets or nanoparticles of spherical geometry and a defined size can be produced.
  • Another subtask consists in providing a microfluidic reactor for performing the method.
  • the object is achieved with a method in which an immiscible second fluid B is introduced into a continuously flowing first fluid A, in which the fluid B is surrounded by the fluid A and in which the flow cross section of the fluid B is tapered in the direction of flow, that the fluid B disintegrates into individual drops due to its hydrodynamic instability.
  • the main advantage of this method is the ability to change the size of the fluid simply by selecting the fluid flow rates without having to make any changes to a device to be able to control the resulting particles.
  • the optimally desired spherical shape of the particles with a predeterminable particle size is achieved.
  • the fluids A, B are advantageously accelerated in a focusing module by a geometric cross-sectional reduction and fed to a drop formation channel with a constant opening width.
  • the geometric cross-sectional reduction in the focusing module is an easy-to-implement option for tapering the flow cross-section of the fluids in the direction of flow.
  • the geometric cross-sectional reduction can be achieved using a decreasing cross-section, e.g. a funnel or via a step-like reduction in the opening width. In the case of a step-like reduction in the opening width, stationary vortices can form in the storage space of the steps, but these have no influence on the principle of action.
  • a fluid A is supplied to a fluid stream B via inlet openings distributed in the flow direction. This significantly reduces the risk of blockages due to particles already forming in the drop formation channel.
  • the fluid A After flowing through the focusing module, the fluid A is preferably returned in a return flow channel against the flow direction. As a result, the fluid A can be reused and its consumption can be minimized.
  • a control fluid X is advantageously introduced into the fluid A via an access.
  • the location of the drop formation in the drop formation channel can be influenced, since the location of the drop formation depends not only on the size of the flow cross section, but also on material parameters such as density, viscosity and surface tension.
  • the fluids A, B are advantageously fed to the focusing module via a distributor module.
  • the distributor module is used to apply the fluids A, B with defined initial conditions.
  • a plurality of parallel-spaced fluid streams B are emitted from the distributor module into the focusing module.
  • the flow rate and thus the conversion can be increased and the pressure drop reduced.
  • the drop formation channel has a very small flow cross section.
  • several fluid flows B allow a larger flow cross section.
  • a force is advantageously exerted on electrically conductive fluids A, B by means of a magnetic coil or a solid-state magnet.
  • the electrically conductive fluids A, B flow through a magnetic field in which they are stabilized. With the help of the magnetic field, for example, premature decay into drops could be prevented.
  • Both magnetic coils and solid-state magnets can be used to generate the magnetic field.
  • the fluids A, B are advantageously irradiated with a laser. Fluid B could be heated with the help of the laser, which in turn changes the properties of the material. In this way, the location of the drop formation in the drop formation channel can be influenced.
  • the method can also be carried out advantageously by supplying the focusing module with a third fluid C, the fluid B being chosen to be hydrodynamically unstable than the fluid C. Fluid B and fluid B should be surrounded by fluid A in the direction of flow of the fluid C, ie the fluid streams should be nested within one another. This type of fluid application, in conjunction with the requirement that the fluid B is more hydrodynamically unstable than the fluid C, enables concentric drops of the fluid C in the fluid B. The fluid C is completely surrounded by the fluid B.
  • Another alternative can also be useful, in which the fluid C is chosen to be more unstable than the fluid B. This can then be used to generate drops of fluid B which contain a number of smaller drops C.
  • a voltage can advantageously be impressed into the fluids A, B, at least one fluid A or fluid B having electrolytic properties.
  • a defined electrical charge can be applied to the fluid A or fluid B, as a result of which drop agglomerations and drop coalescence are prevented.
  • the outer fluid A and the inner fluid B can be in contact with an anode and a cathode, one of which is located in the region of the distributor module and the other in the region of the reaction module. If Fluid B has electrolytic properties and there is an electrode at the reactor inlet, charges in Fluid B migrate away from the electrode to the location of the drop formation. As a result, a defined charge is applied to the drops, which prevents the drops from coalescing and makes it possible to collect the drops or the particles formed from the drops on the counterelectrode.
  • Nanoparticles which are produced by the processes known from the prior art do not achieve such a narrow particle size distribution and particle shape.
  • the size of the nanoparticles can be controlled very precisely with the method according to the invention through the choice of the geometric cross-sectional reduction or the setting of the hydrodynamic conditions and the choice of the quantitative ratios of the fluids.
  • Nanoparticles produced by the method according to the invention are of great importance for many relatively new fields of application, such as coatings for surfaces, catalysts, etc.
  • the particles are preferably generated in the reaction module by polymerization. This permits spatial separation of the process steps, formation of the drops in the drop formation channel and formation of the particles in the subsequent reaction module.
  • a solution of monomers is advantageously used as fluid B.
  • monomers are in the form of a fluid.
  • the polymerization is preferably induced by adding initiators. With the addition of initiators, the location and time of particle formation can be controlled.
  • the polymerization is favorably induced by introducing heat or light. Both possibilities represent simple methods to initiate the polymerization and thus the formation of the particles.
  • the subtask is solved with a microfluidic reactor in which a second fluid stream of a fluid B is introduced in a first continuous fluid stream of a fluid A, the fluid B being surrounded by fluid A and the fluids A, B being immiscible and in the one Focusing module is formed with an inlet funnel tapering in the direction of flow, to which a drop formation channel is connected at its small opening end.
  • the device constructed in this way enables a defined generation of nanotropes or nanoparticles with a spherical geometry and a defined size.
  • the microfluidic reactor does not require small, difficult-to-manufacture microstructures for shaping the fluid streams, which can be chosen to be larger than the nanotropes or nanoparticles, which in particular reduces the manufacturing outlay.
  • the focusing module does not necessarily have to have an inlet funnel that continuously narrows in the narrower sense. The tapering of the fluid cross-sections can also be achieved by step-like cross-sectional constrictions in the focusing module.
  • a distributor module for supplying the fluids A, B into the focusing module is formed with a plurality of outlet channels of the fluid A and outlet channels of the fluid B.
  • the outlet channels of the fluid B preferably have an opening width of 100 nm to 500 ⁇ m, an opening width of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m having been found to be particularly advantageous.
  • the drop formation channel has the opening width of the small opening end of the inlet channel.
  • a second fluid stream of a fluid B is introduced in a first continuous fluid stream of a fluid A, the fluid B being completely surrounded by the fluid A and the fluids A, B being immiscible and in a focusing module a substantially constant opening width, in which inlet openings for supplying the fluid A are arranged offset in the flow direction in at least one peripheral wall of the focusing module, and in which a drop formation channel is connected to the focusing module.
  • Such a microfluidic reactor focuses the fluid flows hydrodynamically.
  • the microfluidic reactors can be provided with larger structures that are easier to manufacture, since the cross section of the second fluid flow is not tapered by the geometry of the microfluidic reactor, but by a repeated metering in of the fluid A.
  • the focusing module of the microfluidic reactor described above preferably has separating structures for delimiting a backflow channel.
  • the separation structures enable better guidance of the fluid A.
  • a reaction module is advantageously connected to the drop formation channel in the flow direction.
  • the reaction module has inlet openings through which, for example, initiators for initiating a polymerization can be added. This allows the location and time of particle formation to be controlled.
  • the reaction module preferably comprises a heat or light source in order to initiate the polymerization reaction and thus the formation of the particles.
  • a magnet coil is advantageously arranged on the focusing module.
  • a magnetic field is built up via the magnetic coil, which stabilizes the electrically conductive fluids and prevents premature decay in the drop.
  • a solid-state magnet can also be used instead of the magnetic coil.
  • a laser is advantageously arranged on the drop formation channel.
  • the two fluids A, B can be heated by means of the laser, as a result of which the material properties change. In this way, the location of the drop formation can be influenced.
  • an electrode is attached to each of the distributor module and the reaction module, with which a voltage can be impressed into the fluids A, B.
  • Figure 1 is a schematic representation of a microfluidic reactor according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a microfluidic reactor according to a first embodiment with a plurality of parallel flows of the fluid B;
  • FIG. 3 shows a microfluidic reactor according to FIG. 2 with a magnetic coil arranged outside the reactor;
  • FIG. 4 shows a microfluidic reactor according to FIG. 2 with a laser;
  • Figure 5 is a schematic representation of a microfluidic reactor according to the first embodiment for encapsulating a third fluid C;
  • FIG. 6 shows a microfluidic reactor according to FIG. 1 with electrodes on the distributor module and reaction module;
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a microfluidic reactor according to a second embodiment
  • FIG. 8 shows a microfluidic reactor according to FIG. 7 with two opposite return flow channels
  • Figure 9 is a schematic representation of a microfluidic reactor with inlet openings for the control fluid X.
  • FIG. 1 schematically shows a microfluidic reactor according to a first embodiment, in which the flow of the fluids A, B is focused by the geometric configuration of the reactor.
  • the fluids A, B flow in the flow direction 2 through a cross-sectional reduction 27 into the drop formation channel 5.
  • the Outlet channel 8 of the fluid B has an opening width 9 in the region of the transition into the focusing module 1, the dimension of which is typically a few micrometers. Due to the arrangement of the outlet channels 7 on both sides of the outlet channel 8, the fluid B is surrounded on both sides by the fluid A.
  • the geometric cross-sectional widening 27 Due to the geometric cross-sectional widening 27 from the opening width 11 of the focusing module 1 to the opening width 10 of the drop formation channel 5, there is a narrowed flow cross-section 16 of the fluid B.
  • the geometric cross-sectional widening 27 can take place in one or in two spatial directions.
