專利名稱：乳液及其形成技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及乳液和乳液的制備，包括多重乳液和用于制備多重乳液的微 流體系統(tǒng)，以及使用它們的技術(shù)。
背景技術(shù)：
乳液是當(dāng)?shù)谝环N流體分散于通常與第一種流體不混溶或基本不混溶的第二種流 體中時(shí)存在的流體狀態(tài)。普通乳液的實(shí)例是水包油或油包水乳液。多重乳液是由兩種 以上流體形成的乳液，或者兩種或更多種流體以比典型的雙流體乳液更復(fù)雜的方式排列 的乳液。例如，多重乳液可為油包水包油(“o/w/o”)，或者水包油包水(“w/o/ W”)。多重乳液特別受關(guān)注是因?yàn)樗鼈冊谥T如藥物遞送、油漆和涂料、食品飲料、化工 分離以及保健與美容的領(lǐng)域中的當(dāng)前和潛在的應(yīng)用。通常，一個(gè)液滴在另一個(gè)液滴內(nèi)的多重乳液是用兩級乳化技術(shù)制備的，如在混 合過程中施加剪切力以減小在乳化過程中形成的液滴的尺寸。也有使用其他方法如采 用如多孔玻璃膜的膜乳化技術(shù)來制備水包油包水乳液。微流體技術(shù)也已用來制備液滴 中的液滴，其采用包括兩個(gè)或更多個(gè)步驟的過程。例如，參見Link等人在2004年4月 9 日提交的題目為 “Formation and Control of Fluidic Species” 的國際專利申請 No.PCT/ US2004/010903,即在 2004 年 10 月 28 日公開的 WO 2004/091763 ；或者 Stone 等人 在 2003 年6 月 30 日提交的題為 “Method and Apparatus for Fluid Dispersion” 的國際 申請專利NO.PCT/US03/20542，即在2004年1月8日公開的W02004/002627，二者 均通過引用并入本文。同時(shí)參見Anna等人的“FormationofDispersionsusing ‘Flow Focusing，in Microchannels” Appl.Phys丄ett.，82: 364(2003)， 禾Π Okushima 等人 的“ControlledProduction of Monodispersed Emulsions by Two-Step DropletBreakup in Microfluidic Devices ” Langmuir 20 9905-9908 (2004)。在這些實(shí)例的一些中，微流 體裝置中的T型節(jié)點(diǎn)用于先在油相中形成含水液滴，其接著被帶到下游另一個(gè)T-節(jié)點(diǎn) 處，在此含在油相中的含水液滴被引入另一個(gè)含水相。在另一種技術(shù)中，共軸噴射頭可 用于產(chǎn)生包覆液滴，但是這些包覆液滴必須再乳化到連續(xù)相中以形成多重乳液。參見 Loscertales 等人的"Micro/Nano Encapsulation viaElectrified Coaxial Liquid Jets” Science 295 1695(2002) 多重乳液以及可由其制成的產(chǎn)品可用于生產(chǎn)各種各樣用于如食品、涂料、化妝 品、化學(xué)工業(yè)或制藥業(yè)中的產(chǎn)品。提供一致的液滴尺寸、一致的液滴數(shù)、一致的包覆厚 度和/或改進(jìn)的控制的多重乳液的制備方法將使得這些產(chǎn)品的商業(yè)實(shí)現(xiàn)更加可行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般地涉及乳液和乳液的制備，包括多重乳液和產(chǎn)生多重乳液的微流體 系統(tǒng)，以及使用它們的技術(shù)。在某些情況下，本發(fā)明的主題涉及相關(guān)產(chǎn)品，特定問題的 替代方案，和/或一個(gè)或多個(gè)體系和/或制品的多種不同用途。一方面，本發(fā)明涉及制品。在第一套實(shí)施方案中，制品包括多個(gè)外部流體液 滴，其中基本上所有外部流體液滴各自包含兩個(gè)或更多個(gè)第一流體液滴，所述第一流體 液滴又各自包含一個(gè)或多個(gè)第二流體液滴。在某些情況下，多個(gè)第一流體液滴中的每一 個(gè)中包含基本上相同數(shù)目的第二流體液滴。在另一套實(shí)施方案中，制品包括多個(gè)外部流 體液滴。在一些情況下，基本上所有外部流體液滴包含一個(gè)或多個(gè)第一流體液滴，所述 第一流體液滴各自包含兩個(gè)或更多個(gè)第二流體液滴。在又一套實(shí)施方案中，制品包括多個(gè)外部流體液滴，其中基本上所有外部流體 液滴包含一個(gè)或多個(gè)第一流體液滴。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)第一流體液滴 各自包含一個(gè)或多個(gè)第二流體液滴，這樣，外部流體液滴各自包含多于一個(gè)第一流體液 滴和/或多于一個(gè)第二流體液滴。根據(jù)再一個(gè)實(shí)施方案，制品包括多個(gè)流體液滴。在一些情況下，基本上所有流 體液滴內(nèi)都包含多于一個(gè)的流體液滴嵌套級，其中嵌套級定義為各自包含在周圍流體液 滴中的一個(gè)或多個(gè)流體液滴。