Oferta nr. 24/11
Transkrypt
Oferta nr. 24/11
INSTYTUT CHEMII FIZYCZNEJ POLSKIEJ AKADEMII NAUK Oferta nr. 24/11 Tytuł Urządzenie i sposób do wysokoprzepustowego tworzenia i łączenia kropli na żądanie (Parallel DOD) Pełne Streszczenie Techniki mikroprzepływowe pozwalają tworzyć niezwykle monodyspersyjne emulsje o ściśle kontrolowanych objętościach kropli. Podobnie, pozwalają również tworzyć krople wielokrotne, zawierające zestaw ciekłych rdzeni otoczonych ciekłą koszulką. Techniki tworzenia kropli na żądanie pozwalają tworzyć emulsje o ściśle zaprogramowanym rozkładzie rozmiarów kropli w emulsji oraz o ściśle zadanym rozkładzie architektury kropli wielokrotnych. Dla przykładu, możliwe jest stworzenie emulsji zawierających krople podwójne z rdzeniem zawierającym substancje aktywną oraz koszulką o regulowanej grubości, kontrolującą uwalnianie substancji aktywnej. Możliwe jest stworzenie emulsji o ściśle zadanym rozkładzie grubości koszulek co pozwala kontrolować profil czasowy tempa uwalniania substancji aktywnych w docelowym środowisku. Ponadto, układy objęte zastrzeżeniami we wniosku patentowym pozwalają na tworzenie kropli z dwóch lub więcej różnych płynów, oraz łączenie parami kropli zawierających różne roztwory, mieszanie tych roztworów i prowadzenie reakcji chemicznych wewnątrz kropli w celu podniesienia wydajności i selektywności syntezy. Niniejsze zgłoszenie patentowe obejmuje układy równoległe, tzn. takie, które oferują bardzo dużą przepustowość. Odpowiednie zaprojektowanie sieci kanałów umożliwia rozdzielenie przepływu z jednego kanału na szereg równoległych gałęzi, tak, aby wolumetryczne prędkości przepływu we wszystkich gałęziach były jednakowe. Dzięki takiemu powieleniu przepływu możliwe jest następnie generowanie jednakowych kropel jednocześnie na wielu równoległych złączach. Autorzy zgłoszenia patentowego pokazali eksperymentalnie możliwość zwiększenia w ten sposób częstości generowania kropel o dwa rzędy wielkości, jednak zasadniczo nie ma ograniczenia na dalsze jej zwiększenie poprzez zwiększenie liczby kanałów. Warunkiem równomiernego rozłożenia przepływu na wszystkie gałęzie jest odpowiednie dobranie oporności hydrodynamicznej kanałów. Początkowo przepływ przekierowywany jest do szerokiego i głębokiego zbiornika służącego jako rezerwuar ciśnienia, z którego następnie odchodzą równoległe gałęzie doprowadzające płyn do złącz generujących krople. Istotnym czynnikiem warunkującym stabilność wytwarzania kropel jest odpowiednio duży opór hydrodynamiczny gałęzi wylotowych zawierających już wygenerowane krople. Powinien on być taki, żeby obecność kropel w danej gałęzi nie prowadziła do istotnych względnych zmian w jej oporności. Twórcy Jan Guzowski, Piotr Korczyk, Sławomir Jakieła, Piotr Garstecki Dziedzina Przyrządy - Sterowanie Budowa maszyn - Inne maszyny specjalne Zalety / innowacyjne aspekty Istotnymi zaletami techniki wysokoprzepustowego tworzenia kropel przy pomocy zaworów, będącej przedmiotem zgłoszenia, jest możliwość generowania i) monodyspersyjnych emulsji niezależnie od fluktuacji ciśnienia zasilającego oraz ii) emulsji o wyjątkowo dużej frakcji objętości kropel. Uzyskanie zadanego rozmiaru kropel niezależnie od chwilowej prędkości przepływu fazy kroplowej możliwe jest dzięki zastosowaniu sprzężenia zwrotnego odcinającego przepływ fazy kroplowej dopiero gdy kropla osiąga ona