  • the funnel walls 30 are shown perpendicular to the drop formation channel 5, so that a vortex or dead water zone 29 is formed.
  • the inclination of the funnel walls 30 with the end 31 on the peripheral wall side in the direction of the distributor module 6 can reduce or avoid the formation of the vortex and dead water zone 29.
  • a reaction module 17 is connected to the drop formation channel 5 in order to generate particles 28 from drops 26.
  • the actual particle formation takes place, for example, by polymerization under the influence of heat.
  • the heat is generated via a heat source 19 arranged outside the peripheral wall 32 of the reactor module 17.
  • FIG. 2 also shows a microfluidic reactor according to the first embodiment, that is to say with a geometrical focusing, but a plurality of parallel flows of the fluid A and the fluid B are alternately fed into the distributor module 6. As a result, the throughput of the fluids and thus the output on the droplet 26 or particles 28 (not shown) is increased.
  • the funnel walls 30 run toward one another in an arc shape in the direction of the small opening end 4 of the inlet funnel 3.
  • a reaction module 17 could follow the drop formation channel 5 to form particles 28 from the drops 26, but this is not shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the microfluidic reactor according to FIG. 2 with a magnet coil 21 which is arranged in the region of the peripheral wall 12 and is suitable for forming an axial magnetic field 24.
  • a force is exerted on the fluid B if its electrical conductivity is different from zero.
  • a finite conductivity could be achieved with the help of an electrolyte. It is known from magnetohydrodynamics that a sufficiently strong magnetic field can prevent a breakdown of fluid flows. It is thus possible to stabilize the flows of the fluid B in the focus module 1 and to limit the effect of the hydrodynamic instability and thus the formation of drops 26 on the drop formation channel 5.
  • FIG. 4 also shows a first embodiment of the microfluidic reactor, in which, however, a laser 22 is arranged in the area of the drop formation channel 5.
  • the pulsed laser embosses a periodic temperature profile on the streams of fluid B flowing through the drop formation channel 5.
  • the wavelength of the temperature profile makes it possible to determine the decay wavelength.
  • the size of the drops 26 can thus be influenced and variations beyond the ratio of drop size to size of the fluid flow of the fluid B which is characteristic of the undisturbed dynamics are possible.
  • selective influencing of specific fluids can be achieved by tuning the laser wavelength to the absorption bands of the molecules of the fluid B.
  • the distributor module 6 has an additional possibility of nesting a third fluid C in the fluid B, and in turn enclosing it surrounded by the fluid A.
  • a microfluidic reactor offers the possibility of producing drops 26 or particles 28 (not shown) made up of several layers. For this it is necessary to choose the material properties so that the formation of drops 26 of the fluid B takes place before the decay of the fluid flow of fluid C. In this case, the drops 26 or particles 28 (not shown) have a core 33 around a shell 34 made of different materials.
  • FIG. 6 shows a microfluidic reactor according to the first embodiment, to whose distributor module 6 cathodes 23a and in the area of the reaction module 17 an anode 23b are attached.
  • the field lines 36 are drawn as broken lines from the cathodes 23a to the anode 23b.
  • negative charges migrate in the fluid B having electrolytic properties from the cathode 23a to the location of the drops 26 in the drop formation channel 5. This brings a defined negative charge onto the drops, which prevents the drops 26 from coalescing and entering Collecting the drops 26 or the particles 28 at the anode 23b is possible.
  • a light source 20 is present in the area of the reaction module 17 to form the particles 28 by means of polymerization.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a microfluidic reactor according to a second embodiment.
  • the fluid B is located in the center of the focusing module 1 or the droplet formation channel 5, surrounded by the fluid A.
  • the peripheral wall 12 of the focusing module 1 is provided with inlet openings 13, which successively supply the fluid A into the focusing module 1 allow.
  • the opening width 11 of the focusing module 1 is identical to the opening width 10 of the droplet formation channel 5.
  • the flow cross-section 25 of the fluid B is reduced without a geometric change in the microfluidic reactor solely from the supply of the fluid A.
  • FIG. 8 shows a preferred embodiment of the reactor according to FIG. 7, in which a partial flow reversal 37 of the fluid A takes place in the transition area 38 from the focusing module 1 to the drop formation channel 5, part of the fluid A in the return flow channel 15 separated by separating structures 14 flows back and flows again through the inlet openings 13 into the focusing module 1.
  • Figure 9 illustrates the second embodiment of the microfluidic reactor in which in the flow direction 2, an 'access 35 is formed for the addition of a control fluid X both sides behind the inlet ports 13 of the fluid A in the peripheral wall 12 of the focusing module. 1
  • the control fluid X enables the position of the formation of the drops 26 in the drop formation channel 5 to be influenced.
  • reaction module 9 heat source 0 light source 1 magnetic coil 2 laser 3a cathode 3b anode 4 magnetic field Flow cross-section, fluid B, second embodiment drop cross-section reduction particles vortex zone or dead water zone funnel wall circumferential end, funnel wall circumferential wall, reaction module core-shell access, control fluid X field lines, electric field flow reversal transition area, focusing module / drop formation channel

Abstract

The invention relates to a method and a device for producing monodispersed nanodrops. The aim of the invention is to obtain a size distribution which can be better controlled, and a more regular form of the nanodrops, than that obtained by the already known methods and devices. The inventive method for producing monodispersed nanodrops is characterised in that an immiscible second fluid B is introduced into a continuously flowing fluid A, fluid B is surrounded by fluid A, and the flow cross-section (16, 25) of fluid B diminishes in the direction of flow (2) in such a way that fluid B disintegrates into individual drops (26) as a result of its hydrodynamic instability. The invention also relates to a microfluidic reactor for carrying out the method in which a fluid A is introduced into a fluid B in a first continuous fluid flow, fluid B is surrounded by fluid A, and fluids A and B are immiscible. Said microfluidic reactor is characterised by a focussing module (1) comprising a receiving hopper (3) which tapers off in the flow direction (2). A drop forming channel (5) is connected to the small opening end (4) of said receiving hopper.

Description

VERFAHREN ZUM ERZEUGEN MONODISPERSER NANOTROPFEN ODER NANOPÄRTIKEL UND ZWEI VORRICHTUNGEN ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENSMETHOD FOR PRODUCING MONODISPERSE NANOTROPS OR NANOPARTICLES, AND TWO DEVICES FOR IMPLEMENTING THE METHOD
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen monodisperser Nanotropfen sowie einen mikrofluidischen Reaktor zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for producing monodisperse nanodroplets and to a microfluidic reactor for carrying out the method.
Die Erzeugung von Nanopartikeln und Nanotropfen mittels Diffusions- oder Niederdruckflammen wird beispielsweise in "Parametric study of zirconia nanoparticle synthesis in low pressure flames", A. Colibaba-Evulet et al., scripta mater. 44 (2001) 2259-2262, beschrieben. Hierbei wird insbesondere das Zusammenwirken der Parameter Druck, Temperatur und Durchflußrate hinsichtlich der Partikelgeometrie untersucht.The production of nanoparticles and nano drops by means of diffusion or low pressure flames is described, for example, in "Parametric study of zirconia nanoparticle synthesis in low pressure flames", A. Colibaba-Evulet et al., Scripta mater. 44 (2001) 2259-2262. The interaction of the parameters pressure, temperature and flow rate with regard to the particle geometry is examined in particular.
In der Veröffentlichung "In sito characterization of TiO> nanoparticle in chemical vapor reactor", J.H.Yu et al. scripta mater. (2001) 2213-2217, wird ein Verfahren zum Erzeugen von Nanopartikeln vorgestellt, das auf einer chemischen Fällungsreaktion in Emulsionen beruht. Schwerpunkt der Untersuchung war hier die Größenverteilung von TiO2-Teilchen in Abhängigkeit des zugeführten Sauerstoffs, mit dem Ergebnis, daß bei wachsendem Sauerstoffzufluß die synthetischen TiO2-Teilchen durch Ausflockung in ihrer mittleren Größe kleiner und enger in ihrer Größenverteilung werden.In the publication "In site characterization of TiO > nanoparticle in chemical vapor reactor", JHYu et al. scripta mater. (2001) 2213-2217, a method for producing nanoparticles is presented which is based on a chemical precipitation reaction in emulsions. The focus of the investigation was the size distribution of TiO 2 particles as a function of the oxygen supplied, with the result that the synthetic TiO 2 particles become smaller and narrower in their size distribution due to flocculation as the inflow of oxygen increases.
Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Erzeugen von Nanopartikeln wird in der Veröffentlichung "Aero-sol-gel Reactor for nano-powder-synthesis" von G. Beaucage et al., Journal of Nanoparticle Research 1 (1999) 379-392, beschrieben. Hierbei erfolgt die Erzeugung der Nanopartikel durch Sol-Gel- Reaktionen in Aerosolen. Der Aero-Sol-Gel Reaktor erlaubt ein Einwirken auf die Struktur, chemische Zusammensetzung und Außenfläche von Siliciumoxid- Pulvern durch eine Veränderung von Prozessparametern. Der Aero-Sol-Gel Reaktor beinhaltet einen trockenen Stickstoff, der sprudelnd durch Precursor- Flüssigkeiten eingeblasen wird, um Dampfströme auszubilden. Die Einblasvorrichtung kann erhitzt werden, um die Konzentrationen der Reaktionspartner in den Speiseströmen zu kontrollieren. In dem Entstehungsvorgang von Siliziumoxid aus Tetraethoxysilane (TEOS) sind drei Dampfströme in eine laminare Strömung aufgegeben, nämlich TEOS, Wasser und Salzsäure. Alle Prozeßdampfströme werden auf ca. 110°C erhitzt, um eine vorzeitige Kondensation zu verhindern. Die laminaren Strömungen fließen in eine Freüuftmix-/Kondensations-/Reaktionszone, die ähnlich ausgebildet ist, wie bei pyrolytischen Reaktoren. Die Nano-strukturierten Pulver werden nachfolgend in einem trichterförmigen Filter gesammelt.A method and a device for producing nanoparticles is described in the publication "Aero-sol-gel Reactor for nano-powder-synthesis" by G. Beaucage et al., Journal of Nanoparticle Research 1 (1999) 379-392. Here, the nanoparticles are generated by sol-gel reactions in aerosols. The Aero-Sol-Gel reactor allows the structure, chemical composition and outer surface of silicon oxide powders to be influenced by changing the process parameters. The Aero-Sol-Gel reactor contains a dry nitrogen, which is bubbled through precursor liquids to form steam flows. The The blowing device can be heated to control the concentrations of the reactants in the feed streams. In the formation process of silicon oxide from tetraethoxysilane (TEOS), three steam flows are given up in a laminar flow, namely TEOS, water and hydrochloric acid. All process steam flows are heated to approx. 110 ° C to prevent premature condensation. The laminar flows flow into an air mix / condensation / reaction zone, which is similar to that of pyrolytic reactors. The nano-structured powders are then collected in a funnel-shaped filter.
Der wesentliche Nachteil der bekannten Verfahren liegt in der schlechten Kontrollierbarkeit der Partikelgröße und Partikelform. Die Größe und Größenverteilung der Partikel hängt maßgeblich von den Reaktionsbedingungen, wie beispielsweise Temperatur, Druck und Konzentrationen ab, die sich in der Regel nicht beliebig einstellen lassen. Gleiches gilt für die Form der Partikel.The main disadvantage of the known methods is the poor controllability of the particle size and shape. The size and size distribution of the particles largely depends on the reaction conditions, such as temperature, pressure and concentrations, which as a rule cannot be set arbitrarily. The same applies to the shape of the particles.
Demnach lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem Nanotropfen oder Nanopartikel sphärischer Geometrie und definierter Größe erzeugt werden können. Eine weitere Teilaufgabe besteht in der Bereitstellung eines mikrofluidischen Reaktors zum Durchführen des Verfahrens.Accordingly, the object of the invention was to develop a method with which nanotropic droplets or nanoparticles of spherical geometry and a defined size can be produced. Another subtask consists in providing a microfluidic reactor for performing the method.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, bei dem in ein kontinuierlich strömendes erstes Fluid A ein nicht mischbares zweites Fluid B aufgegeben wird, bei dem das Fluid B von dem Fluid A umgeben und bei dem der Strömungsquerschnitt des Fluids B in Strömungsrichtung derart verjüngt wird, daß das Fluid B aufgrund seiner hydrodynamischen Instabilität in einzelne Tropfen zerfällt. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Möglichkeit, allein durch die Wahl der Fluidmengenströme, ohne Veränderungen an einer Vorrichtung vornehmen zu müssen, die Größe der entstehenden Partikel steuern zu können. Dabei wird gleichzeitig die optimal gewünschte Kugelform der Teilchen mit einer vorgebbaren Partikelgröße erzielt.The object is achieved with a method in which an immiscible second fluid B is introduced into a continuously flowing first fluid A, in which the fluid B is surrounded by the fluid A and in which the flow cross section of the fluid B is tapered in the direction of flow, that the fluid B disintegrates into individual drops due to its hydrodynamic instability. The main advantage of this method is the ability to change the size of the fluid simply by selecting the fluid flow rates without having to make any changes to a device to be able to control the resulting particles. At the same time, the optimally desired spherical shape of the particles with a predeterminable particle size is achieved.
Vorteilhafterweise werden die Fluide A, B in einem Fokussierungsmodul durch eine geometrische Querschnittsverkleinerung beschleunigt und einem Tropfenbildungskanal mit konstanter Öffnungsweite zugeführt. Die geometrische Querschnittsverkleinerung im Fokussierungsmodul stellt eine einfach zu realisierende Möglichkeit zur Verjüngung des Strömungsquerschnitts der Fluide in Strömungsrichtung dar. Die geometrische Querschnittsverkleinerung kann dabei über einen sich verkleinernden Querschnitt, wie z.B. einen Trichter oder aber über eine stufenartige Verkleinerung der Öffhungsweite erreicht werden. Im Falle der stufenartigen Verkleinerung der Öffhungsweite können sich stationäre Wirbel im Stauraum der Stufen ausbilden, die jedoch auf das Wirkprinzip keinen Einfluß nehmen.The fluids A, B are advantageously accelerated in a focusing module by a geometric cross-sectional reduction and fed to a drop formation channel with a constant opening width. The geometric cross-sectional reduction in the focusing module is an easy-to-implement option for tapering the flow cross-section of the fluids in the direction of flow. The geometric cross-sectional reduction can be achieved using a decreasing cross-section, e.g. a funnel or via a step-like reduction in the opening width. In the case of a step-like reduction in the opening width, stationary vortices can form in the storage space of the steps, but these have no influence on the principle of action.
In einem alternativen Verfahren wird in einem Fokussierungsmodul anstelle der vorstehend beschriebenen geometrischen Querschnittsverkleinerung einem Fluidstrom B über in Strömungsrichtung verteilt angeordneter Einlaßöffnungen ein Fluid A zugeführt. Hierdurch wird die Gefahr von Blockierungen durch sich bereits im Tropfenbildungskanal bildende Partikel erheblich gesenkt.In an alternative method, in a focusing module, instead of the geometric cross-sectional reduction described above, a fluid A is supplied to a fluid stream B via inlet openings distributed in the flow direction. This significantly reduces the risk of blockages due to particles already forming in the drop formation channel.
Vorzugsweise wird das Fluid A nach Durchströmen des Fokussierungsmoduls in einem Rückstromkanal gegen die Strömungsrichtung zurückgeführt. Dadurch kann das Fluid A wiederverwendet und dessen Verbrauch minimiert werden.After flowing through the focusing module, the fluid A is preferably returned in a return flow channel against the flow direction. As a result, the fluid A can be reused and its consumption can be minimized.
Günstigerweise wird in das Fluid A über einen Zugang ein Steuerfluid X aufgegeben. Dadurch kann auf den Ort der Tropfenbildung im Tropfenbildungskanal Einfluß genommen werden, da der Ort der Tropfenbildung neben der Größe des Strömungsquerschnitts von Stoffparametern wie Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung abhängt. Durch die Zugabe eines Steuerfluids X könnte beispielsweise die Grenzflächenspannung zwischen den Fluiden A und B verändert und damit die Tropfenbildung des Fluids B ausgelöst werden. Das Steuerfluid X trägt somit bei, den Bildungsprozess von Nanotropfen hinsichtlich seiner geometrischen Vorgaben weiter zu optimieren.A control fluid X is advantageously introduced into the fluid A via an access. In this way, the location of the drop formation in the drop formation channel can be influenced, since the location of the drop formation depends not only on the size of the flow cross section, but also on material parameters such as density, viscosity and surface tension. By adding a control fluid X, for example, the interfacial tension between the fluids A and B could be changed and the drop formation of the fluid B could thus be triggered. The control fluid X thus contributes to further optimizing the formation process of nano drops with regard to its geometric specifications.
Vorteilhafterweise werden die Fluide A, B über ein Verteilermodul dem Fokussierungsmodul zugeführt. Das Verteilermodul dient dazu, die Fluide A, B mit definierten Anfangsbedingungen aufzugeben.The fluids A, B are advantageously fed to the focusing module via a distributor module. The distributor module is used to apply the fluids A, B with defined initial conditions.
Vorzugsweise werden aus dem Verteilermodul mehrere parallel beabstandete Fluidströme B in das Fokussierungsmodul abgegeben. Indem die Tropfenbildung parallelisiert wird, kann die Durchflußmenge und damit der Umsatz erhöht und der Druckabfall verringert werden. Bei nur einem Fluidstrom B hat der Tropfenbildungskanal einen sehr kleinen Strömungsquerschnitt. Mehrere Fluidströme B dagegen lassen einen größeren Strömungsquerschnitt zu.Preferably, a plurality of parallel-spaced fluid streams B are emitted from the distributor module into the focusing module. By parallelizing the drop formation, the flow rate and thus the conversion can be increased and the pressure drop reduced. With only one fluid flow B, the drop formation channel has a very small flow cross section. In contrast, several fluid flows B allow a larger flow cross section.
Günstigerweise wird auf elektrische leitfähige Fluide A, B eine Kraft mittels einer Magnetspule oder eines Festkörpermagneten ausgeübt. Dadurch bedingt strömen die elektrisch leitfähigen Fluide A, B durch ein Magnetfeld, in welchem sie stabilisiert werden. Mit Hilfe des Magnetfeldes könnte beispielsweise ein vorzeitiger Zerfall in Tropfen verhindert werden. Zur Erzeugung des Magnetfeldes können sowohl Magnetspulen als auch Festkörpermagnete eingesetzt werden.A force is advantageously exerted on electrically conductive fluids A, B by means of a magnetic coil or a solid-state magnet. As a result, the electrically conductive fluids A, B flow through a magnetic field in which they are stabilized. With the help of the magnetic field, for example, premature decay into drops could be prevented. Both magnetic coils and solid-state magnets can be used to generate the magnetic field.