在一個(gè)實(shí)施方案中，在至少一個(gè)嵌套級中，存在定義為各 自包含在周圍流體液滴中的多于一個(gè)的流體液滴的嵌套級。另一方面，本發(fā)明涉及形成液滴的裝置。根據(jù)一套實(shí)施方案，裝置包括第一導(dǎo) 管、包括端部的第二導(dǎo)管和包括端部的第三導(dǎo)管，其中第二導(dǎo)管的端部界定出開向第一 導(dǎo)管的出口，第三導(dǎo)管的端部界定出開向第二導(dǎo)管的出口。某些情況下，第三導(dǎo)管的出 口不包含在第一導(dǎo)管中。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一導(dǎo)管構(gòu)造和排列成使得流體在包含在 第一導(dǎo)管中的第二導(dǎo)管的至少部分周圍流動(dòng)，并且第二導(dǎo)管構(gòu)造和排列成使得流體在包 含在第二導(dǎo)管中的第三導(dǎo)管的至少部分周圍流動(dòng)。在一套實(shí)施方案中，裝置包括具有第一部分和第二部分的第一導(dǎo)管、包括界定 出口的端部的第二導(dǎo)管，以及包括界定進(jìn)口的端部的第三導(dǎo)管。某些情況下，第二導(dǎo)管 的至少部分設(shè)置在第一和第三導(dǎo)管中，第二導(dǎo)管通過第一導(dǎo)管的第一部分和第三導(dǎo)管的 出口，但是不通過第一導(dǎo)管的第二部分。在一個(gè)實(shí)施方案中，第三導(dǎo)管的至少部分設(shè) 置在第一導(dǎo)管中，并且第三導(dǎo)管通過第一導(dǎo)管的第二部分但是不通過第一導(dǎo)管的第一部 分。在某些情況下，第一、第二和第三導(dǎo)管中的至少一個(gè)具有小于Imm的平均直徑。在另一套實(shí)施方案中，裝置包括具有第一部分和第二部分的第一導(dǎo)管、通過第 一導(dǎo)管的第一部分但不通過第二部分的第二導(dǎo)管，以及通過第一導(dǎo)管的第二部分但不通 過第一部分的第三導(dǎo)管。某些情況下，第二導(dǎo)管包括界定出開向第三導(dǎo)管的出口的端 部，在某些實(shí)施方案中，第一、第二和第三導(dǎo)管中的至少一個(gè)具有小于Imm的平均直 徑。再一方面，本發(fā)明是包裝物質(zhì)的方法。在一套實(shí)施方案中，該方法包括使 物質(zhì)懸浮在第一流體中，使第一流體以被第二流體流包圍的流流動(dòng)，其中第二流體基本 上與第一流體不混溶，引入包圍第二流體流的第三流體流，并且形成第一流體的多重液
8滴，其各自包含在第二流體液滴中，其中所述液滴包含至少一種物質(zhì)。根據(jù)另一套實(shí)施 方案，該方法包括提供多個(gè)各自包含多個(gè)內(nèi)部流體液滴的外部流體液滴，并且使至少 某些外部流體液滴釋放內(nèi)部流體液滴。一方面，本發(fā)明涉及形成液滴的方法。根據(jù)一套實(shí)施方案，該方法包括使第 一流體在第一導(dǎo)管中流動(dòng)；使第二流體在第二導(dǎo)管中流動(dòng)，并將第二流體從第二導(dǎo)管的 界定出口的端部排放到第一導(dǎo)管中的第一流體中；在第一流體中的第二流體液滴在第一 限制區(qū)域內(nèi)形成的條件下，將被第一流體包圍的第二流體推動(dòng)到該限制區(qū)域；將第一流 體攜帶的第二流體液滴從第一限制區(qū)域釋放到具有大于第一限制區(qū)域尺寸的區(qū)域中，從 而形成乳液；使第三流體在第三導(dǎo)管中流動(dòng)；并將乳液從第一導(dǎo)管的界定出口的端部排 放到第三導(dǎo)管中的第三流體中；在乳液在第二限制區(qū)域內(nèi)的第三流體中形成液滴的條件 下，將被第三流體包圍的乳液推動(dòng)到第二限制區(qū)域；以及將第三流體攜帶的乳液液滴從 第二限制區(qū)域釋放到具有大于第二限制區(qū)域尺寸的區(qū)域中，從而形成多重乳液。另一方面，本發(fā)明涉及一個(gè)或多個(gè)本文中描述的實(shí)施方案如多重乳液的制備方 法。另一方面，本發(fā)明涉及使用一個(gè)或多個(gè)本文中描述的實(shí)施方案如多重乳液的方法。結(jié)合附圖考慮，從以下本發(fā)明各種非限制性實(shí)施方案的詳述中本發(fā)明的其他優(yōu) 點(diǎn)和新特征將變得明顯。當(dāng)本說明書與通過引用并入的文件包含沖突和/或不一致的公 開內(nèi)容時(shí)，則以本說明書為準(zhǔn)。如果通過引用并入的兩篇以上的文件相互之間包括沖突 和/或不一致的公開內(nèi)容，則以有效日期在后的文件為準(zhǔn)。


