当两种或两种以上的不混溶液体，通常是水或基于水的溶液和一种 疏水的有机液体(例如油)混合以使一种液体在另一种液体中形成微滴 的时候可以产生乳状液。两者中的任一种液体可以在另一种液体中分散。 例如，当油分散在水中的时候，形成的乳化液可被称为水包油 (oil-in-water，o/w)乳化液。相反的情况是油包水(water-in-oil，w/o) 乳化液。例如，当自身含有分散的油滴的水滴分散在一连续油相中的时 候可以形成更复杂的乳化液，诸如双重乳化液(double emulsions)。这 类油包水包油(oil-in-water-in-oil)乳化液可记为o/w/o乳化液。同 理可以形成w/o/w乳化液。
许多乳化液存在的一个问题是，如果它们没有被稳定，例如，通过 添加表面活性剂或乳化剂的方法，它们就容易凝聚，形成一乳状物层， 聚结，最后分成两相。如果在一种或同时在两种不混溶的液体中添加表 面活性剂或乳化剂(有时被称为表面活性剂)，其中的一种液体可以形成 一连续相，而另一种液体可以保持微滴的形式(“分散相或不连续相”)， 该微滴分散在连续相中。当微滴的大小降低到特定值以下时，乳化液的 稳定度可以增加。例如，微滴大小为20微米的典型的o/w乳化液，仅能 短暂的稳定(几小时)，而一微米的乳化液可以被认为是“半永久”稳定 (几个星期或更长)。然而，当为了获得更小的微滴，采用传统的加工工 艺时，乳化系统和工艺的能耗和电能需求会大大的增加，尤其是为了获 得具有非常小的微滴和高产量的高粘性的乳化液时。例如，当使用传统 的加工工艺时，加倍的能量损耗(能量消耗)可以使平均微滴大小降低 仅约25％。可以用剪切力克服界面张力，并依次将较大微滴破碎成较小微 滴。然而，当微滴的大小降低的时候，保持微滴形状所需的界面张力趋 向于增加。能量消耗可以以多种形式发生，例如，它可以是在批处理的 时候，搅拌器克服乳化液的剪切力所需的能量，加热和冷却所需的能量， 和/或给为克服在一连续加工过程诸如一均质器中的压力降提供动力。当 其中的一相在室温下不流动或流动太慢的时候，为了乳化，通常需要加 热。然而，由于连续相的粘度更低以及由此导致的更小的阻力，加热的 乳化液通常稳定性更低。阻力对于阻止或抑制微滴的运动，以及依次聚 结成更大的、通常是不需要的液滴或液滴凝聚体，以及相分层是必需的。 在乳化后，微滴由于浮力易于上升。同样地，需要立即冷却，这也消耗 能量。
许多制备乳化液的现有技术存在的一个问题是，适于制备乳化液产 品的组分范围是受到限制的。例如，许多现有乳化液的一个问题涉及在 配方中具有表面活性剂或乳化剂。这些表面活性剂或乳化剂对于稳定乳 化液是所需的，但是对于许多应用却是不利的。例如，在乳化过程中， 通常希望加热时不产生泡沫或沸腾，然而在某些情况下，当存在表面活 性剂或乳化剂的时候，泡核沸腾或连续相中溶解的空气的气泡形成的启 始温度会较低。沸腾会引起有害的性质变化。气泡会导致膏化(creaming) 和其它不利性质。
具有低表面活性剂或乳化剂浓度或无此类表面活性剂或乳化剂的乳 化液，通常是化妆品工业中的皮肤保健产品所需的。一些表面活性剂或 乳化剂的缺点在于，其易于与皮肤保健产品中的防腐剂相作用，诸如对 羟基苯甲酸(p-hydroxybenzonic acid)的酯。皮肤刺激通常是和表面活 性剂或乳化剂的使用相关的另一个问题。消费者遇到的许多由于使用化 妆品而产生的有害的皮肤反应，可能就与存在表面活性剂或乳化剂有关。 另一个例子涉及当需要防水的时候使用表面活性剂或乳化剂的问题。例 如，由于水溶性的表面活性剂或乳化剂的存在，水性皮肤保健产品例如 遮光剂(sunscreen)的活性成分就不能是防水的。
与许多制药化合物的使用有关的一个问题涉及这样一个事实，即：它 们在水中不溶或难溶并且表面活性剂或乳化剂的使用具有限制。这导致 由于身体对药物的吸收问题使得发现的药物在临床上不能被接受。对于 静脉注射药物和化学疗法或抗癌药物的给药，乳化液配方是个悬而未决 的问题。

本发明，至少在一个具体实施例中，提供了上述一个或多个问题的 解决办法。在一个具体实施例中，与现有技术相比，用相对较低的能耗 制备乳化液是可能的。依照本发明方法制备的乳化液，至少在一个具体 实施例中，具有一带有相对较小的微滴大小和相对均一的微滴大小分布 的分散相。依照本发明方法制备的乳化液，在一个具体实施例中，显示 了高度的稳定性。在一个具体实施例中，依照本发明方法制备的乳化液 具有低表面活性剂或乳化剂浓度，或无此类表面活性剂或乳化剂。依照 本发明方法制备的乳化液，在一个具体实施例中，对于例如皮肤保健产 品，药物组分等是有用的。