zadaną długość w kanale (detekcja następuje np. przy pomocy kamery). Jednocześnie użycie zaworów umożliwia wygenerowanie dowolnie dużych kropel przy ustalonej objętości fazy ciągłej. Gdy frakcja objętości kropel przekracza ok 74% krople wewnątrz emulsji samoorganizują się w sieć krystaliczną. Tego typu uporządkowane emulsje mogą być następnie użyte do syntezy materiałów porowatych o dobrze zdefiniowanej strukturze oraz zadanych rozmiarach porów oraz połączeń między nimi. W ostatnich latach nastąpił burzliwy rozwój syntezy chemicznej opartej na układach mikroprzepływowych. Jest to spowodowane faktem znacznie lepszej kontroli warunków reakcji dla syntez prowadzonych w reaktorach przepływowych. Takie parametry reakcji jak, równomierny rozkład stężeń reagentów i temperatury w całej objętości mieszaniny reakcyjnej, precyzyjny dobór proporcji reagentów i katalizatorów mają decydujące znaczenie na wydajność i selektywność prowadzonych reakcji. Jednym z najważniejszych problemów jaki pojawia się podczas opracowywania nowych metod syntezy chemicznej jest optymalizacja warunków prowadzenia reakcji. Wymaga ona precyzyjnego doboru stężeń reagentów, temperatury, czasu reakcji, odpowiedniego rozpuszczalnika. Układy mikroprzepływowe doskonale nadają się jako narzędzie do prowadzenia optymalizacji reakcji. Pozwalają na wyjątkowo precyzyjny dobór składu reagentów (katalizatorów) poprzez prostą manipulację wielkością łączonych kropel. Pozwalają na łatwą kontrolę nad czasem i temperaturą reakcji a integracja z układani analitycznymi takimi jak HPLC, UV, IR umożliwia kontrolę wydajności i selektywności. Niewątpliwą zaletą takich układów jest możliwość przeprowadzenia pełnej optymalizacji przy użyciu minimalnych ilości reagentów i rozpuszczalników co prowadzi do wytworzenia bardzo małych ilości odpadów. Słowa kluczowe mikrofluidyka, kropla, napięcie powierzchniowe, wysoka przepustowość, emulsja, automatyzacja, monodyspersyjność, kropla wielokrotna, emulsje wielokrotna, mikroreaktor, równoległe złącza mikroprzepływowe Zastosowanie Wysokoprzepustowe układy kroplowe mogą mieś także zastosowanie do syntez kombinatorycznych prowadzących do otrzymania bibliotek produktów, które mogą być bezpośrednio poddawane testom aktywności w dalszej części układu mikroprzepływowego. Wynalazek objęty zastrzeżeniami w zgłoszeniu patentowym może mieć następujące zastosowania przemysłowe. 1. Wysoko-przepustowe tworzenie emulsji prostych o ściśle zadanych rozkładach rozmiaru kropel. Zastosowania w przemyśle spożywczym i kosmetycznym. 2. Wysoko-przepustowe tworzenie emulsji złożonych o ściśle zadanych rozkładach rozmiarów rdzeni i koszulek. Zastosowania w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym. 3. Urządzenia do prowadzenia specjalistycznych syntez chemicznych w ściśle kontrolowany i bezpieczny sposób, oferujących łatwe skalowanie produkcji. Automatyka, Rozdrabnianie, Kontrolowanie procesów, Chemikalia, Przechowywanie materiałów (ciała stale, gazy, ciecze), Farmaceutyki, Powlekanie, Inżynieria mechaniczna, Hydraulika, Mikro. i Nano.technologie, Farmacja i Leki, Inżynieria biomedyczna Stan zaawansowania etap badania Prawa własności intelektualnej Zgłoszenie patentowe nr P-395775 27.07.2011 - Polska IChF dla Firm ul. Kasprzaka 44/52 01-224 Warszawa TEL: 22 343 33 12 | FAX: 22 343 33 33 [email protected] | NIP: 525-000-87-55