本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案將以實(shí)施例的形式結(jié)合附圖進(jìn)行說明，所述附圖為 示意性的，不擬按比例繪制。在圖中，通常用單一數(shù)字表示所示的每個(gè)相同或幾乎相同 的組成部件。為清楚起見，如果不是為本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明所必須的說明，則并 不標(biāo)識每幅圖中的每個(gè)組成部件，也不示出本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施方案的每個(gè)組成部件。在 圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于制備多重乳液的微流體裝置的示意性說 明；圖2A-2C示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的用于制備多重乳液的另一個(gè)微流 體裝置；圖3A-3B示出了利用本發(fā)明多個(gè)實(shí)施方案制備的多個(gè)多重乳液；圖4A-4C示出了表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案控制液滴形成和嵌套的數(shù)據(jù)；圖5A-5J示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的用于制備多重乳液的又一個(gè)微流 體裝置，以及由這種裝置形成的液滴；圖6A-6E示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的用于制備多重乳液的又一個(gè)微流 體裝置；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的用于制備乳液的微流體裝置；圖8A-8B示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的用于制備乳液的微流體裝置；圖9是由本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制備的乳液的顯微照相；圖10是由本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案制備的乳液的顯微照相；
圖11是表示本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中制備的乳液的布朗運(yùn)動(dòng)的繪圖；和圖12包括(a)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的乳液的顯微照相，和(b)根據(jù)本發(fā) 明另一個(gè)實(shí)施方案的乳液的尺寸分布圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一般地涉及乳液，如多重乳液，和制備乳液的方法和裝置，以及使用它 們的技術(shù)。多重乳液通常描述其中包含一個(gè)或多個(gè)較小液滴的較大液滴，某些情況下， 較小液滴中可包含甚至更小的液滴，依此類推。包括多重乳液在內(nèi)的乳液在某些實(shí)施方 案中可以以一般精確的重復(fù)性來形成，并可調(diào)節(jié)成在單個(gè)外部液滴中以任何希望的嵌套 排列包括任何數(shù)目的內(nèi)部液滴。另外，在本發(fā)明的一些方面，一個(gè)或多個(gè)液滴可受控地 從周圍的液滴中釋放出來?？梢宰C明乳液包括多重乳液在其中有用的領(lǐng)域包括例如食品、飲料、保健和美 容、油漆和涂料、化學(xué)分離，以及藥物和藥物遞送。例如，如下詳述，精確量的藥物、 藥品或其他試劑可以通過設(shè)計(jì)為在特定條件下釋放其內(nèi)容物的外殼封裝。在一些情況 下，細(xì)胞可以包含在液滴里，細(xì)胞可以被儲存和/或遞送。其他可以被儲存和/或遞送 的物質(zhì)包括例如生化物質(zhì)，例如核酸如siRNA、RNAi和DNA、蛋白質(zhì)、肽或酶。可以 引入本發(fā)明乳液內(nèi)的其它物質(zhì)包括但不限于納米顆粒、量子點(diǎn)、香料、蛋白質(zhì)、指示 劑、染料、熒光物質(zhì)、化學(xué)品等。在某些情況下，乳液也可用作反應(yīng)器，例如用于控制 化學(xué)反應(yīng)或用于體外轉(zhuǎn)錄和翻譯，例如用于定向進(jìn)化技術(shù)。在一些實(shí)施方案中，使用本文中所描述的方法和裝置，可以產(chǎn)生一致尺寸和/ 或數(shù)量的液滴，和/或可以產(chǎn)生的外部液滴對內(nèi)部液滴、內(nèi)部液滴對其他內(nèi)部液滴的尺 寸和/或數(shù)目的比率或其他類似比率一致。例如，某些情況下，可預(yù)計(jì)尺寸的液滴可 用于提供特定量的藥物。另外，化合物或藥物的組合可以用乳液液滴儲存、傳遞或遞 送。例如，疏水和親水物質(zhì)可以用單個(gè)多重乳液液滴遞送，因?yàn)樵撘旱伟ㄓH水和疏水 部分。根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案，可以一致地控制這些部分各自的量和濃度，從而可 在多重乳液液滴中提供可預(yù)測且一致比率的兩種或更多種物質(zhì)。本發(fā)明的多個(gè)方面一般地涉及多重乳液，其包括其中包含一個(gè)或多個(gè)較小液滴 的較大液滴，某些情況下，較小液滴中可包含甚至更小的液滴，依此類推。某些情況 下，多重乳液被液體包圍(如懸浮)。依據(jù)特定的應(yīng)用，任何這些液滴可以具有大致相 同的形狀和/或尺寸(即“單分散”)，或者具有不同形狀和/或尺寸。如文中所用， 術(shù)語“流體”通常是指趨于流動(dòng)并適應(yīng)其容器輪廓的物質(zhì)，即液體、氣體、粘彈性流體 等。通常，流體是無法耐受靜態(tài)剪切應(yīng)力的材料，并且當(dāng)施加剪切應(yīng)力時(shí)，流體經(jīng)歷持 續(xù)和永久的變形。