本发明涉及一种制备乳化液的方法，包括：让第一液体流经一加工 微通道，该加工微通道具有一带孔部分的壁；让第二液体通过带孔部分 流入该加工微通道中，与第一液体接触形成乳化液，第二液体和第一液 体不混溶，第一液体形成连续相，第二液体形成分散在该连续相中的不 连续相。在一个具体实施例中，第二液体从一个液体通道流经带孔部分。
在一个具体实施例中，在加工微通道和一个热交换器之间，液体通 道和热交换器之间，或加工微通道和液体通道和热交换器之间发生热交 换。热交换器可以用于冷却、加热或同时用于冷却和加热。热交换器可 以包括一个热交换通道、与该加工微通道、液体通道，或加工微通道和 液体通道两者相邻的一个加热部件和/或一个冷却部件。在一个具体实施 例中，热交换器可以不与加工微通道或液体通道相接触或相邻，而可以 远离加工微通道和液体通道两者或其中之一。
在一个具体实施例中，第一液体和第二液体在加工微通道的一个混 合区中相互接触。
在一个具体实施例中，热交换发生在一个热交换器和混合区中的至 少部分加工微通道之间。
在一个具体实施例中，热交换发生在一个热交换器和混合区上游的 至少部分加工微通道之间。
在一个具体实施例中，热交换发生在一个热交换器和混合区下游的 至少部分加工微通道之间。
在一个具体实施例中，乳化液在混合区下游的加工微通道中骤冷 (quench)。
在一个具体实施例中，加工微通道在混合区有一个受限制的横截面。
在一个具体实施例中，加工微通道有隔开的壁，且在每一隔开的壁 内有带孔的部分，第二液体从每一带孔部分流到加工微通道中。在一个 具体实施例中，每一隔开的壁内的带孔部分包含多个孔，其中一个壁的 带孔部分的孔沿正对着另一壁的带孔部分的孔的方向排列。在一个具体 实施例中，每一隔开的壁上的带孔部分包括多个孔，一个隔开的壁上的 带孔部分的至少一些孔被设置成偏离直接和另一壁的带孔部分的孔成一 直线的方向。
在一个具体实施例中，加工微通道在一个乳化液形成单元中，所述 乳化液形成单元包括一个第一加工微通道、一个第二加工微通道和一个 位于第一加工微通道和第二加工微通道之间的液体通道，每一加工微通 道带有一带孔部分的壁，第一液体流经第一加工通道和第二加工通道， 第二液体从液体通道流经和第一液体接触的第一加工微通道的带孔部分 并流经和第一液体接触的第二加工通道的带孔部分。
在一个具体实施例中，加工微通道是圆形的并且位于一个圆形盘和 一个带孔部分之间，所述圆形盘绕其轴转动，第一液体通过带孔部分的 一个中心开口流进加工微通道并流到转动盘上，第二液体从带孔部分流 进加工微通道，并在其中和第一液体接触和混合，形成乳化液，乳化液 在转动盘上径向向外流出。
在一个具体实施例中，第二液体在一个液体通道中流动，液体通道 带有含另一带孔部分的另一壁，该方法还包括：第三液体流经另一带孔 部分，与第二液体接触，形成一液体混合物；液体混合物通过带孔部分 流入加工微通道中，与第一液体接触。
在一个具体实施例中，加工微通道由平行的薄片、板或此类薄片和 板的组合形成。
在一个具体实施例中，该方法在一微通道混合器中操作，该微通道 混合器包括多个加工微通道，该加工微通道包括具有带孔部分的壁和相 邻的液体通道，第二液体从液体通道流经带孔部分，流入和第一液体接 触的加工微通道，加工微通道和液体通道由平行相隔的薄片或板形成， 加工微通道和液体通道彼此相邻并且在交错并行(interleaved side-by-side)的垂直朝向的平面上排列或者在交错的水平朝向的逐个 向上堆叠的(stacked one above another)平面上排列。
在一个具体实施例中，加工微通道包含两个或更多个带孔部分并且 分开的第二液体流经每一带孔部分。在一个具体实施例中，流经每一带 孔部分的分开的第二液体有不同的组分。在一个具体实施例中，流经每 一带孔部分的分开的第二液体具有不同的属性。
在一个具体实施例中，本方法在一个微通道混合器中进行，该微通 道混合器包括至少加工微通道中的两个，而在一个具体实施例中至少大 约加工微通道中的10个，在一个具体实施例中至少大约加工微通道中的 100个，在一个具体实施例中至少大约加工微通道中的1000个。
