貫通型マイクロチャネル乳化システムの確立

渗透型微通道乳化体系的建立

基本信息

批准号：
03J00122
负责人：
小林功
金额：
$ 2.37万
依托单位：
National Food Research Institute (2005)University of Tsukuba (2003-2004)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

相当直径1〜5μm台の矩形断面の微細貫通孔のアレイ(貫通型マイクロチャネル(MC))が精密加工されたシリコン基板を開発した。この基板を用いて乳化を行ったところ、矩形チャネルから平均液滴径4〜9μm台で変動係数5%台以下の単分散O/W(oil-in-water)型エマルションが安定的に作製され、貫通型MC乳化で作製可能なエマルションの最低液滴径を従来の約30μmから4μm台に微細化することができた。スリット(長辺103μm、短辺11μm、深さ21μm)とチャネル(直径9.5μm、深さ5.6μm)という非対称二層構造の微細貫通孔のアレイ(非対称貫通型MC)が精密加工されたシリコン基板を開発した。この基板を用いて乳化を試みたところ、従来の貫通型MCでは困難であった低粘性油(デカン)を液滴材料とした場合でも平均液滴径約40μm、変動係数2%以下の単分散O/Wエマルションを安定的に作製できた。また、数値流体力学(CFD)を利用して、非対称貫通型MCからの液滴作製シミュレーションを行った。チャネルを通過した分散相(油)はスリット内部で円盤状に膨張した後に基板上部の連続相領域に流れ込み、相当直径35〜38μmの液滴へと自発的に変形することをCFDシミュレーションにより確認できた。非対称貫通型MCを用いた単分散W/O(water-in-oil)エマルションの作製についても検討を行った。シランカップリング剤であるオクタデシルトリエトキシシランを用いて疎水化処理を施した非対称貫通型MC基板を用いた場合に、変動係数3%以下の単分散W/Oエマルションを安定的に作製できた。連続相の粘度の増加に伴って平均液滴径(34〜45μm)が増加する傾向にあることを示したとともに、非対称貫通型MCから単分散W/Oエマルションを作製できる分散相の塩濃度に下限があることも明らかにした。

我们开发了一种硅基板，在其上精密加工出一系列具有矩形截面、当量直径为 1 至 5 μm 的精细通孔（通孔微通道（MC））。使用该基材进行乳化时，从矩形流路We稳定地生成平均液滴直径为4～9μm、变动系数为5%以下的单分散O/W（水包油）乳液。我们能够将渗透MC乳化产生的乳液的最小液滴直径从传统的约30μm减少到约4μm。具有精密加工的精细通孔阵列（非对称通孔MC）的硅基板，具有不对称两层结构：狭缝（长边103μm，短边11μm，深度21μm）和通道（直径9.5μm） µm，深度 5.6 µm）已开发。当我们尝试使用这种基质进行乳化时，我们发现即使使用低粘度油（癸烷）作为液滴材料（这对于传统的渗透性MC来说是困难的），平均液滴直径约为40μm，并且变异系数是单分散的可以稳定地生产变异系数小于2%的O/W乳液。我们还使用计算流体动力学 (CFD) 对非对称穿透 MC 的液滴产生进行了模拟。 CFD模拟证实，通过通道的分散相（油）在狭缝内膨胀成盘状，然后流入基底顶部的连续相区域，并自发转化为当量直径为35至38微米。我们还研究了使用不对称渗透 MC 生产单分散 W/O（油包水）乳液。当使用使用硅烷偶联剂十八烷基三乙氧基硅烷进行疏水化的不对称渗透MC基材时，我们能够稳定地生产变异系数为3%以下的单分散W/O乳液。结果表明，随着连续相粘度的增加，平均液滴直径（34-45 μm）趋于增加，并且分散相的盐浓度允许由不对称渗透MC It制备单分散W/O乳液。还透露有一个下限。