流體可以具有允許流動(dòng)的任何合適的粘度。如果存在兩種或更多種的 流體，則每種流體可以獨(dú)立地由本領(lǐng)域技術(shù)人員通過考慮流體之間的關(guān)系從基本上任何 流體(液體、氣體等)中選擇。某些情況下，液滴可以包含在載體流體如液體中。但是 應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明并非僅限于多重乳液。在一些實(shí)施方案中，也可以制備單乳液。文中所用的“液滴”是被第二流體包圍的第一流體的獨(dú)立部分。要注意液滴不 必一定是球形，而是例如可以根據(jù)外部環(huán)境設(shè)定為其它形狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，液滴 具有基本上等于垂直于液滴所在的流體流的通道的最大尺寸的最小截面尺寸。
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在某些情況下，液滴可包含在載體流體中，如流體流內(nèi)。在一套實(shí)施方案中， 如下詳述，用微流體系統(tǒng)產(chǎn)生流體流。某些情況下，液滴將具有均勻的直徑分布，即液 滴具有的直徑分布使得不超過約10%、約5%、約3%、約1%、約0.03%或者約0.01% 的液滴具有的平均直徑大于液滴的平均直徑的約10%、約5%、約3%、約1%、約 0.03%或者約0.01%。產(chǎn)生這種均勻直徑分布的技術(shù)在Link等人于2004年4月9日提交 并在 2004 年 10 月 28 日公開為 W02004/091763 的題為 “Formation and Control ofFluidic Species”的國際專利申請No.PCT/US2004/010903 (通過引用并入此文)中以及在下述其 他文獻(xiàn)中也有公開。流體液滴(多重乳液的情況下在任何嵌套級中)可各自具有基本上相同的形狀 和/或尺寸。通常，單分散液滴具有基本上相同的尺寸。流體液滴的形狀和/或尺寸可 例如通過測量液滴的平均直徑或者其他特征尺寸來測定。多個(gè)或一系列液滴的“平均直 徑”是每個(gè)液滴的平均直徑的算數(shù)平均值。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠測定多個(gè)或一系列液滴 的平均直徑(或其他特征尺寸)，例如使用激光散射、顯微鏡檢測或其他已知技術(shù)。對于 非球形液滴，單個(gè)液滴的平均直徑是與非球形液滴具有相同體積的理想球形的直徑。某 些情況下，一個(gè)液滴(和/或多個(gè)或一系列液滴)的平均直徑可以為例如小于約1毫米、 小于約500微米、小于約200微米、小于約100微米、小于約75微米、小于約50微米、 小于約25微米、小于約10微米或者小于約5微米。在某些情況下，平均直徑也可以為 至少約1微米、至少約2微米、至少約3微米、至少約5微米、至少約10微米、至少約 15微米或者至少約20微米。文中所用術(shù)語“測定” 一般是指物質(zhì)的分析和測量，如定量的或定性的，和/ 或檢測物質(zhì)的存在與否?！皽y定”也可以指分析和測量兩種或更多種物質(zhì)之間的相互作 用，如定量地或定性地，或檢測這種相互作用的存在與否。合適技術(shù)的實(shí)例包括但不限 于光譜法如紅外、吸收、熒光、紫外/可見光，F(xiàn)TIR( “傅立葉變換紅外光譜”)或 者拉曼；重量分析技術(shù)；橢圓光度法；壓電測量；免疫測定；電化學(xué)測量；光學(xué)測量 如光密度測量；圓二色譜；光散射測量，如準(zhǔn)彈性光散射(quasielectric light scattering)； 旋光測定法；折射儀；或濁度測量。本發(fā)明的一個(gè)方面一般地涉及多重乳液，其包括其中包含一個(gè)或多個(gè)較小液滴 的較大流體液滴，某些情況下，較小液滴中可包含甚至更小的液滴，依此類推。如下詳 述，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，可以產(chǎn)生任何數(shù)目的嵌套流體，因此另外的第三、第 四、第五、第六等流體可以加入以在液滴中產(chǎn)生逐漸復(fù)雜的液滴。例如，一個(gè)外部流體 液滴可包含一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)第一流體液滴(即由第一流體組成)，其中 的一些或全部可以包含一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)第二流體液滴(即由第二流體 組成)。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，這些流體中的一些可以相同(例如，第二流體可 具有與外部流體相同的組成)?？梢源嬖谌魏螖?shù)目的嵌套。例如，第二流體液滴可包含 一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)第三流體液滴；可選地，第三流體液滴可包含一個(gè)、 兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)第四流體液滴，依此類推。