在一个具体实施例中，该方法在一个微通道混合器中操作，该微通 道混合器包括与至少一个第一液体集流腔(manifold)相连的多个加工 微通道，该第一液体流经至少一个第一液体集流腔到加工微通道中。在 一个具体实施例中，液体通道和加工微通道相邻，并且微通道混合器还 包括至少一个与液体通道相连的第二液体集流腔，所述第二液体流经至 少一个第二液体集流腔至液体通道。在一个具体实施例中，热交换通道 和加工微通道和/或液体通道相邻，微通道混合器还包含至少一个和该热 交换通道相连的热交换集流腔，并且热交换液体通过至少一个热交换集 流腔流到热交换通道中。
在一个具体实施例中，第二液体通过带孔部分从一个液体通道流进 加工微通道，所述加工微通道和液体通道包括同心排列的圆形管道。
在一个具体实施例中，该方法在一个微通道混合器中操作，该微通 道混合器包括多个加工微通道，其中在每一加工微通道中形成分开的乳 化液，在至少两个加工微通道内形成的乳化液彼此不相同。乳化液可以 有不同的组分和/或不同的属性。该混合器可被称为组合合成和筛选 (screening)装置。本发明实施例的一个优点是，它允许在同一时间和 同一仪器上形成和评估多种乳化液产品。这对于筛选多种配方作为潜在 的新产品是有利的。
在一个具体实施例中，涉及在微通道混合器中制备乳化液的方法， 该微通道混合器包括多个并行排列或依次向上堆叠排列的乳化液形成单 元，每一个乳化液形成单元包括一个加工微通道和一个相邻的液体通道， 所述加工微通道和相邻的液体通道具有一共同壁，该共同壁上有一带孔 部分，该带孔部分适于液体从液体通道经过带孔部分流进加工微通道中， 每一加工微通道和液体通道由平行的间隔的薄片、板或此类薄片和板的 组合形成，该方法包括：使第一液体在加工微通道中流动；使第二液体 从液体通道经过带孔部分流进加工微通道；和在加工微通道中混合第一 液体和第二液体，形成乳化液。
在一个具体实施例中，本发明方法可以在第一液体流经加工微通道 产生的一相对较低的压降下操作。在一个具体实施例中，本发明方法可 以在第二液体流经带孔部分流到加工微通道产生的一相对较低的压降下 操作。
附图说明
在附图中，相同的部分和部件具有相同的标记。
图1是一个流程图，显示了本发明方法中使用的乳化液形成单元， 其中第一液体流经一个加工微通道并与第二液体混合，该第二液体从一 个相邻通道通过加工微通道上的带孔部分流进加工微通道中。
图2至6显示了本发明方法所使用的乳化液形成单元的多个实施例 的流程图。
图7是一张示意图，显示了用于流体流经该通道和管道的带有平行 的板布局的矩形通道和圆形管的比较。
图8是多孔不锈钢基片在热处理以前的一张电子扫描显微镜(SEM)图 像。
图9是图8所示的基片在热处理以后的一张电子扫描显微镜(SEM)图 像。
图10是可用于本发明方法中的已修饰的多孔基质的一张电子扫描显 微镜(SEM)图像。
图11是一张带孔薄片的俯视图，该带孔薄片能用于制造本发明方法 所用的加工微通道的带孔部分。
图12是一张带孔薄片或板的俯视图，该带孔薄片或板能用于制造本 发明方法所用的加工微通道的带孔部分。
图13是一张示意图，显示了一相对薄的带孔薄片覆在一相对厚的带 孔薄片或板上，它能用于制造本发明方法所用的加工微通道的带孔部分。
图14是一张示意图，显示了一相对薄的带孔薄片覆在一相对厚的带 孔薄片或板上，它能用于制造本发明方法所用的加工微通道的带孔部分。
图15是另一孔的实施例的示意图，该孔可以用于本发明方法使用的 加工微通道的带孔部分，该孔还带有一部分填充和覆盖其边壁的涂层。
图16-20图示了一个用于操作本发明方法的混合装置。
图21显示了根据本发明方法制备的乳化液的颗粒大小分布曲线，其 中一条曲线是使用单个加工微通道制备的乳化液，另一条曲线是用多个 加工微通道的放大系统制备的乳化液。
图22是本发明方法制备的乳化液的显微镜下的图像。
图23是批乳化方法制备的乳化液的显微镜下的图像。
图24是显示在本发明方法操作中微滴的形成的示意图。
图25是本发明方法的另一实施例的流程图，其中使用了多重分散相 贮器以形成包含多重分散相的乳化液。
图26是实施例1中使用的微通道装置的示意图。
图27是实施例1中使用的微通道装置的另一示意图。
