分叉混合器及其使用和制造方法技术

本文公开了具有流经环形混合元件的分叉流体流的流体混合器。该混合器至少部分地通过迪恩涡流运行。因此，该混合器被称为迪恩涡流分叉混合器(“DVBM”)。DVBM利用迪恩涡流和形成混合器的流体通道的不对称分叉来实现优化微流体混合的目标。可以将公开的DVBM混合器并入本领域技术人员已知的希望在其中混合两种或更多种流体的任何流体(例如微流体)装置中。所公开的混合器可以与本领域技术人员已知的任何流体元件组合，包括注射器、泵、入口、出口、非DVBM混合器、加热器、测定仪、检测器等。

Fork mixer and its use and manufacturing method

A fluid mixer with bifurcated fluid flow through an annular mixing element is disclosed. The mixer runs at least in part by Dean eddy current. Therefore, the mixer is called the Dean vortex fork mixer (\DVBM\). DVBM utilizes Dean eddy current and asymmetric bifurcation of the fluid passage forming the mixer to achieve the goal of optimizing microfluidic mixing. Disclosed DVBM mixers may be incorporated into any fluid (e.g., microfluids) device in which technicians in the art know they wish to mix two or more fluids. The disclosed mixer may be combined with any fluid element known to those skilled in the field, including syringes, pumps, inlets, outlets, non-DVBM mixers, heaters, determinators, detectors, etc.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分叉混合器及其使用和制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年1月6日提交的美国申请No.62/275,630的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术介绍
最近的发展中已经见到用于在工业相关流速(例如，10-12mL/min)下制造纳米粒子的高性能微流体混合器。虽然这些混合器已在药物开发市场中得到广泛采用，但目前使用的混合器难以制造并具有某些性能限制。同时，存在能够以更小体积(在一百微升数量级)工作的混合器的市场。运行现有的混合器所需的高流速，以及体积损失，使得它们不适合这种应用。一种解决方案将是小型化现有的技术，例如具有较小尺寸的交错人字形混合器(SHM)。然而，这种装置将需要<50μm的结构，其使用传统上用于加工注塑工具(大规模生产塑料微流体装置的优选方法)的工具将难以制造。鉴于使传统微流体混合器小型化的固有困难，需要能够实现廉价制造的新混合器设计以继续微流体混合器使用的商业开拓。
技术实现思路
提供此
技术实现思路
来以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的专利技术详述中进一步描述。此
技术实现思路
并非旨在确定要求保护的主题的关键特征，也并非旨在用作帮助确定要求保护的主题的范围。在本文的某些实施方案中公开了作为有效的混合器运行的微流体装置的新构造。在某些实施方案中这些新混合器可使用注塑工具(tooling)制造，其允许廉价且有效地制造这些装置。在一个方面，提供了一种通过迪恩涡流(Deanvortexing)进行运行以至少混合第一液体和第二液体的混合器，该混合器包括通向串联布置的多个环形混合元件的入口通道，其中该多个环形混合元件包括在入口通道下游的第一环形混合元件，以及经由第一颈部区域与所述第一环形混合元件流体连通的第二环形混合元件，并且其中第一环形混合元件限定了在所述入口通道和所述第一颈部区域之间的第一颈部角度。在另一方面，提供了使用本文公开的混合器的方法。在一个实施方案中，该方法包括通过使第一液体和第二液体流过(例如，推动(impelling)其通过或推进(urging)其通过)本文公开的混合器来混合第一液体和第二液体，以产生混合溶液。在另一方面，提供了制造所述混合器的方法。在一个实施方案中，提供了包括使用立铣刀(endmill)形成母模的方法，其中将所述母模构造为形成根据本文公开的实施方案的DVBM混合器。附图说明当结合附图时，通过参考以下专利技术详述，本专利技术的前述方面和许多附带优点将变得更容易且更好理解，其中：图1是根据本文公开的实施方案的混合两种液体的示例性迪恩涡流分叉混合器(DeanVortexBifurcatingMixers，“DVBM”)混合器的显微图。图2-4是根据本文公开的实施方案的DVBM混合器的部分的示意图。图5是根据本文公开的实施方案的示例性DVBM混合器的图示。图6是根据本文公开的实施方案的DVBM混合器的一部分的示意图。图7图示了在各种颈部角度下的示例性DVBM中的测量混合时间。图8图示了示例性和对比DVBM混合器的测量混合时间。图9图示了交错人字形混合器和两个示例性DVBM混合器的粒度和多分散性指数(“PDI”)的比较。图10是混合前DVBM混合器的显微图。这种图像用作图像分析的“模板”。图11是运行中的DVBM混合器的显微图，其中将无色透明液体(clear)和蓝色液体混合以在该图像的最右侧形成黄色液体(即，混合完成)。图12是显示使用霍夫圆变换检测的圆的显微图。图13A-13C是混合器的经处理的模板和数据图像。