在每一個(gè)嵌套級(定義為各自包 含在周圍流體液滴內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)流體液滴)中，可以存在任何數(shù)目的流體液滴，例如 對于任何給出的嵌套級，一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多個(gè)流體液滴可包含在周圍的流體液滴中。另外，每個(gè)嵌套級的液滴數(shù)目可以與其他嵌套級的液液滴數(shù)目相互獨(dú)立地控 制。在某些情況下，任何這些液滴可以包含一種或多種物質(zhì)(如分子、細(xì)胞、顆粒等)， 如下所述。例如，物質(zhì)可以包含于液滴嵌套的最內(nèi)部液滴內(nèi)。某些情況下，對于給出的嵌套級，這一級的每個(gè)流體液滴中可包含基本上相同 數(shù)目的內(nèi)部流體液滴；例如，基本上所有的外部流體液滴可包含基本上相同數(shù)目的第 一流體液滴，和/或基本上所有的第一流體液滴中可包含基本上相同數(shù)目的第二流體液 滴，依此類推。應(yīng)該理解，即使液滴看起來基本相同或其中包含基本上相同數(shù)目的液 滴，但不是所有的液滴都必須完全相同。某些情況下，包含在周圍液滴中的液滴的數(shù)目 和/或尺寸可以有較小的變化。因此，某些情況下，至少約75%、至少約80%、至少 約85%、至少約90%、至少約92%、至少約94%、至少約95%、至少約96%、至少 約97%、至少約98%或者至少約99%的多個(gè)外部液滴內(nèi)可各自包含相同數(shù)目的第一流體 液滴，和/或相同數(shù)目的第二流體液滴，以此類推。類似地，在一些實(shí)施方案中，至少 約75%、至少約80%、至少約85%、至少約90%、至少約92%、至少約94%、至少約 95%,至少約96%、至少約97%、至少約98%或者至少約99%的多個(gè)第一液滴中可各自 包含相同數(shù)目的第二流體液滴，以此類推。但是，在一些實(shí)施方案中，多個(gè)外部液滴的每個(gè)中可以不必都包含基本相同數(shù) 目的內(nèi)部流體液滴，而是所述多個(gè)外部液滴的每一個(gè)中都包含兩個(gè)或更多個(gè)第一流體液 滴，所述第一流體液滴中的一些或所有可包含第二流體液滴(可選地，第三流體液滴嵌 套在第二流體液滴內(nèi))，以此類推。例如，多個(gè)外部流體液滴中的至少約75%、至少 約80%、至少約85%、至少約90%、至少約92%、至少約94%、至少約95%、至少約 96%,至少約97%、至少約98%或者至少約99%可各自包含兩個(gè)以上的第一流體液滴， 和/或一個(gè)或多個(gè)第二流體液滴，以此類推。作為非限制性實(shí)例，在一套實(shí)施方案中，可產(chǎn)生三重乳液，即該乳液包含載體 流體，載體流體包含含外部流體的液滴，該液滴中的一些中可包含一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部流體 液滴。圖3示出了其中包含不同數(shù)目的流體液滴的多種三重乳液的顯微照片。某些情況 下，載體流體和內(nèi)部流體可以相同。三重乳液中的流體往往由于疏水性的差異而具有不 同的混溶性。例如，載體流體可以是水溶性的(即可混溶于水)，外部流體是油溶性的 (或不混溶于水)，和內(nèi)部流體是水溶性的。這種排列通常稱作w/o/w多重乳液(“水 /油/水”)。另一種多重乳液可包括油溶性(或不混溶于水)的載體流體，水溶性的外 部流體，和油溶性的內(nèi)部流體。這種類型的多重乳液常稱為o/w/o多重乳液(“油/水 /油”)。應(yīng)注意，以上術(shù)語“油”如本領(lǐng)域已知的僅指通常更加疏水和不混溶于水的 流體。因此，在一些實(shí)施方案中所述油可以是烴，而在其他實(shí)施方案中所述油可以包括 其他疏水流體。更具體地，如文中所用，在產(chǎn)生乳液的溫度和條件下當(dāng)一種流體不溶于另一種 流體中的水平達(dá)到至少10重量％，則這兩種流體相互之間為不混溶或不互溶。例如， 兩種流體可選擇為在形成流體液滴的時(shí)間段內(nèi)為不混溶的。在一些實(shí)施方案中，載體流 體和內(nèi)部流體是相容或可混溶的，而外部流體與載體流體和內(nèi)部流體中的一種或二者不 相容或不混溶。但是，在其他實(shí)施方案中，所有三種流體可以相互不混溶，而在某些情 況下，所有流體不必都是水溶性的。在另一些實(shí)施方案中，如前所述，可加入另外的第四、第五、第六等流體以在液滴中產(chǎn)生逐漸復(fù)雜的液滴；例如，外部液滴可包圍第一流 體，而第一流體包圍第二流體，第二流體又可包圍第三流體，第三流體又可包圍第四流 體，以此類推。另外，流體液滴的每個(gè)嵌套層的物理特性可各自獨(dú)立地控制，例如通過 控制每個(gè)嵌套級的組成來控制。 多重乳液液滴中的流體可以相同或不同。流體可以選擇成使得內(nèi)部液滴相對于 其周圍環(huán)境保持分散。作為非限制性實(shí)例，可以產(chǎn)生的流體液滴是具有外部液滴，所述 外部液滴包含一個(gè)或多個(gè)第一流體液滴，所述第一流體液滴中的一些或全部可包含一個(gè) 或多個(gè)第二流體液滴。某些情況下，外部流體和第二流體可以相同或基本相同；但是在 其他情況下，外部流體、第一流體和第二流體可選擇為基本上互相不混溶。一個(gè)非限制 性的包括三種基本上互相不混溶流體的體系實(shí)例為硅油、礦物油和水溶液(即水或者包 含一種或多種溶于其中和/或懸浮于其中的物質(zhì)的水，例如鹽溶液、鹽水溶液、含顆粒 或細(xì)胞的水的懸浮液等)。另一體系實(shí)例是硅油、氟化烴油和水溶液。再一個(gè)體系實(shí)例 是烴油(如正十六烷)、氟化烴油和水溶液。合適的氟化烴油的非限制性實(shí)例包括十八氟 十氫化萘或1_(1，2，2，3，3，4，4，5，5，6，6_ i氟環(huán)己基)乙醇
權(quán)利要求
1.一種制品，包括多個(gè)外部流體液滴，基本上所有的所述外部流體液滴各自包含兩個(gè)或更多個(gè)第一流 體液滴，所述第一流體液滴各自包含一個(gè)或多個(gè)第二流體液滴，其中所述多個(gè)第一流體 液滴中的每一個(gè)內(nèi)包含基本上相同數(shù)目的第二流體液滴。
2.權(quán)利要求1的制品，其中所述外部流體和第一流體基本上不混溶。
3.權(quán)利要求1的制品，其中所述第一流體和第二流體基本上不混溶。
4.權(quán)利要求1的制品，其中所述外部流體和第三流體是基本上混溶的。
5.權(quán)利要求1的制品，其中基本上所有的所述外部流體液滴各自包含三個(gè)或更多個(gè)第 一流體液滴。
6.權(quán)利要求1的制品，其中基本上所有的所述第一流體液滴各自包含兩個(gè)或更多個(gè)第二流體液滴。
7.權(quán)利要求1的制品，其中基本上所有的所述第一流體液滴各自包含三個(gè)或更多個(gè)第二流體液滴。
8.權(quán)利要求1的制品，其中所述外部流體液滴的至少約90%各自包含兩個(gè)或更多個(gè)第一流體液滴。
9.權(quán)利要求1的制品，其中所述外部流體液滴的至少約90%內(nèi)部各自包含相同數(shù)目 的第一流體液滴。
10.權(quán)利要求1的制品，其中所述多個(gè)第一流體液滴的至少約90%內(nèi)部各自包含相同 數(shù)目的第二流體液滴。
11.權(quán)利要求1的制品，其中所述多個(gè)外部流體液滴具有不超過約Irnm的平均直徑。
12.權(quán)利要求1的制品，其中所述外部流體的粘度基本上等于所述第一流體的粘度。
13.權(quán)利要求1的制品，其中所述外部流體的粘度基本上不同于所述第一流體的粘度。
14.權(quán)利要求1的制品，其中所述第一流體的粘度基本上等于所述第二流體的粘度。
15.權(quán)利要求1的制品，其中所述第一流體的粘度基本上不同于所述第二流體的粘度。
16.權(quán)利要求1的制品，其中所述第二流體液滴的至少一些內(nèi)包含物質(zhì)。
17.權(quán)利要求16的制品，其中所述物質(zhì)選自細(xì)胞、藥物、核酸、蛋白質(zhì)、香料、納米顆粒或量子點(diǎn)。
18.權(quán)利要求16的制品，其中所述第二流體液滴的至少約90%各自包含所述物質(zhì)。
19.權(quán)利要求1的制品，其中基本上所有的所述外部流體液滴基本不混溶于水。
20.權(quán)利要求1的制品，其中基本上所有的所述外部流體液滴基本上混溶于水。
21.權(quán)利要求1的制品，其中基本上所有的所述第一流體液滴基本上不混溶于水。
22.權(quán)利要求1的制品，其中基本上所有的所述第一流體液滴基本上混溶于水。
23.權(quán)利要求1的制品，其中基本上所有的所述第二流體液滴基本上不混溶于水。
24.權(quán)利要求1的制品，其中基本上所有的所述第二流體液滴基本上混溶于水。
25.—種制品，包括多個(gè)外部流體液滴，基本上所有的所述外部流體液滴包含一個(gè)或多個(gè)第一流體液 滴，所述第一流體液滴各自包含兩個(gè)或更多個(gè)第二流體液滴。
26.權(quán)利要求25的制品，其中所述外部流體液滴的至少約90%各自包含兩個(gè)或更多 個(gè)第一流體液滴。
27.權(quán)利要求25的制品，其中所述多個(gè)外部流體液滴的至少約90%內(nèi)部各自包含相 同數(shù)目的第一流體液滴。
28.權(quán)利要求25的制品，其中所述多個(gè)第一流體液滴的至少約90%內(nèi)部各自包含相 同數(shù)目的第二流體液滴。
29.權(quán)利要求25的制品，其中所述多個(gè)外部流體液滴具有不超過約Imm的平均直徑。
30.權(quán)利要求25的制品，其中所述第二流體液滴的至少一些內(nèi)包含物質(zhì)。
31.權(quán)利要求30的制品，其中所述物質(zhì)選自細(xì)胞、藥物、核酸、蛋白質(zhì)、香料、納米 顆?；蛄孔狱c(diǎn)。
32.—種制品，包括多個(gè)外部流體液滴，基本上所有的所述外部流體液滴包含一個(gè)或多個(gè)第一流體液 滴，所述一個(gè)或多個(gè)第一流體液滴各自包含一個(gè)或多個(gè)第二流體液滴，這樣所述外部流 體液滴各自包含多于一個(gè)的第一流體液滴和/或多于一個(gè)的第二流體液滴。
33.權(quán)利要求32的制品，其中所述外部流體液滴各自包含多于一個(gè)的第一流體液滴和 多于一個(gè)的第二流體液滴。
34.權(quán)利要求32的制品，其中所述外部流體液滴的至少約90%各自包含一個(gè)或多個(gè) 第一流體液滴。