图28是实施例1中使用的乳化系统的流程图。
图29是实施例1中测试的多孔基质的压降相对于流动速率的曲线 图。
图30和31是实施例1中制备的乳化液的显微镜图像。
图32是一双重乳化液的示意图，即，水包油包水(w/o/w)或油包 水包油(o/w/o)乳化液。
图33是一张流程图，显示本发明方法使用的乳化液形成单元的一个 具体实施例，该乳化液形成单元可用于制备双重乳化液。
图34是显示本发明方法中使用的乳化液形成单元的实施例的流程 图，其中多重乳化液配方和/或加工条件可用于在一个装置中制备分开的 和不同的乳化液。

术语“微通道”指的是一通道，它的至少一个内尺寸(例如，宽度、 高度、直径等)达大约50毫米(mm)，在一个实施例中达大约10mm，在 一个实施例中达大约5mm，在一个实施例中达2mm，在一个实施例中达 1mm。在一个具体实施例中，该内尺寸可以在大约0.05到大约50mm的范 围内，在一个实施例中在大约0.05到大约10mm的范围内，在一个实施 例中在大约0.05到大约5mm范围内，在一个实施例中在大约0.05到大 约2mm范围内，在一个实施例中在大约0.05到大约1.5mm范围内，在一 个实施例中在大约0.05到大约1mm范围内，在一个实施例中在大约0.05 到大约0.75mm范围内，在一个实施例中在大约0.05到大约0.5mm范围 内。该内尺寸可以和液体流经微通道的方向垂直。
术语“相邻的”当指一个通道的位置相对另一个通道的位置的时候， 其意思是指一壁隔开两个通道的直接相邻。该壁可以有不同的厚度。然 而，“相邻的”通道不能被可在通道之间干扰热传递的居间通道隔开。
术语“不混溶的”指的是一种液体不能在另一中液体中溶解或仅能 在25℃下每升中达大约可溶1毫升。
术语“水不溶的”指的是一种25℃下在水中不溶的物质，或者在25 ℃下在水中可达大约每升0.1克的浓度。
术语“上游”和“下游”指的是在本发明方法中使用的通道，包括 微通道中的位置，它和液体流经通道的方向有关。例如，在朝某位置流 经通道的一部分液体还未到达的通道中的该位置即为该部分液体的下 游。已经被一部分在通道中流动的液体流经的通道中的某位置即为该部 分液体的上游。由于本发明方法中使用的通道可以是水平、垂直或以某 一倾斜角朝向，术语“上游”和“下游”并不一定指一个垂直的位置。
本发明方法将根据图1最先描述。参见图1，本发明方法可以使用乳 化液形成单元100来执行，该单元包括具有相对侧壁112和114的加工 微通道110，并在侧壁112中有一带孔部分140。该带孔部分140可以被 称为多孔部分或多孔基质。带孔部分140可以包括一带有贯穿其中的孔 144的阵列的薄片或板142。和侧壁112相邻的是液体通道170，它通过 带孔部分140向加工微通道110开启。加工微通道110具有无孔或无多 孔区111和117，和混合区113。无孔区111从加工微通道的入口延伸至 混合区113的入口处。无孔区111处于混合区113的上游。混合区113 和带孔部分140相邻。无孔区117从混合区113的末端延伸至加工微通 道110的出口处。无孔区117是混合区113的下游。和侧壁114相邻的 是热交换通道190。在操作的时候，第一液体流进加工微通道110，如方 向箭头116所示，并经无孔区111流入混合区113。如方向箭头172所示， 第二液体流入液体通道170，并流经带孔部分140，如方向箭头174所示， 进入混合区113。在混合区113中，第二液体和第一液体接触和混合，形 成乳化液。第二液体可以在第一液体中形成非连续相。第一液体可以形 成连续相。乳化液从混合区113流经无孔区117，流出加工微通道110， 如方向箭头118所示。乳化液可以是油包水乳化液或水包油乳化液。可 任选加热或冷却。当需要加热或冷却的时候，热交换流体流经热交换通 道190，如方向箭头192所示，并加热或冷却加工微通道110和液体通道 170中的液体。加热或冷却的程度可以根据加工微通道110和液体通道 170的长度而变化。在加工微通道和液体通道的某些部分，加热或冷却可 以忽略不计或不存在，而在其他部分，加热或冷却的程度可以是适度或 者相对较高。可选地，加热或冷却可以不用热交换流体来实现。例如， 使用一个电加热元件来加热。电加热元件可以用于形成加工微通道110 和/或液体通道170的一个或多个的壁。电加热可被构筑在加工微通道 110和/或液体通道170的一个或多个壁内。冷却可以通过使用非液体冷 却元件来实现。可以沿加工微通道110的长度方向布置多个加热或冷却 区。类似地，可以在沿加工微通道110和/或液体通道170长度方向布置 不同温度的多种加热液体。