Vorteilhafterweise werden die Fluide A, B mit einem Laser bestrahlt. Mit Hilfe des Lasers könnte das Fluid B geheizt werden, wodurch sich wiederum die Stoffeigenschaften ändern. Auf diese Weise kann auf den Ort der Tropfenentstehung im Tropfenbildungskanal Einfluß genommen werden. Das Verfahren kann auch vorteilhaft ausgeführt werden, indem dem Fokussierungsmodul ein drittes Fluid C zugeführt wird, wobei das Fluid B hydrodynamisch instabiler als das Fluid C gewählt ist. Dabei sollten in Strömungsrichtung des Fluid C von Fluid B und Fluid B von Fluid A umgeben sein, d.h. die Fluidströme ineinander geschachtelt sein. Diese Art der Fluidaufgabe, in Verbindung mit der Vorgabe, daß das Fluid B hydrodynamisch instabiler als Fluid C ist, ermöglicht konzentrische Tropfen des Fluids C in Fluid B. Dabei ist das Fluid C vollständig von Fluid B umgeben.The fluids A, B are advantageously irradiated with a laser. Fluid B could be heated with the help of the laser, which in turn changes the properties of the material. In this way, the location of the drop formation in the drop formation channel can be influenced. The method can also be carried out advantageously by supplying the focusing module with a third fluid C, the fluid B being chosen to be hydrodynamically unstable than the fluid C. Fluid B and fluid B should be surrounded by fluid A in the direction of flow of the fluid C, ie the fluid streams should be nested within one another. This type of fluid application, in conjunction with the requirement that the fluid B is more hydrodynamically unstable than the fluid C, enables concentric drops of the fluid C in the fluid B. The fluid C is completely surrounded by the fluid B.
Sinnvoll kann auch eine andere Alternative sein, bei der das Fluid C instabiler als das Fluid B gewählt wird. Hiermit lassen sich dann Tropfen des Fluids B erzeugen, die eine Reihe von kleineren Tropfen C enthalten.Another alternative can also be useful, in which the fluid C is chosen to be more unstable than the fluid B. This can then be used to generate drops of fluid B which contain a number of smaller drops C.
Günstigerweise kann in die Fluide A, B eine Spannung eingeprägt werden, wobei mindestens ein Fluid A oder Fluid B elektrolytische Eigenschaften besitzt. Dadurch kann eine definierte elektrische Ladung auf das Fluid A oder Fluid B aufgebracht werden, wodurch Tropfenagglomerationen und eine Tropfenkoaleszenz verhindert wird. Beispielsweise können das äußere Fluid A und das innere Fluid B in Kontakt mit einer Anode und einer Kathode stehen, von denen sich eine im Bereich des Verteilermoduls und die andere im Bereich des Reaktionsmoduls befindet. Wenn das Fluid B elektrolytische Eigenschaften aufweist und sich eine Elektrode am Reaktoreinlaß befindet, wandern im Fluid B Ladungen von der Elektrode weg zum Ort der Tropfenbildung. Dadurch wird eine definierte Ladung auf die Tropfen aufgebracht, die verhindert, daß die Tropfen koaleszieren und ein Sammeln der Tropfen bzw. der aus den Tropfen entstehenden Partikel an der Gegenelektrode möglich wird.A voltage can advantageously be impressed into the fluids A, B, at least one fluid A or fluid B having electrolytic properties. As a result, a defined electrical charge can be applied to the fluid A or fluid B, as a result of which drop agglomerations and drop coalescence are prevented. For example, the outer fluid A and the inner fluid B can be in contact with an anode and a cathode, one of which is located in the region of the distributor module and the other in the region of the reaction module. If Fluid B has electrolytic properties and there is an electrode at the reactor inlet, charges in Fluid B migrate away from the electrode to the location of the drop formation. As a result, a defined charge is applied to the drops, which prevents the drops from coalescing and makes it possible to collect the drops or the particles formed from the drops on the counterelectrode.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, zum Erzeugen von Nanopartikeln aus Nanotropfen die Tropfen in einem Reaktionsmodul in Partikel umzuwandeln. Die Umwandlung der monodispersen Nanotropfen in Nanopartikel ermöglicht die Herstellung von Nanopartikeln mit einer sehr engen Partikelgrößenverteilung und einer sehr regelmäßigen sphäroiden Form. Nanopartikel, die nach den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden, erreichen eine solch enge Partikelgrößenverteilung und Partikelform nicht. Weiterhin kann die Größe der Nanopartikel mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Wahl der geometrischen Querschnittsverkleinerung bzw. die Einstellung der hydrodynamischen Bedingungen und die Wahl der Mengenverhältnisse der Fluide sehr genau gesteuert werden. Außerdem können mit dem Verfahren sehr viel mehr verschiedene Stoffe zu Nanopartikeln verarbeitet werden als mit den bereits bekannten Verfahren, die alle nur unter extremen und sehr engen Verfahrensbedingungen ablaufen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Nanopartikel sind für viele relativ neue Anwendungsgebiete, wie beispielsweise Beschichtungen von Oberflächen, Katalysatoren usw. , von großer Bedeutung.It has proven to be particularly favorable to convert the drops into particles in a reaction module in order to produce nanoparticles from nanodrops. The conversion of the monodisperse nano drops into Nanoparticles enable the production of nanoparticles with a very narrow particle size distribution and a very regular spheroidal shape. Nanoparticles which are produced by the processes known from the prior art do not achieve such a narrow particle size distribution and particle shape. Furthermore, the size of the nanoparticles can be controlled very precisely with the method according to the invention through the choice of the geometric cross-sectional reduction or the setting of the hydrodynamic conditions and the choice of the quantitative ratios of the fluids. In addition, the process can process many more different substances into nanoparticles than with the already known processes, which all only take place under extreme and very narrow process conditions. Nanoparticles produced by the method according to the invention are of great importance for many relatively new fields of application, such as coatings for surfaces, catalysts, etc.
Bevorzugterweise werden die Partikel in dem Reaktionsmodul durch Polymerisation erzeugt. Dieses erlaubt eine räumliche Trennung der Verfahrensschritte, Bildung der Tropfen im Tropfenbildungskanal und Bildung der Partikel in dem daran anschließenden Reaktionsmodul.The particles are preferably generated in the reaction module by polymerization. This permits spatial separation of the process steps, formation of the drops in the drop formation channel and formation of the particles in the subsequent reaction module.
Vorteilhafterweise wird als Fluid B eine Lösung aus Monomeren verwendet. Bei der Bildung von Partikeln durch Polymerisation liegen Monomere in Form eines Fluids vor.A solution of monomers is advantageously used as fluid B. When particles are formed by polymerization, monomers are in the form of a fluid.
Vorzugsweise wird die Polymerisation durch Zugabe von Initiatoren induziert. Mit der Zugabe von Initiatoren kann der Ort und Zeitpunkt der Partikelbildung gesteuert werden. Günstigerweise wird die Polymerisation durch Einbringen von Wärme oder auch Licht induziert. Beide Möglichkeiten stellen einfache Methoden dar, die Polymerisation und damit die Bildung der Partikel einzuleiten.The polymerization is preferably induced by adding initiators. With the addition of initiators, the location and time of particle formation can be controlled. The polymerization is favorably induced by introducing heat or light. Both possibilities represent simple methods to initiate the polymerization and thus the formation of the particles.
Die Teilaufgabe wird mit einem mikrofluidischen Reaktor gelöst, bei dem in einem ersten kontinuierlichen Fluidstrom eines Fluids A ein zweiter Fluidstrom eines Fluids B eingebracht ist, wobei das Fluid B von Fluid A umgeben ist und die Fluide A, B nicht mischbar sind und bei dem ein Fokussierungsmodul mit einem in Strömungsrichtung zulaufenden Einlaßtrichter ausgebildet ist, dem an seinem öffhungskleinen Ende ein Tropfenbildungskanal angeschlossen ist. Die derartig aufgebaute Vorrichtung ermöglicht eine definierte Erzeugung von Nanotropfen oder Nanopartikeln mit einer sphärischen Geometrie und einer definierten Größe. Darüber hinaus benötigt der mikrofluidische Reaktor keine kleinen, schwer zu fertigenden MikroStrukturen zur Formung der Fluidströme, die größer gewählt werden können als die Nanotropfen oder Nanopartikel, wodurch sich insbesondere der Fertigungsaufwand reduziert. Das Fokussierungsmodul muß nicht unbedingt einen im engeren Sinne kontinuierlich zulaufenden Einlaßtrichter aufweisen. Die Verjüngung der Fluidquerschnitte kann auch durch stufenartige Querschnittsverengungen im Fokussierungsmodul erreicht werden.The subtask is solved with a microfluidic reactor in which a second fluid stream of a fluid B is introduced in a first continuous fluid stream of a fluid A, the fluid B being surrounded by fluid A and the fluids A, B being immiscible and in the one Focusing module is formed with an inlet funnel tapering in the direction of flow, to which a drop formation channel is connected at its small opening end. The device constructed in this way enables a defined generation of nanotropes or nanoparticles with a spherical geometry and a defined size. In addition, the microfluidic reactor does not require small, difficult-to-manufacture microstructures for shaping the fluid streams, which can be chosen to be larger than the nanotropes or nanoparticles, which in particular reduces the manufacturing outlay. The focusing module does not necessarily have to have an inlet funnel that continuously narrows in the narrower sense. The tapering of the fluid cross-sections can also be achieved by step-like cross-sectional constrictions in the focusing module.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Verteilermodul zum Zuführen der Fluide A, B in das Fokussierungsmodul mit einer Vielzahl von Auslaßkanälen des Fluids A und Auslaßkanälen des Fluids B ausgebildet.In a preferred embodiment, a distributor module for supplying the fluids A, B into the focusing module is formed with a plurality of outlet channels of the fluid A and outlet channels of the fluid B.