35.權(quán)利要求32的制品，其中所述多個(gè)外部流體液滴的至少約90%內(nèi)部各自包含相 同數(shù)目的第一流體液滴。
36.權(quán)利要求32的制品，其中所述多個(gè)第一流體液滴的至少約90%內(nèi)部各自包含相 同數(shù)目的第二流體液滴。
37.權(quán)利要求32的制品，其中所述多個(gè)外部流體液滴具有不超過約Imm的平均直徑。
38.權(quán)利要求32的制品，其中所述第二流體液滴的至少一些內(nèi)包含物質(zhì)。
39.權(quán)利要求38的制品，其中所述物質(zhì)選自細(xì)胞、藥物、核酸、蛋白質(zhì)、香料、納米 顆粒或量子點(diǎn)。
40.—種制品，包括多個(gè)流體液滴，基本上所有的所述流體液滴內(nèi)包含多于一個(gè)的流體液滴嵌套級，其 中嵌套級定義為被各自包含在周圍流體液滴內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)流體液滴，其中在至少一個(gè) 嵌套級中，存在定義為被各自包含在周圍流體液滴內(nèi)的多于一個(gè)流體液滴的嵌套級。
41.一種包裝物質(zhì)的方法，包括 使物質(zhì)懸浮在第一流體中；使第一流體以被第二流體流包圍的流流動(dòng)，所述第二流體與第一流體基本上不混溶；引入包圍第二流體流的第三流體流；并且形成所述第一流體的多個(gè)液滴，其各自包含在第二流體液滴內(nèi)，其中所述液滴包含 至少一種物質(zhì)。
42.權(quán)利要求41的方法，其中所述物質(zhì)選自細(xì)胞、藥物、核酸、蛋白質(zhì)、香料、納米 顆粒和量子點(diǎn)。
43.權(quán)利要求41的方法，還包括使包圍第一流體液滴的第二流體的部分固化。
44.權(quán)利要求41的方法，其中所述物質(zhì)是細(xì)胞。
45.權(quán)利要求44的方法，其中所述第一流體液滴的超過50%包含一個(gè)細(xì)胞。
46.權(quán)利要求44的方法，其中所述第一流體液滴的超過90%包含一個(gè)細(xì)胞。
47.權(quán)利要求44的方法，其中所形成的第一流體液滴的超過50%包含相同數(shù)目的細(xì)胞。
48.權(quán)利要求41的方法，包括使所述第一流體液滴的至少部分固化。
49.一種方法，包括提供多個(gè)各自包含多個(gè)內(nèi)部流體液滴的外部流體液滴；和 使至少一些所述外部流體液滴釋放所述內(nèi)部流體液滴。
50.權(quán)利要求49的方法，其中所述使外部流體液滴釋放內(nèi)部流體液滴的步驟包括對外 部流體液滴施加熱，以至少足以使外部流體液滴釋放內(nèi)部流體液滴。
51.權(quán)利要求50的方法，包括加熱所述外部流體液滴以升溫至少約20°C。
52.權(quán)利要求49的方法，其中所述外部流體和所述內(nèi)部流體基本不混溶。
53.權(quán)利要求49的方法，其中基本上所有的所述外部流體液滴各自包含三個(gè)或更多個(gè) 內(nèi)部流體液滴。
54.權(quán)利要求49的方法，其中所述外部流體液滴的至少約90%各自包含三個(gè)或更多 個(gè)內(nèi)部流體液滴。
55.權(quán)利要求49的方法，其中所述多個(gè)外部流體液滴具有不超過約Imm的平均直徑。
56.權(quán)利要求49的方法，其中所述外部流體的粘度基本上等于所述內(nèi)部流體的粘度。
57.權(quán)利要求49的方法，其中所述外部流體的粘度基本上不同于所述內(nèi)部流體的粘度。
58.權(quán)利要求49的方法，其中所述內(nèi)部流體液滴的至少一些內(nèi)包含物質(zhì)。
59.權(quán)利要求58的方法，其中所述物質(zhì)選自細(xì)胞、藥物、核酸、蛋白質(zhì)、香料、納米 顆?；蛄孔狱c(diǎn)。
60.權(quán)利要求58的方法，其中所述第二流體液滴的至少約90%各自包含所述物質(zhì)。
61.權(quán)利要求49的方法，其中基本上所有的所述外部流體液滴基本上不混溶于水。
62.權(quán)利要求49的方法，其中基本上所有的所述外部流體液滴基本上混溶于水。
63.權(quán)利要求49的方法，其中基本上所有的所述第一流體液滴基本上不混溶于水。
64.權(quán)利要求49的方法，其中基本上所有的所述第一流體液滴基本上混溶于水。
65.—種用于形成液滴的裝置，所述裝置包括 第一導(dǎo)管；包括端部的第二導(dǎo)管，所述端部界定出開向第一導(dǎo)管的出口，所述第二導(dǎo)管包括具 有第一平均截面直徑的第一區(qū)域，和具有不同于第一平均截面直徑的第二平均截面直徑 的第二區(qū)域；包括端部的第三導(dǎo)管，所述端部界定出開向所述第二導(dǎo)管的出口，其中所述第三導(dǎo)管的出口不包括在所述第一導(dǎo)管內(nèi)，其中第一導(dǎo)管構(gòu)造和排列成使得流體在包含在第一導(dǎo)管內(nèi)的第二導(dǎo)管的至少部分周 圍流動(dòng)，并且第二導(dǎo)管構(gòu)造和排列成使得流體在包含在第二導(dǎo)管內(nèi)的第三導(dǎo)管的至少部 分周圍流動(dòng)，以及其中第一導(dǎo)管、第二導(dǎo)管或第三導(dǎo)管的至少一個(gè)具有小于Imm的平均直徑。