除了加工微通道110的侧壁114包括设置在带孔部分140的对面的 锥形部分120之外，图2所示的乳化液形成单元100A和图1所示的乳化 液形成单元是相同的。锥形部分120减小了混合区113内的加工微通道 110的宽度或高度，因而为混合区113中的加工微通道110提供了一个受 限制的横截面。该宽度或高度可以在大约0.001mm至大约5mm的范围内， 在一个具体实施例中，在大约0.01mm至大约2mm的范围内。锥形部分120 的存在提供了一个液体流经混合区113的速度的增长。该流经混合区113 的液体的速度的增加导致施加给流经孔144进入混合区113的第二液体 的剪切力的增加。这有助于第二液体通过孔144流进混合区113。流经与 锥形部分120相邻的加工微通道110的受限制截面部分的液体的速率可 以在大约0.005至大约50m/s的范围内，在一个实施例中在大约0.01至 大约50m/s的范围内。
除了乳化液形成单元100B也包括液体通道170a和带孔部分140a之 外，图3所示的乳化液形成单元100B和图1所示的乳化液形成单元100 相似。液体通道170a位于加工微通道110和热交换通道190之间。带孔 部分140a在侧壁114中形成。液体通道170a通过带孔部分140a向加工 微通道110开启。带孔部分140a可以包含一带有一列穿过其中的孔144a 的薄片或板142a。加工微通道110带有无孔或无多孔区111和117，和 一个混合区113。无孔区111从加工微通道的入口延伸到混合区113的入 口处，且位于混合区113的上游。混合区113与带孔部分140和140a相 邻。无孔区117从混合区113的末端延伸到加工微通道110的出口处。 无孔区117位于混合区113的下游。在操作中，第一液体流进加工微通 道110，如方向箭头116所示，然后通过无孔区111进入混合区113。如 方向箭头172和172a所示，第二液体分别流进液体通道170和170a。如 方向箭头174和174a所示，第二液体分别流经带孔部分140和140a，流 进混合区113。在混合区113中，第二液体与第一液体接触并混合，形成 乳化液。第二液体可以在第一液体中形成非连续相。第一液体可以形成 一连续相。乳化液流经无孔区117，流出加工微通道110，如方向箭头118 所示。该乳化液可以是油包水型乳化液或者是水包油型乳化液。可任选 加热或冷却。当需要加热或冷却的时候，热交换流体流经热交换通道190， 如方向箭头192所示，并加热或冷却加工微通道110和液体通道170和 170a中的液体。加热或冷却的程度可以根据加工微通道和液体通道的长 度而变化。在加工微通道和液体通道的某些部分，加热或冷却可以忽略 不计或不存在，而在其他部分，加热或冷却的程度可以是适度或者相对 较高。
除了图3所示的孔144和144a被设置为直接相对排列，而图4所示 的孔144和144a设置成偏离这种直接相对排列这一点之外，图4所示的 乳化液形成单元100C和图3所示的乳化液形成单元100B相同。图3中， 流经孔144和144a的各第二液体流相互直接撞击，因此提高了第二液体 在第一液体中的分散程度。在另一方面，图4中，通过孔144和144a的 第二液体流相互偏离，因此通过提供在混合区113内的一个旋涡效应提 高了分散程度。
图5所示的乳化液形成单元100D包括加工微通道110和110a，带孔 部分140和140a，液体通道170和热交换通道190。带孔部分140在侧 壁112中形成，而带孔部分140a在侧壁114中形成。带孔部分140和140a 可被称为多孔部分或多孔基质。液体通道170通过带孔部分140和140a 分别向加工微通道110和110a开启。带孔部分140可以包括带有穿过其 中的一列孔144的一薄片或板142。相似地，带孔部分140a可以包括一 带有穿过其中的一列孔144a的一薄片或板142a。加工微通道110和110a 分别具有无孔或无多孔区111和117，和111a和117a，以及混合区113 和113a。无孔区111和111a分别通过加工微通道110和110a的入口延 伸至混合区113和113a的入口。无孔区111和111a分别位于混合区113 和113a的上游。混合区113和113a分别和带孔部分140和140a相邻。 无孔区117和117a分别从混合区113和113a的末端延伸至加工微通道 110和110a的出口。无孔区117和117a分别位于混合区113和113a的 下游。和加工微通道110相邻的是热交换通道190。在操作的时候，第一 液体如方向箭头116和116a所示，分别流进加工微通道110和110a，然 后通过无孔区111和111a进入混合区113和113a。第二液体如方向箭头 172所示，流进液体通道170，然后如方向箭头174和174a所示，分别 流经带孔部分140和140a，进入混合区113和113a。在混合区113和113a 中，第二液体和第一液体接触并混合，形成乳化液。第二液体可以在第 一液体中形成一非连续相。第一液体可以形成一连续相。乳化液分别流 经无孔部分117和117a，然后流出加工微通道110和110a，如方向箭头 118和118a所示。乳化液可以是油包水型乳化液或者是水包油型乳化液。 可任选加热或冷却。当需要加热或冷却的时候，热交换流体流经热交换 通道190，如方向箭头192所示，并加热或冷却通道110、110a和170 中的液体。加热或冷却的程度可以根据加工微通道和液体通道的长度而 变化。在加工微通道110和110a和液体通道170的某些部分，加热或冷 却可以忽略不计或不存在，而在其他部分，加热或冷却的程度可以是适 度或者相对较高。
在一个具体实施例中，乳化液形成单元可以包括一个转动盘且加工 微通道可以呈圆形。该实施例在图6中示出。参照图6，乳化液形成单元 200包括圆形盘202，加工微通道210，带孔部分240和液体通道或容器 270。加工微通道210呈圆形且位于圆形盘202和带孔部分240之间。带 孔部分240可以在一个薄片或板242中包含多个孔244，以允许液体通过 液体通道或容器270流到加工微通道210中。如圆形箭头206所示，圆 形盘202沿轴204转动。轴204可以由一个马达或诸如齿轮的转动转换 装置驱动或与马达或诸如齿轮的转动转换装置相连。如方向箭头216所 示，第一液体通过入口207流到并通过带孔部分240的开口241，并进入 微通道210。第二液体通过入口272流进液体通道270中。在液体通道 270中，第二液体被加压并通过带孔部分240压入加工微通道210中，如 方向箭头274所示。第一液体和第二液体在加工微通道210中相互混合， 形成乳化液。第二液体可以在第一液体中形成一非连续相。第一液体可 以形成一连续相。在加工微通道210中形成的乳化液从加工微通道的中 心向外流出，如方向箭头218所示，并进入乳化液收集器208。乳化液在 箭头218所示的方向上向外的流动受加工微通道210内不同的压力和/或 由盘202的转动引起的离心力的影响。可选地，乳化液可以从乳化液收 集器重新循环到第一液体入口207，如线209所示。圆形盘202和带孔部 分240之间且界定加工微通道210的间隙，可达大约10mm，在一个实施 例中从大约0.05至大约10mm，在一个实施例中从大约0.05至大约5mm， 在一个实施例中从大约0.05至大约2mm，在一个实施例中从大约0.05 至大约1.5mm，在一个实施例中从大约0.05至大约1mm。圆形盘202的 直径可以是任何尺寸，例如，从大约0.5至大约500cm，在一个实施例中 大约从1至大约250cm，在一个实施例中大约从2至大约100cm，在一个 实施例中大约从2至大约50cm。圆形盘202可以以任何速率转动，例如， 大约0.2至大约50,000转每分钟(rpm)，在一个实施例中大约1至大 约5000rpm。可选地，可以在和液体通道或容器270和/或转动盘202相 邻的位置设置热交换通道，以加热或冷却液体。液体通道或容器270的 高度或厚度可以是任何尺寸，例如，大约0.01至大约50mm，而在一个实 施例中大约0.1至大约10mm。通过加工微通道210的液体的流量可以在 大约0.01至大约1000升每分钟(1pm)的范围内，在一个实施例中从0.1 至大约200lpm。通过加工微通道210的液体的流动速率可以在大约0.001 至大约50米每秒(m/s)的范围内，在一个实施例中从0.01至大约10m/s。 通过加工微通道210的液体的雷诺数(Reynolds Number)可以在大约5 至大约50,000的范围内，在一个实施例中大约从10至大约5000。进入 加工微通道210的第一液体的温度可以在从大约0℃至大约200℃的范围 内，在一个实施例中大约20℃至大约100℃。加工微通道210内的压力 可以在大约0.01至大约1000个大气压的范围内，在一个实施例中大约1 至10个大气压。通过液体通道或容器270的第二液体的流量可以在0.001 至大约200ml/s的范围，在一个实施例中大约0.01至大约100ml/s。液 体通道270中的第二液体的温度可以在大约-20℃至大约250℃的范围 内，在一个具体实施例中，大约20℃至大约100℃。液体通道或容器270 中的压力可以在大约0.1至大约1000个大气压，在一个实施例中大约0.2 至大约100个大气压。第二液体流经带孔部分240的压降可以在大约0.01 至大约500个大气压的范围内，在一个实施例中大约0.1至大约100个 大气压。
在一个具体实施例中，本发明方法适于制备双重乳化液。这些双重 乳化液可以用图33所示的乳化液形成单元400制备。在图33中，乳化 液形成单元400位于中心线402和404之间。乳化液形成单元400包括 加工微通道410和液体通道420、430、440和450。液体通道420和430 和加工微通道410相邻。液体通道440和液体通道420相邻，而液体通 道450和液体通道430相邻。包括粗孔带孔部分415的共同壁412隔开 了加工微通道410和液体通道420。包括粗孔带孔部分425的共同壁422 隔开了加工微通道410和液体通道430。带孔部分415和425分别包括孔 416和426。包含孔436的细孔带孔部分435位于液体通道440和液体通 道420之间并分隔液体通道440和液体通道420。包含孔446的细孔带孔 部分445位于液体通道450和液体通道430之间并分隔液体通道450和 液体通道430。粗孔带孔部分415和425内的孔416和426大于细孔带孔 部分435和445内的孔436和446。加工微通道410具有一无孔或无多孔 区411和一个混合区413。无孔区411从加工微通道的入口延伸至混合区 413的入口处。混合区413与带孔部分415和425相邻。可选地，热交换 通道可插入到中心线402和/或404所示的位置，以提供合适的液体加热 或冷却效果。
图33中显示的部分相邻的乳化液形成单元400a位于中心线402下 方。乳化液形成单元400a包括加工微通道410a，粗孔带孔部分415a和 425a，液体通道430a和细孔带孔部分445a。这些和上面讨论的加工微通 道410，粗孔带孔部分415和425，液体通道430和细孔带孔部分445是 相同的。同样，部分另一相邻的乳化液形成单元400b位于图33中的中 心线404上方。乳化液形成单元400b包括细孔带孔部分435b和液体通 道420b。这些和上面讨论的细孔带孔部分435和液体通道420是一样的。 图33中包括乳化液形成单元400a和400b的部分，显示了当依据本发明 方法在微通道混合器中使用的时候，乳化液形成单元400的重复特性。
在操作中，参见图33，第一液体进入加工微通道410，如箭头414 所示，并流经无孔区411，流进混合区413。第二液体分别进入液体通道 420和430，如箭头423和433所示。第三液体分别进入液体通道440和 450，如箭头442和452所示。第三液体从液体通道440流经带孔部分435 流进液体通道420，并在其中和第二液体混合，形成另一乳化液。同样， 第三液体从液体通道450流过带孔部分445进入液体通道430，并在其中 和第二液体混合，形成另一乳化液。第三液体形成一非连续相，而第二 液体在另一于液体通道420和430中形成的乳化液中形成一连续相。在 液体通道420和430中形成的另一乳化液分别流经带孔部分415和425， 进入混合区413，并在其中与第一液体混合。在混合区413中，作为第一 液体中的非连续相，该另一乳化液被分散，第一液体是连续相的形态。 在混合区413中形成的乳化液是一种双重乳化液。在该双重乳化液中， 至少一部分第三液体可以在第二液体的微滴中被封装(encapsulated)。 胶囊微滴在连续相形式的第一液体中作为一个非连续相分散。双重乳化 液从加工微通道410流出，如箭头418所示。