Vorzugsweise weisen die Auslaßkanäle des Fluids B eine Öffnungsweite von 100 nm bis 500 μm auf, wobei sich als besonders günstig eine Öffhungsweite von 1 μm bis 100 μ herausgestellt hat.The outlet channels of the fluid B preferably have an opening width of 100 nm to 500 μm, an opening width of 1 μm to 100 μm having been found to be particularly advantageous.
In einer besonderen Ausgestaltung weist der Tropfenbildungskanal die Öffhungsweite des öffnungskleinen Endes des Einlaß tr ich ters auf. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform des mikrofluidischen Reaktors ist in einem ersten kontinuierlichen Fluidstrom eines Fluids A ein zweiter Fluidstrom eines Fluids B eingebracht, wobei das Fluid B vollständig von dem Fluid A umgeben ist und die Fluide A, B nicht mischbar sind und in einem Fokussierungsmodul mit einer im wesentlichen konstanten Öffhungsweite strömen, bei dem in mindestens einer Umfangswand des Fokussierungsmoduls in Strömungsrichtung versetzt Einlaßöffnungen zum Zuführen des Fluids A angeordnet sind, und bei dem an das Fokussierungsmodul ein Tropfenbildungskanal angeschlossen ist. Ein derartiger mikrofluidischer Reaktor fokussiert die Fluidströme hydrodynamisch. Dadurch bedingt können die mikrofluidischen Reaktoren mit größeren, einfacher herzustellenden Strukturen versehen sein, da der Querschnitt des zweiten Fluidstroms nicht durch die Geometrie des mikrofluidischen Reaktors, sondern durch eine sich wiederholende Zudosierung des Fluids A, verjüngt wird.In a special embodiment, the drop formation channel has the opening width of the small opening end of the inlet channel. In another alternative embodiment of the microfluidic reactor, a second fluid stream of a fluid B is introduced in a first continuous fluid stream of a fluid A, the fluid B being completely surrounded by the fluid A and the fluids A, B being immiscible and in a focusing module a substantially constant opening width, in which inlet openings for supplying the fluid A are arranged offset in the flow direction in at least one peripheral wall of the focusing module, and in which a drop formation channel is connected to the focusing module. Such a microfluidic reactor focuses the fluid flows hydrodynamically. As a result, the microfluidic reactors can be provided with larger structures that are easier to manufacture, since the cross section of the second fluid flow is not tapered by the geometry of the microfluidic reactor, but by a repeated metering in of the fluid A.
Vorzugsweise weist das Fokussierungsmodul des vorstehend beschriebenen mikrofluidischen Reaktors Trennstrukturen zum Abgrenzen eines Rückstromkanales auf. Die Trennstrukturen ermöglichen eine bessere Führung des Fluids A.The focusing module of the microfluidic reactor described above preferably has separating structures for delimiting a backflow channel. The separation structures enable better guidance of the fluid A.
Als günstig hat es sich erwiesen, in der Umfangswand Zugänge zur Aufgabe eines dritten mit Fluid A mischbaren Steuerfluids X auszubilden.It has proven to be expedient to form accesses in the peripheral wall for the task of a third control fluid X miscible with fluid A.
Vörteilhafterweise ist an dem Tropfenbildungskanal in Strömungsrichtung ein Reaktionsmodul angeschlossen.A reaction module is advantageously connected to the drop formation channel in the flow direction.
In einer besonderen Ausgestaltung weist das Reaktionsmodul Einlaßöffnungen auf, über die beispielsweise Initiatoren für ein Auslösen einer Polymerisation zugegeben werden können. Hierdurch kann der Ort und Zeitpunkt der Partikelbildung gesteuert werden. Vorzugsweise umfaßt das Reaktionsmodul eine Wärme- oder Lichtquelle, um die Polymerisationsreaktion und damit die Bildung der Partikel einzuleiten.In a special embodiment, the reaction module has inlet openings through which, for example, initiators for initiating a polymerization can be added. This allows the location and time of particle formation to be controlled. The reaction module preferably comprises a heat or light source in order to initiate the polymerization reaction and thus the formation of the particles.
Günstigerweise ist an dem Fokussierungsmodul eine Magnetspule angeordnet. Über die Magnetspule wird ein Magnetfeld aufgebaut, welches die elektrisch leitfähigen Fluide stabilisiert und einen vorzeitigen Zerfall im Tropfen vorbeugt. Anstelle der Magnetspule kann auch ein Festkörpermagnet verwendet werden.A magnet coil is advantageously arranged on the focusing module. A magnetic field is built up via the magnetic coil, which stabilizes the electrically conductive fluids and prevents premature decay in the drop. A solid-state magnet can also be used instead of the magnetic coil.
Vorteilhafterweise ist an dem Tropfenbildungskanal ein Laser angeordnet. Mittels des Lasers können die beiden Fluide A, B aufgeheizt werden, wodurch sich die Stoffeigenschaften ändern. Auf diese Weise kann auf den Ort der Tropfenentstehung Einfluß genommen werden.A laser is advantageously arranged on the drop formation channel. The two fluids A, B can be heated by means of the laser, as a result of which the material properties change. In this way, the location of the drop formation can be influenced.
In einer günstigen Ausgestaltung ist jeweils an dem Verteilermodul und dem Reaktionsmodul eine Elektrode angebracht, mit der in die Fluide A, B eine Spannung eingeprägt werden kann.In a favorable embodiment, an electrode is attached to each of the distributor module and the reaction module, with which a voltage can be impressed into the fluids A, B.
Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen die:The invention is explained in more detail by way of example with reference to the following figures. They show:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines mikrofluidischen Reaktors gemäß einer ersten Ausführungsform;Figure 1 is a schematic representation of a microfluidic reactor according to a first embodiment;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines mikrofluidischen Reaktors gemäß einer ersten Ausführungsform mit mehreren parallen Strömen des Fluids B;FIG. 2 shows a schematic illustration of a microfluidic reactor according to a first embodiment with a plurality of parallel flows of the fluid B;
Figur 3 einen mikrofluidischen Reaktor gemäß Fig. 2 mit einer außerhalb des Reaktors angeordneten Magnetspule; Figur 4 einen mikrofluidischen Reaktor gemäß Figur 2 mit einem Laser;FIG. 3 shows a microfluidic reactor according to FIG. 2 with a magnetic coil arranged outside the reactor; FIG. 4 shows a microfluidic reactor according to FIG. 2 with a laser;
Figur 5 eine schematische Darstellung eines mikrofluidischen Reaktors gemäß der ersten Ausfuhrungsform zur Kapselung eines dritten Fluids C;Figure 5 is a schematic representation of a microfluidic reactor according to the first embodiment for encapsulating a third fluid C;
Figur 6 einen mikrofluidischen Reaktor gemäß Figur 1 mit Elektroden an Verteilermodul und Reaktionsmodul;FIG. 6 shows a microfluidic reactor according to FIG. 1 with electrodes on the distributor module and reaction module;
Figur 7 eine schematische Darstellung eines mikrofluidischen Reaktors gemäß einer zweiten Ausführungsform;FIG. 7 shows a schematic illustration of a microfluidic reactor according to a second embodiment;
Figur 8 einen mikrofluidischen Reaktor gemäß Figur 7 mit zwei gegenüberliegenden Rückstromkanälen; undFIG. 8 shows a microfluidic reactor according to FIG. 7 with two opposite return flow channels; and
Figur 9 eine schematische Darstellung eines mikrofluidischen Reaktors mit Einlaßöffnungen für das Steuerfluid X.Figure 9 is a schematic representation of a microfluidic reactor with inlet openings for the control fluid X.
Die Figur 1 zeigt schematisch einen mikrofluidischen Reaktor gemäß einer ersten Ausführungsform, bei welcher der Strom der Fluide A, B durch die geometrische Ausgestaltung des Reaktors fokussiert wird. Ausgehend von dem Verteilermodul 6, in dem das Fluid A über die Auslaß kanäle 7 und das Fluid B über den Auslaßkanal 8 in das Fokussierungsmodul 1 aufgegeben wird, strömen die Fluide A, B in Strömungsrichtung 2 durch eine Querschnittsverkleinerung 27 in den Tropfenbildungskanal 5. Der Auslaßkanal 8 des Fluids B weist im Bereich des Übergangs in das Fokussierungsmodul 1 eine Öffhungsweite 9 auf, deren Abmessung typischerweise wenige Mikrometer beträgt. Aufgrund der Anordnung der Auslaß kanäle 7 beidseitig des Auslaßkanals 8 ist das Fluid B beidseitig von dem Fluid A umgeben. Aufgrund der geometrischen Querschnittsverklemerung 27 von der Öffhungsweite 11 des Fokussierungsmoduls 1 auf die Öffmingsweite 10 des Tropfenbildungskanals 5 kommt es zu einem verengten Strömungsquerschnitt 16 des Fluids B. Die geometrische Querschnittsverklemerung 27 kann in einer oder in zwei Raumrichtungen stattfinden. In der Figur 1 sind die Trichterwände 30 senkrecht zum Tropfenbildungskanal 5 dargestellt, so daß es zu einer Ausbildung einer Wirbel- beziehungsweise Totwasserzone 29 kommt. Durch eine Schrägstellung der Trichterwände 30 mit dem umfangswandseitigen Ende 31 in Richtung des Verteilermoduls 6 kann die Ausbildung der Wirbel- und Totwasserzone 29 verringert oder vermieden werden.FIG. 1 schematically shows a microfluidic reactor according to a first embodiment, in which the flow of the fluids A, B is focused by the geometric configuration of the reactor. Starting from the distributor module 6, in which the fluid A is fed via the outlet channels 7 and the fluid B via the outlet channel 8 into the focusing module 1, the fluids A, B flow in the flow direction 2 through a cross-sectional reduction 27 into the drop formation channel 5. The Outlet channel 8 of the fluid B has an opening width 9 in the region of the transition into the focusing module 1, the dimension of which is typically a few micrometers. Due to the arrangement of the outlet channels 7 on both sides of the outlet channel 8, the fluid B is surrounded on both sides by the fluid A. Due to the geometric cross-sectional widening 27 from the opening width 11 of the focusing module 1 to the opening width 10 of the drop formation channel 5, there is a narrowed flow cross-section 16 of the fluid B. The geometric cross-sectional widening 27 can take place in one or in two spatial directions. In Figure 1, the funnel walls 30 are shown perpendicular to the drop formation channel 5, so that a vortex or dead water zone 29 is formed. The inclination of the funnel walls 30 with the end 31 on the peripheral wall side in the direction of the distributor module 6 can reduce or avoid the formation of the vortex and dead water zone 29.
Innerhalb des eine konstante Öffhungsweite 10 aufweisenden Tropfenbildungskanals 5 kommt es zur Ablösung einzelner Tropfen 26 aus dem bis dahin kontinuierlichen Strom des Fluids B.Within the drop formation channel 5, which has a constant opening width 10, individual drops 26 are detached from the previously continuous flow of the fluid B.
Zur Erzeugung von Partikeln 28 aus Tropfen 26 ist dem Tropfenbildungskanal 5 ein Reaktionsmodul 17 angeschlossen. Die Tropfen 5 des Fluids B gelangen dabei zusammen mit dem Fluid A über die Einlaßöffnung 18 in das Reaktionsmodul 17. Die eigentliche Partikelbildung erfolgt beispielsweise durch Polymerisation unter Einfluß von Wärme. Die Wärme wird in dem Ausführungsbeispiel über eine außerhalb der Umfangswand 32 des Reaktormoduls 17 angeordnete Wärmequelle 19 erzeugt.A reaction module 17 is connected to the drop formation channel 5 in order to generate particles 28 from drops 26. The droplets 5 of the fluid B, together with the fluid A, reach the reaction module 17 via the inlet opening 18. The actual particle formation takes place, for example, by polymerization under the influence of heat. In the exemplary embodiment, the heat is generated via a heat source 19 arranged outside the peripheral wall 32 of the reactor module 17.
In der Figur 2 ist ebenfalls ein mikrofluidischer Reaktor gemäß der ersten Ausführungsform dargestellt, d.h. mit einer geometrischen Fokussierung, wobei jedoch mehrere parallele Ströme des Fluids A und der Fluide B abwechselnd in das Verteilermodul 6 aufgegeben werden. Hierdurch wird der Durchsatz der Fluide und somit das Ausbringen am Tropfen 26 bzw. Partikeln 28 (nicht eingezeichnet) gesteigert. Abweichend von der in Figur 1 gezeigten Ausgestaltung verlaufen die Trichterwände 30 in Richtung des öffnungskleinen Endes 4 des Einlaßtrichters 3 bogenförmig aufeinander zu.FIG. 2 also shows a microfluidic reactor according to the first embodiment, that is to say with a geometrical focusing, but a plurality of parallel flows of the fluid A and the fluid B are alternately fed into the distributor module 6. As a result, the throughput of the fluids and thus the output on the droplet 26 or particles 28 (not shown) is increased. In a departure from the embodiment shown in FIG. 1, the funnel walls 30 run toward one another in an arc shape in the direction of the small opening end 4 of the inlet funnel 3.
An dem Tropfenbildungskanal 5 könnte sich zur Bildung von Partikeln 28 aus den Tropfen 26 ein Reaktionsmodul 17 anschließen, was jedoch in der Figur 2 nicht gezeigt ist.A reaction module 17 could follow the drop formation channel 5 to form particles 28 from the drops 26, but this is not shown in FIG. 2.
Die Figur 3 zeigt eine Ausführung des mikrofluidischen Reaktors gemäß Figur 2 mit einer im Bereich der Umfangswand 12 angeordneten Magnetspule 21, welche zur Ausbildung eines axialen Magnetfeldes 24 geeignet ist. Mit Hilfe des Magnetfeldes 24 wird eine Kraft auf das Fluid B ausgeübt, falls dessen elektrische Leitfähigkeit verschieden von Null ist. Eine endliche Leitfähigkeit wäre mit Hilfe eines Elektrolyten realisierbar. Aus der Magnetohydrodynamik ist bekannt, daß ein ausreichend starkes Magnetfeld einen Zerfall von Fluidströmen verhindern kann. Damit ist es möglich, die Ströme des Fluids B im Fokussionsmodul 1 zu stabilisieren und die Wirkung der hydrodynamischen Instabilität und somit die Bildung von Tropfen 26 auf den Tropfenbildungskanal 5 zu beschränken.FIG. 3 shows an embodiment of the microfluidic reactor according to FIG. 2 with a magnet coil 21 which is arranged in the region of the peripheral wall 12 and is suitable for forming an axial magnetic field 24. With the help of the magnetic field 24, a force is exerted on the fluid B if its electrical conductivity is different from zero. A finite conductivity could be achieved with the help of an electrolyte. It is known from magnetohydrodynamics that a sufficiently strong magnetic field can prevent a breakdown of fluid flows. It is thus possible to stabilize the flows of the fluid B in the focus module 1 and to limit the effect of the hydrodynamic instability and thus the formation of drops 26 on the drop formation channel 5.
Die Figur 4 zeigt ebenfalls eine erste Ausführungsform des mikrofluidischen Reaktors, bei der jedoch im Bereich des Tropfenbildungskanals 5 ein Laser 22 angeordnet ist. Der gepulste Laser prägt ein periodisches TemperaturproπT auf die durch den Tropfenbildungskanal 5 fließende Ströme des Fluids B. Durch die Wellenlänge des Temperaturprofils ist es möglich, die Zerfallswellenlänge festzulegen. Damit kann wiederum die Größe der Tropfen 26 beeinflußt und Variationen jenseits des für die ungestörte Dynamik charakteristischen Verhältnisses von Tropfengröße zu Größe des Fluidstromes des Fluids B möglich werden. Eine selektive Beeinflussung spezifischer Fluide kann in diesem Zusammenhang durch eine Abstimmung der Laserwellenlänge auf die Absorbtionsbanden der Moleküle des Fluids B erreicht werden. In der Figur 5 weist das Verteilermodul 6 eine zusätzliche Möglichkeit auf, ein drittes Fluid C geschachtelt in das Fluid B, und dieses wiederum umgeben von Fluid A aufzugeben. Ein derartiger mikrofluidischer Reaktor bietet die Möglichkeit aus mehreren Schichten aufgebaute Tropfen 26 bzw. Partikel 28 (nicht eingezeichnet) zu erzeugen. Hierfür ist es notwendig, die Stoffeigenschaften so zu wählen, daß die Bildung von Tropfen 26 des Fluids B vor dem Zerfall des Fluidstromes von Fluid C stattfindet. In diesem Fall weisen die Tropfen 26 bzw. Partikel 28 (nicht eingezeichnet) einen Kern 33 um eine Hülle 34 aus unterschiedlichen Materialien auf.FIG. 4 also shows a first embodiment of the microfluidic reactor, in which, however, a laser 22 is arranged in the area of the drop formation channel 5. The pulsed laser embosses a periodic temperature profile on the streams of fluid B flowing through the drop formation channel 5. The wavelength of the temperature profile makes it possible to determine the decay wavelength. In turn, the size of the drops 26 can thus be influenced and variations beyond the ratio of drop size to size of the fluid flow of the fluid B which is characteristic of the undisturbed dynamics are possible. In this context, selective influencing of specific fluids can be achieved by tuning the laser wavelength to the absorption bands of the molecules of the fluid B. In FIG. 5, the distributor module 6 has an additional possibility of nesting a third fluid C in the fluid B, and in turn enclosing it surrounded by the fluid A. Such a microfluidic reactor offers the possibility of producing drops 26 or particles 28 (not shown) made up of several layers. For this it is necessary to choose the material properties so that the formation of drops 26 of the fluid B takes place before the decay of the fluid flow of fluid C. In this case, the drops 26 or particles 28 (not shown) have a core 33 around a shell 34 made of different materials.
In der Figur 6 ist ein mikrofluidischer Reaktor gemäß der ersten Ausführungsform dargestellt, an dessen Verteilermodul 6 Kathoden 23a und im Bereich des Reaktionsmoduls 17 eine Anode 23b angebracht sind. Die Feldlinien 36 sind als unterbrochene Linien von den Kathoden 23a zur Anode 23b eingezeichnet. In dem Ausführungsbeispiel wandern in dem elektrolytische Eigenschaften aufweisenden Fluid B negative Ladungen von der Kathode 23a weg zum Ort der Bildung der Tropfen 26 im Tropfenbildungskanal 5. Dadurch wird eine definierte negative Ladung auf die Tropfen gebracht, die verhindert, daß die Tropfen 26 koaleszieren und ein Sammeln der Tropfen 26 bzw. der Partikel 28 an der Anode 23b möglich ist.FIG. 6 shows a microfluidic reactor according to the first embodiment, to whose distributor module 6 cathodes 23a and in the area of the reaction module 17 an anode 23b are attached. The field lines 36 are drawn as broken lines from the cathodes 23a to the anode 23b. In the exemplary embodiment, negative charges migrate in the fluid B having electrolytic properties from the cathode 23a to the location of the drops 26 in the drop formation channel 5. This brings a defined negative charge onto the drops, which prevents the drops 26 from coalescing and entering Collecting the drops 26 or the particles 28 at the anode 23b is possible.
Im Bereich des Reaktionsmoduls 17 ist zur Bildung der Partikel 28 mittels Polymerisation eine Lichtquelle 20 vorhanden.A light source 20 is present in the area of the reaction module 17 to form the particles 28 by means of polymerization.
Die Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines mikrofluidischen Reaktors gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei befindet sich das Fluid B mittig in dem Fokussierungsmodul 1 bzw. dem Tropfenbildungskanal 5, umgeben von dem Fluid A. In Strömungsrichtung 2 versetzt ist die Umfangswand 12 des Fokussierungsmoduls 1 mit Einlaßöffnungen 13 versehen, die eine sukzessive Zuführung des Fluids A in das Fokussierungsmodul 1 erlauben. Abweichend von der ersten Ausführungsform ist die Öffhungsweite 11 des Fokussierungsmoduls 1 identisch mit der Öffhungsweite 10 des Tropfenbildungskanals 5. Die Verringerung des Strömungsquerschnitts 25 des Fluids B erfolgt ohne geometrische Veränderung des mikrofluidischen Reaktors allein aus der Zuführung des Fluids A.FIG. 7 shows a schematic illustration of a microfluidic reactor according to a second embodiment. The fluid B is located in the center of the focusing module 1 or the droplet formation channel 5, surrounded by the fluid A. Offset in the direction of flow 2, the peripheral wall 12 of the focusing module 1 is provided with inlet openings 13, which successively supply the fluid A into the focusing module 1 allow. Different from the first embodiment the opening width 11 of the focusing module 1 is identical to the opening width 10 of the droplet formation channel 5. The flow cross-section 25 of the fluid B is reduced without a geometric change in the microfluidic reactor solely from the supply of the fluid A.
In Figur 8 ist eine bevorzugte Ausführung des Reaktors gemäß der Figur 7 dargestellt, bei der im Übergangsbereich 38 von Fokussierungsmodul 1 zu dem Tropfenbildungskanal 5 eine teilweise Strömungsumkehr 37 des Fluids A stattfindet, wobei ein Teil des Fluids A in den durch Trennstrukturen 14 abgetrennten Rückstromkanal 15 zurückfließt und erneut durch die Einlaßöffnungen 13 in das Fokussierungsmodul 1 strömt. Mit Hilfe dieser konstruktiven Ausgestaltung kann die benötigte Menge des Fluids A minimiert werden.FIG. 8 shows a preferred embodiment of the reactor according to FIG. 7, in which a partial flow reversal 37 of the fluid A takes place in the transition area 38 from the focusing module 1 to the drop formation channel 5, part of the fluid A in the return flow channel 15 separated by separating structures 14 flows back and flows again through the inlet openings 13 into the focusing module 1. With the help of this design, the required amount of fluid A can be minimized.
Die Figur 9 stellt die zweite Ausführungsform des mikrofluidischen Reaktors dar, in welcher in Strömungsrichtung 2 hinter den Einlaßöffnungen 13 des Fluids A in der Umfangswand 12 des Fokussierungsmoduls 1 beidseitig ein ' Zugang 35 für das Zufügen eines Steuerfluids X ausgebildet ist. Das Steuerfluid X ermöglicht eine Einflußnahme auf die Position der Bildung der Tropfen 26 in dem Tropfenbildungskanal 5. Figure 9 illustrates the second embodiment of the microfluidic reactor in which in the flow direction 2, an 'access 35 is formed for the addition of a control fluid X both sides behind the inlet ports 13 of the fluid A in the peripheral wall 12 of the focusing module. 1 The control fluid X enables the position of the formation of the drops 26 in the drop formation channel 5 to be influenced.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
A Erstes FluidA First fluid
B Zweites FluidB Second fluid
C Drittes FluidC Third fluid
X SteuerfluidX control fluid
1 Fokussierungsmodul1 focusing module
2 Strömungsrichtung2 flow direction
3 Einlaß trichter3 inlet funnels
4 Öffnungskleines Ende Einlaßtrichter4 opening small end inlet funnel
5 Tropfenbildungskanal5 drop formation channel
6 Verteilermodul6 distribution module
7 Auslaßkanal Fluid A7 outlet channel fluid A
8 Auslaßkanal Fluid B8 outlet channel fluid B
9 Öffnungsweite Auslaßkanal Fluid B9 Opening width of outlet channel Fluid B
10 Öffhungsweite Tropfenbildungskanal10 opening width drop formation channel
11 Öffnungsweite Fokussierungsmodul11 Focus module opening width
12 Umfangswand Fokussierungsmodul12 peripheral wall focusing module
13 Einlaßöffnungen für Fluid A13 inlet openings for fluid A
14 Trennstrukturen14 separation structures
15 Rückstromkanal15 reverse flow channel
16 Strömungsquerschnitt Fluid B, erste Ausführungsform16 Flow cross section fluid B, first embodiment
17 Reaktionsmodul17 reaction module
18 Einlaßöffnung Reationsmodul 9 Wärmemquelle 0 Lichtquelle 1 Magnetspule 2 Laser 3a Kathode 3b Anode 4 Magnetfeld Strömungsquerschnitt, Fluid B, zweite Ausführungsform Tropfen Querschnittsverkleinerung Partikel Wirbelzone bzw. Totwasserzone Trichterwand umfangsseitiges Ende, Trichterwand Umfangswand, Reaktionsmodul Kern Hülle Zugang, Steuerfluid X Feldlinien, elektrisches Feld Strömungsumkehr Übergangsbereich, Fokussierungsmodul / Tropfenbildungskanal 18 Inlet opening reaction module 9 heat source 0 light source 1 magnetic coil 2 laser 3a cathode 3b anode 4 magnetic field Flow cross-section, fluid B, second embodiment drop cross-section reduction particles vortex zone or dead water zone funnel wall circumferential end, funnel wall circumferential wall, reaction module core-shell access, control fluid X field lines, electric field flow reversal transition area, focusing module / drop formation channel

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Erzeugen monodisperser Nanotropfen, bei dem in ein kontinuierlich strömendes erstes Fluid A ein nicht mischbares zweites Fluid B aufgegeben wird, bei dem das Fluid B von dem Fluid A umgeben und bei dem der Strömungsquerschnitt (16, 25) des Fluids B in Strömungsrichtung (2) in der Art verjüngt wird, daß das Fluid B aufgrund seiner hydrodynamischen Instabilität in einzelne Tropfen (26) zerfällt.1. A method for producing monodisperse nanodroplets, in which an immiscible second fluid B is introduced into a continuously flowing first fluid A, in which the fluid B is surrounded by the fluid A and in which the flow cross section (16, 25) of the fluid B in Flow direction (2) is tapered in such a way that the fluid B breaks down into individual drops (26) due to its hydrodynamic instability.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fluide A, B in einem Fokussierungsmodul (1) durch eine geometrische Querschnittsverkleinerung (27) beschleunigt und einem Tropfenbildungskanal (5) mit konstanter Öffhungsweite (10) zugeführt werden. (Fig. l)2. The method according to claim 1, wherein the fluids A, B in a focusing module (1) accelerated by a geometric cross-sectional reduction (27) and a drop formation channel (5) with a constant opening width (10) are supplied. (Fig. L)
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in einem Fokussierungsmodul (1) einem Fluidstrom B über in Strömungsrichtung (2) verteilt angeordnete Einlaßöffnungen (13) ein Fluid A zugeführt wird. (Fig.7)3. The method according to claim 1, in which a fluid A is supplied in a focusing module (1) to a fluid stream B via inlet openings (13) distributed in the flow direction (2). (Fig.7)
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Fluid A nach Durchströmen des Fokussierungsmoduls (1) in einem Rückstromkanal (15) gegen die Strömungsrichtung zurückgeführt wird. (Fig.8)4. The method according to claim 3, wherein the fluid A is returned after flowing through the focusing module (1) in a return flow channel (15) against the flow direction. (Fig.8)
5. Verfahren nach einen der Ansprüche 1-4, bei dem in das Fluid A über einen Zugang (35) ein Steuerfluid X aufgegeben wird. (Fig.9) 5. The method according to any one of claims 1-4, in which a control fluid X is introduced into the fluid A via an access (35). (Fig.9)
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Fluide A,B über ein Verteilermodul (6) dem Fokussierungsmodul (1) zugeführt werden.6. The method according to any one of claims 2 to 5, wherein the fluids A, B via a distributor module (6) are fed to the focusing module (1).