图14是应用了掩模(Mask)的模板图像。图15是应用了掩模的数据(混合)图像。图16是已计数的像素(countedpixels)为白色的的数据(混合)图像。图17图示了由根据本文公开的实施方案的代表性DVBM产生的脂质体的尺寸和PDI特征。图18图示了由根据本文公开的实施方案的代表性DVBM产生的乳剂包封的治疗粒子的尺寸和PDI特征，以及与其他类似组合物的不含治疗剂的乳液粒子的比较。图19图示了由根据本文公开的实施方案的代表性DVBM产生的聚合物纳米粒子的尺寸和PDI特征。专利技术详述当流体流过弯曲通道时，由于流体在该位置处的向心力和较高的速度(由无滑移边界环境引起)，朝向通道中心的流体被推动向外。这些力的作用引起流体以称为迪恩涡流(Deanvortexing)的形式垂直于通道旋转。本文公开了具有经过环形混合元件的分叉流体流的流体混合器。该混合器至少部分地通过迪恩涡流运行。因此，该混合器被称为迪恩涡流分叉混合器(“DVBM”)。DVBM利用迪恩涡流和形成混合器的流体通道的不对称分叉来实现经优化的微流体混合的目标。可以将公开的DVBM混合器并入本领域技术人员已知的希望在其中混合两种或更多种流体的任何流体(例如微流体)装置中。所公开的混合器可以与本领域技术人员已知的任何流体元件组合，包括注射器、泵、入口、出口、非DVBM混合器、加热器、测定仪(assays)、检测器等。所提供的DVBM混合器包括多个环形混合元件(在本文中也称为“环形混合器”)。如本文所使用的，“环形”是指具有两个“腿(leg)”通道的大致(generally)圆形的结构，所述“腿”通道界定了在所述环形混合器的入口和出口之间的环形的圆周(circumference)。在一些实施方案中，所述环形混合器是圆形的。在另一些实施方案中，所述环形混合器不是完美的圆形且可代替地具有椭圆形或不规则形状。在一个方面，提供了通过迪恩涡流运行以至少混合第一液体和第二液体的混合器，该混合器包括通向串联布置的多个环形混合元件的入口通道，其中该多个环形混合元件包括在入口通道下游的第一环形混合元件，以及经由第一颈部区域与该第一环形混合元件流体连通的第二环形混合元件，并且其中第一环形混合元件限定了在所述入口通道和所述第一颈部区域之间的第一颈部角度。在所述DVBM中，两种(或更多种)流体，例如经由入口通道，从两个(或更多个)分开的入口(每一个入口引入要混合的两种(或更多种)流体中的一种)，进入混合器中。两种流体流入且在一个区域中最初地结合，但之后遇到流动路径中的分叉进入两个不同长度的弯曲通道。这两个弯曲通道在本文中是指环形混合器的“腿”。不同的长度具有不同的阻抗(本文中的阻抗(impedance)被定义为压力/流速(例如，(PSI*min)/mL)。在一个实施方案中，第一个腿与第二个腿相比的阻抗比为约1:1至约10:1。该不平衡导致一个腿中比另一个腿中流进更多的流体。该阻抗的不平衡造成与所述阻抗比非常相近的体积比。因此，在一个实施方案中，第一个腿与第二个腿相比的体积比为约1:1至约10:1。阻抗(或每长度*粘度的阻抗)与装置运行完全无关。如果腿的横截面相同，则通过不同的长度实现不同的阻抗并且发生混合。如果存在真正的1:1阻抗，则体积在腿之间平均分配，但仍然通过迪恩涡流发生混合；然而，在这种情况下，分叉的好处并未得到充分利用。图1中画出了具有一系列四个环形混合器的示例性DVBM。在一个实施方案中，混合器的通道(例如，腿)具有大致均匀的横向横截面积(例如，高度和宽度)。该通道可以使用标准宽度和高度测量来限定。在一个实施方案中，该通道具有约100微米至约500微米的宽度以及约50微米至约200微米的高度。在一个实施方案中，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.被构造为至少混合第一液体和第二液体的混合器，所述混合器包括通向串联布置的多个环形混合元件的入口通道，其中所述多个环形混合元件包括在所述入口通道下游的第一环形混合元件，以及经由第一颈部区域与所述第一环形混合元件流体连通的第二环形混合元件，并且其中所述第一环形混合元件限定了在所述入口通道和所述第一颈部区域之间的第一颈部角度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.06 US 62/275,6301.被构造为至少混合第一液体和第二液体的混合器，所述混合器包括通向串联布置的多个环形混合元件的入口通道，其中所述多个环形混合元件包括在所述入口通道下游的第一环形混合元件，以及经由第一颈部区域与所述第一环形混合元件流体连通的第二环形混合元件，并且其中所述第一环形混合元件限定了在所述入口通道和所述第一颈部区域之间的第一颈部角度。2.如权利要求1所述的混合器，其中所述第一颈部角度为0至180度。3.如权利要求1所述的混合器，其中所述第一颈部区域具有0.05mm或0.05mm以上的长度。4.如权利要求1所述的混合器，其中所述多个混合元件包括具有约20微米至约2mm的流体力学直径的通道。5.如权利要求1所述的混合器，其中所述混合器经确定尺寸并被构造为在小于1000的雷诺数下混合所述第一液体和所述第二液体。6.如权利要求1所述的混合器，其中所述混合器包括两个或更多个并联的混合器，每个混合器具有多个环形混合元件。7.如权利要求1所述的混合器，其中所述第一环形混合元件和所述第二环形混合元件限定为混合对，且其中所述混合器包括多个混合对，且其中每个混合对通过颈部区域以颈部角度进行连接。8.如权利要求1所述的混合器，其中所述第一环形混合元件具有第一长度的第一个腿和第二长度的第二个腿；且其中所述第二环形混合元件具有第三长度的第一个腿和第四长度的第二个腿。9.如权利要求8所述的混合器，其中所述第一长度大于所述第二长度。10.如权利要求8所述的混合器，其中所述第三长度大于所述第四长度。11.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·维尔德，T·利弗，R·J·泰勒，
申请(专利权)人：不列颠哥伦比亚大学，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA