Войти
Фокусировка потока - это технология, цель которой - получение капель или пузырьков с помощью простых гидродинамических средств. На выходе получается диспергированная жидкость или газ, часто в форме мелкодисперсного аэрозоля или эмульсии. Никакой другой движущей силы не требуется, кроме традиционной откачки, что является ключевым отличием от других сопоставимых технологий, таких как электрораспыление (где требуется электрическое поле ). Как фокусировка потока, так и электроспрей, работая в их наиболее широко используемом режиме, производят высококачественные аэрозоли, состоящие из однородных капель контролируемого размера. Фокусировка потока была изобретена профессором Альфонсо М. Ганан-Кальво в 1994 году, запатентована в 1996 году и впервые опубликована в 1998 году.
Основной принцип состоит из непрерывная фаза жидкость (фокусирующая или оболочковая жидкость), фланкирующая или окружающая дисперсную фазу (сфокусированную или сердцевинную жидкость), чтобы вызвать отрыв капель или пузырьков в непосредственной близости от отверстия через который выдавливаются обе жидкости. Принцип может быть расширен до двух или более; возможно сочетание газов и жидкостей; и, в зависимости от геометрии подающей трубы и отверстий, они могут быть цилиндрическими или плоскими. Как цилиндрическая, так и плоская фокусировка потока привели к множеству разработок (см. Также работы Питера Вальзала).
Поток фокусирующее устройство состоит из камера давления под давлением с непрерывной подачей жидкости фокусировки. Внутри одна или несколько сфокусированных жидкостей вводятся через капилляр, конец которого открывается перед небольшим отверстием, связывая камеру давления с внешней средой. Фокусирующий поток жидкости формирует из мениска жидкости мениск острие, вызывая устойчивую микро- или нанострую, выходящую из камеры через отверстие; размер струи намного меньше выходного отверстия, что исключает любой контакт (который может привести к нежелательному осаждению или реакции). Капиллярная нестабильность разбивает устойчивую струю на однородные капли или пузырьки.
Подающая трубка может состоять из двух или более концентрических игл и различных несмешивающихся жидкостей или газов, которые должны вводиться, что приводит к образованию сложных капель. При надлежащем отверждении такие капли могут привести к получению многослойных микрокапсул с множеством оболочек контролируемой толщины. Фокусировка потока обеспечивает чрезвычайно быстрое и контролируемое производство до миллионов капель в секунду по мере разрушения струи.
Роль тангенциального движения существенна в установлении устойчивой формы мениска при фокусировке потока, как показано на примере простой струи жидкости, окруженной газом. При отсутствии достаточно прочного получается мениск с закругленной вершиной. Как внутренний поток жидкости, так и внешний поток газа будут иметь области застоя вокруг круглой вершины. Напряжение σ / D поверхностного натяжения просто уравновешивается соответствующим скачком давления на границе раздела. Если медленно увеличивать расход жидкости Q, система будет периодически выплевывать избыток жидкости, чтобы восстановить форму равновесия с круглой вершиной. Однако, когда касательное напряжение достаточно велико по сравнению с σ / D, поверхность может деформироваться в устойчивую сужающуюся форму, что обеспечивает непрерывное и плавное ускорение жидкости под совместным воздействием перепада давления ΔP и касательного вязкого напряжения. τs на поверхности жидкости.
Фокусировка потока может применяться в пищевой, медицинской, фармацевтической, косметической, фотографической и экологической промышленности, а также в других потенциальных областях применения. Производство является важной областью: можно упомянуть частицы, меченные красителем, и частицы с множеством ядер. Другие области применения включают проточную цитометрию и микрожидкостные контуры. Контрастный агент, такой как капли и микропузырьки, могут быть получены в микрожидкостном устройстве с фокусировкой потока.