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem aus dem Verteilermodul (6) mehrere parallel beabstandete Fluidströme B in das Fokussierungsmodul abgegeben werden. (Fig.2, 3, 4)7. The method according to claim 6, in which from the distributor module (6) a plurality of parallel spaced fluid streams B are emitted into the focusing module. (Fig. 2, 3, 4)
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem auf elektrisch leitfähige Fluide A,B eine Kraft mittels einer Magnetspule (21) oder eines Festkörpermagneten ausgeübt wird. (Fig.3)8. The method according to any one of claims 1-7, in which a force is exerted on electrically conductive fluids A, B by means of a magnet coil (21) or a solid-state magnet. (Fig.3)
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, bei dem die Fluide A,B mit einem Laser (22) bestrahlt werden.9. The method according to any one of claims 1-8, wherein the fluids A, B are irradiated with a laser (22).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-9, bei dem dem Fokussierungsmodul (1) ein drittes Fluid C zugefügt wird, wobei das Fluid B hydrodynamisch instabiler als das Fluid C gewählt ist. (Fig.5)10. The method according to any one of claims 2-9, wherein a third fluid C is added to the focusing module (1), wherein the fluid B is chosen hydrodynamically unstable than the fluid C. (Fig.5)
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, bei dem in Fluid A, B eine elektrische Spannung eingeprägt wird, wobei mindestens ein Fluid A, B elektrolytische Eigenschaften besitzt (Fig.6)11. The method according to any one of claims 1-10, in which an electrical voltage is impressed in fluid A, B, at least one fluid A, B having electrolytic properties (FIG. 6)
12. Verfahren zum Erzeugen von Nanopartikeln aus Nanotropfen gemäß dem Verfahren der Ansprüche 1-11, bei dem die Tropfen (26) in einem Reaktionsmodul (17) in Partikel (28) umgewandelt werden.12. A method for producing nanoparticles from nanoprops according to the method of claims 1-11, in which the drops (26) are converted into particles (28) in a reaction module (17).
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Partikel (28) in dem Reaktionsmodul (17) durch Polymerisation erzeugt werden. 13. The method according to claim 12, wherein the particles (28) in the reaction module (17) are generated by polymerization.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem als Fluid B eine Lösung aus Monomeren verwendet wird.14. The method according to claim 13, in which a solution of monomers is used as fluid B.
15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Polymerisation durch Zugabe von Initiatoren induziert wird.15. The method according to claim 13, wherein the polymerization is induced by adding initiators.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-15, bei dem die Polymerisation durch Einbringen von Wärme induziert wird.16. The method according to any one of claims 12-15, wherein the polymerization is induced by the introduction of heat.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-16, bei dem die Polymerisation durch Einbringen von Licht induziert wird.17. The method according to any one of claims 12-16, wherein the polymerization is induced by introducing light.
18. Mikrofluidischer Reaktor zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-17, bei dem in einem ersten kontinuierlichen Fluidstrom eines Fluids A ein zweiter Fluidstrom eines Fluids B eingebracht ist, wobei das Fluid B von Fluid A umgeben ist und die Fluide A, B nicht mischbar sind und bei dem ein Fokussierungsmodul (1) mit einem in Strömungsrichtung (2) zulaufenden Einlaß trichter (3) ausgebildet ist, dem an seinem öffnungskleinen Ende (4) ein Tropfenbildungskanal (5) angeschlossen ist. (Fig. l)18. A microfluidic reactor for performing the method according to any one of claims 1-17, in which a second fluid stream of a fluid B is introduced in a first continuous fluid stream of a fluid A, the fluid B being surrounded by fluid A and the fluids A, B are immiscible and in which a focusing module (1) with an inlet funnel (3) tapering in the direction of flow (2) is formed, to which a drop formation channel (5) is connected at its small opening (4). (Fig. L)
19. Mikrofluidischer Reaktor nach Anspruch 18, bei dem ein Verteilermodul (6) zum Zuführen der Fluide A, B in das Fokussierungsmodul (1) mit einer Vielzahl von Auslaß anälen (7) des Fluids A und Auslaß kanälen (8) des Fluids B ausgebildet ist.19. Microfluidic reactor according to claim 18, wherein a distributor module (6) for supplying the fluids A, B in the focusing module (1) with a plurality of outlet channels (7) of the fluid A and outlet channels (8) of the fluid B are formed is.
20. Mikrofluidischer Reaktor nach Anspruch 19, bei dem die Auslaßkanäle (8) des Fluids B eine Öffhungsweite (9) von 100 nm - 500 μm aufweisen. 20. Microfluidic reactor according to claim 19, wherein the outlet channels (8) of the fluid B have an opening width (9) of 100 nm - 500 microns.
21. Mikrofluidischer Reaktor nach Anspruch 20, bei dem die Auslaß kanäle (8) des Fluids B eine Öffhungsweite (9) von 1 μm bis 100 μ aufweisen.21. A microfluidic reactor according to claim 20, wherein the outlet channels (8) of the fluid B have an opening width (9) of 1 micron to 100 microns.
22. Mikrofluidischer Reaktor nach einem der Ansprüche 18- 21, bei dem der Tropfenbildungskanal (5) die Öffhungsweite (10) des öff ungskleinen Endes (4) des Einlaßtrichters (3) aufweist.22. Microfluidic reactor according to one of claims 18-21, wherein the drop formation channel (5) has the opening width (10) of the small opening end (4) of the inlet funnel (3).
23. Mikrofuidischer Reaktor nach einem der Ansprüche 18 - 22, bei dem im Bereich des Tropfenbildungskanals (5) Zugänge (35) zur Aufgabe eines dritten mit Fluid A mischbaren Steuerfluids X ausgebildet sind.23. Microfuidic reactor according to one of claims 18-22, in which in the area of the drop formation channel (5) accesses (35) are formed for feeding a third control fluid X miscible with fluid A.
24. Mikrofluidischer Reaktor zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-17, bei dem in einem ersten kontinuierlichen Fluidstrom eines Fluids A ein zweiter Fluidstrom eines Fluids B eingebracht ist, wobei das Fluid B vollständig von dem Fluid A umgeben ist und die Fluide A, B nicht mischbar sind und in einem Fokussierungsmodul (1) mit einer im wesentlichen konstanten Öffhungsweite (11) strömen, bei dem in mindestens einer Umfangswand (12) des Fokussierungsmoduls (1) in Strömungsrichtung (2) versetzt Einlaßöffnungen (13) zum Zuführen des Fluids A angeordnet sind, und bei dem an das Fokussierungsmodul (1) ein Tropfenbildungskanal (5) angeschlossen ist.24. A microfluidic reactor for carrying out the method according to one of claims 1-17, in which a second fluid stream of a fluid B is introduced in a first continuous fluid stream of a fluid A, the fluid B being completely surrounded by the fluid A and the fluids A , B are immiscible and flow in a focusing module (1) with a substantially constant opening width (11), in which in at least one peripheral wall (12) of the focusing module (1) in the flow direction (2) offset inlet openings (13) for supplying the Fluids A are arranged, and in which a drop formation channel (5) is connected to the focusing module (1).
25. Mikrofluidischer Reaktor nach Anspruch 24, bei dem das Fokussierungsmodul (1) Trennstrukturen (14) zum Abgrenzen eines Rückstromkanales (15) aufweist. (Fig.8)25. The microfluidic reactor according to claim 24, wherein the focusing module (1) has separating structures (14) for delimiting a return flow channel (15). (Fig.8)
26. Mikrofluidischer Reaktor nach Anspruch 24 oder 25, bei dem in der Umfangswand (12) Zugänge (35) zur Aufgabe eines dritten mit Fluid A mischbaren Steuerfluids X ausgebildet sind. (Fig.9) 26. Microfluidic reactor according to claim 24 or 25, in which in the peripheral wall (12) accesses (35) are formed to feed a third control fluid X miscible with fluid A. (Fig.9)
27. Mikrofluidischer Reaktor nach einem der Ansprüche 18-26 bei dem an den Tropfenbildungskanal (5) in Strömungsrichtung (2) ein Reaktionsmodul (17) angeschlossen ist.27. Microfluidic reactor according to one of claims 18-26 in which a reaction module (17) is connected to the drop formation channel (5) in the flow direction (2).
28. Mikrofluidischer Reaktor nach Anspruch 27, bei dem das Reaktionsmodul (17) mindestens eine Einlaßöffnung (18) aufweist.28. The microfluidic reactor according to claim 27, wherein the reaction module (17) has at least one inlet opening (18).
29. Mikrofluidischer Reaktor nach Anspruch 27, bei dem das Reaktionsmodul (17) eine Wärmequelle (19) umfaßt.29. The microfluidic reactor of claim 27, wherein the reaction module (17) comprises a heat source (19).
30. Mikrofluidischer Reaktor nach Anspruch 27, bei dem das Reaktionsmodul (17) eine Lichtquelle (20) umfaßt.30. The microfluidic reactor of claim 27, wherein the reaction module (17) comprises a light source (20).
31. Mikrofluidischer Reaktor nach einem der Ansprüche 18 - 30, bei dem an dem Fokussierungsmodul (1) eine Magnetspule (21) angeordnet ist.31. Microfluidic reactor according to one of claims 18 - 30, in which a magnet coil (21) is arranged on the focusing module (1).
32. Mikrofluidischer Reaktor nach einem der Ansprüche 18 - 30, bei dem an dem Fokussierungsmodul (1) ein Festkörpermagnet angeordnet ist.32. Microfluidic reactor according to one of claims 18-30, in which a solid-state magnet is arranged on the focusing module (1).
33. Mikrofluidischer Reaktor nach einem der Ansprüche 18 - 32, bei dem an dem Tropfenbildungskanal (5) ein Laser (22) angeordnet ist.33. Microfluidic reactor according to one of claims 18-32, in which a laser (22) is arranged on the drop formation channel (5).
34. Mikrofluidischer Reaktor nach einem der Ansprüche 19 - 33, bei dem jeweils an dem Verteilermodul (6) und dem Reaktionsmodul (17) eine Elektrode (23a, 23b) angebracht ist. 34. Microfluidic reactor according to one of claims 19 - 33, in which an electrode (23a, 23b) is attached to each of the distributor module (6) and the reaction module (17).
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