66.權(quán)利要求65的裝置，其中所述第二導(dǎo)管包括具有基本上多邊形截面的第一區(qū)域， 和具有基本上圓形截面的第二區(qū)域。
67.權(quán)利要求65的裝置，其中所述第二導(dǎo)管的第一平均截面直徑大于所述第二平均截 面直徑，并且所述第二導(dǎo)管的第一平均截面直徑基本上等于所述第一導(dǎo)管的平均截面直 徑。
68.權(quán)利要求65的裝置，其中所述第二導(dǎo)管和第三導(dǎo)管設(shè)置在所述第一導(dǎo)管的不同部分。
69.權(quán)利要求65的裝置，還包括具有端部的第四導(dǎo)管，所述端部界定出口，所述第四 導(dǎo)管設(shè)置在第三導(dǎo)管中，其中所述第四導(dǎo)管的出口不包括在第二導(dǎo)管內(nèi)。
70.權(quán)利要求65的裝置，其中第三導(dǎo)管包括具有第一平均截面直徑的第一區(qū)域，和具 有不同于第一平均截面直徑的第二平均截面直徑的第二區(qū)域；
71.權(quán)利要求65的裝置，其中所述的三個(gè)導(dǎo)管中的每個(gè)軸向?qū)?zhǔn)。
72.—種用于形成液滴的方法，包括 使第一流體在第一導(dǎo)管中流動(dòng)；使第二流體在第二導(dǎo)管中流動(dòng)，并將第二流體從所述第二導(dǎo)管的端部排放到所述第 一導(dǎo)管中的第一流體中，所述端部界定出口；在其中第一流體中的第二流體液滴在第一限制區(qū)域內(nèi)形成的條件下，將被第一流體 包圍的第二流體推動(dòng)到第一限制區(qū)域；將第一流體中攜帶的第二流體液滴從第一限制區(qū)域釋放到具有大于第一限制區(qū)域的 尺寸的區(qū)域中，從而形成乳液； 使第三流體在第三導(dǎo)管中流動(dòng)；將乳液從第一導(dǎo)管的端部排放到第三導(dǎo)管中的第三流體中，所述端部界定出口 ； 在其中乳液在第二限制區(qū)域內(nèi)的第三流體中形成液滴的條件下，將被第三流體包圍 的乳液推動(dòng)到第二限制區(qū)域；以及將第三流體中攜帶的乳液液滴從第二限制區(qū)域釋放到具有大于第二限制區(qū)域的尺寸 的區(qū)域中，從而形成多重乳液。
73.—種用于形成液滴的裝置，所述裝置包括 包括第一部分和第二部分的第一導(dǎo)管； 包括界定出口的端部的第二導(dǎo)管；以及 包括界定進(jìn)口的端部的第三導(dǎo)管，其中第二導(dǎo)管的至少部分設(shè)置在所述第一導(dǎo)管和第三導(dǎo)管中，第二導(dǎo)管通過所述第 一導(dǎo)管的第一部分和所述第三導(dǎo)管的出口，但不通過所述第一導(dǎo)管的第二部分，其中第三導(dǎo)管的至少部分設(shè)置在第一導(dǎo)管中，所述第三導(dǎo)管通過所述第一導(dǎo)管的第 二部分但不通過所述第一導(dǎo)管的第一部分；和其中第一導(dǎo)管、第二導(dǎo)管或第三導(dǎo)管的至少一個(gè)具有小于Imm的平均直徑。
74.權(quán)利要求73的裝置，其中所述第二導(dǎo)管的至少部分是錐形的。
75.權(quán)利要求73的裝置，其中所述第一導(dǎo)管只允許流體經(jīng)所述第二導(dǎo)管通過其第一部分。
76.權(quán)利要求73的裝置，其中流體在第二導(dǎo)管內(nèi)沿第一方向和在第二導(dǎo)管外的第一導(dǎo) 管中沿相反方向流過所述第一導(dǎo)管的第一部分。
77.—種用于形成液滴的裝置，所述裝置包括 具有第一部分和第二部分的第一導(dǎo)管；第二導(dǎo)管，其通過第一導(dǎo)管的第一部分但不通過第二部分；和 第三導(dǎo)管，其通過第一導(dǎo)管的第二部分但不通過第一部分，其中所述第二導(dǎo)管包括界定出開向第三導(dǎo)管的出口的端部，以及其中所述第一導(dǎo) 管、第二導(dǎo)管和第三導(dǎo)管中的至少一個(gè)具有小于Imm的平均直徑。
78.權(quán)利要求77的裝置，其中所述第二導(dǎo)管的至少部分是錐形的。
79.權(quán)利要求77的裝置，其中所述第一導(dǎo)管只允許流體經(jīng)第二導(dǎo)管流過其第一部分。
80.權(quán)利要求77的裝置，其中流體在第二導(dǎo)管內(nèi)沿第一方向和在第二導(dǎo)管外的第一導(dǎo) 管中沿相反方向流過所述第一導(dǎo)管的第一部分。
全文摘要
本發(fā)明一般地涉及乳液如多重乳液和制備乳液的方法和裝置，以及使用它們的技術(shù)。多重乳液通常描述其中包含一個(gè)或多個(gè)較小液滴的較大液滴，一些情況下，所述較小液滴可包含更小液滴，依此類推。在一些實(shí)施方案中，乳液如多重乳液可以以通常準(zhǔn)確的可重復(fù)性形成，并且可以定制層在單個(gè)外部液滴中以任何期望的嵌套排列包括任何數(shù)目的內(nèi)部液滴。另外，在本發(fā)明的一些方面，可以從周圍液滴可控制地釋放一個(gè)或多個(gè)液滴。
文檔編號B01F17/00GK102014871SQ200880017845
公開日2011年4月13日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·韋茨, 安德魯·S·尤塔達(dá), 岑浩璋, 昂里克·尚塔納赫卡雷拉斯, 禇良銀, 阿爾貝托·費(fèi)爾南德斯-尼夫斯 申請人:哈佛大學(xué)