在一个具体实施例中，多重乳化液配方和/或工艺条件可以用于在一 单个微通道混合器中产生不同的乳化液。例如，一单个微通道混合器可 以应用于两个或更多加工微通道和相关的液体通道和热交换通道，以用 于在一单个微通道混合器中制备二、三、四、五、六、七、八、九、十、 几十、几百、几千、几万、几十万等不同种类的乳化液。这类混合器可 被称为一个组合合成装置，如图34所示，其中也图示了乳化液形成单元 500。乳化液形成单元500采用了四个加工微通道，因而可以产生达4种 不同的乳化液。乳化液形成单元500可以以任何需要的次数重复，例如， 二、三、四、五、六、七、八、九、十、几十、几百、几千、几万等， 以提供上述多种不同乳化液的可能性。乳化液形成单元500包括加工微 通道510、520、530和540，液体通道550和560，和热交换通道570和 580。带孔部分511在侧壁512中形成。带孔部分521在侧壁522中形成。 带孔部分531在侧壁532中形成。带孔部分541在侧壁542中形成。孔 513、523、533和543分别在带孔部分511、521、531和541中并分别贯 穿这些带孔部分。加工微通道510、520、530和540分别包括分别位于 混合部分515、525、535和545上游的无孔部分514、524、534和544。 混合部分515、525、535和545位于分别和带孔部分511、521、531和 541相邻的位置。加工微通道510、520、530和540还分别包括分别位于 混合区515、525、535和545下游位置的无孔部分516、526、536和546。 在操作的时候，第一液体如箭头517、527、537和547所示分别流进加 工微通道510、520、530和540。进入加工微通道510、520、530和540 的第一液体的组分可以相互相同或相互不同。第一液体分别流经无孔部 分514、524、534和544流入混合区515、525、535和545。第二液体如 箭头551和561所示流进液体通道550和560。流进液体通道550的第二 液体可以和流进液体通道560的第二液体相同或者不同。流进液体通道 550的第二液体和流进液体通道560的第二液体的不同之处可以基于组 分或工艺条件、物理属性(例如，粘度、密度、表面张力等)和/或工艺 参数。如方向箭头551所示的进入液体通道550的第二液体，分别流经 带孔部分511和521，如方向箭头552和553所示，分别流进混合区515 和525。在混合区515和525，第二液体和第一液体接触并混合，形成乳 化液。相似地，第二液体流进液体通道560，如方向箭头561所示，然后 分别流经带孔部分531和541，如方向箭头562和563所示，分别流入混 合区535和545。在混合区515、525、535和545中，第二液体和第一液 体接触并混合，形成乳化液。在混合区515、525、535和545中形成的 乳化液可以相同也可不同。如果不同，乳化液之间可在组分和/或物理属 性或工艺参数方面不同(例如，分散和/或连续相的组分、颗粒大小、颗 粒大小分布、粘度、密度、表面张力、温度、压力、流量等)。在每一加 工微通道510、520、530和540中形成的乳化液可以是油包水型乳化液、 水包油型乳化液或其组合。例如，在加工微通道510中形成的乳化液可 以是油包水型乳化液，而在加工微通道520、530和/或540中形成的乳 化液可以是水包油型乳化液，等等。有关哪些乳化液是油包水而哪些乳 化液是水包油的其他组合和变换是可能的。乳化液分别从混合区515、 525、535和545流经无孔部分516、526、536和546，流出加工微通道 510、520、530和540，分别如方向箭头518、528、538和548所示。可 选用热交换通道570和580进行加热或冷却。当需要加热或冷却的时候， 热交换流体流经热交换通道570和580，如方向箭头571和572，和581 和582所示，并加热或冷却通道510、520、530、540、550和560中的 液体。加热或冷却的程度可以依据每一通道的长度而变化。在加工通道 和/或液体通道的某些部分，加热或冷却可以忽略不计或不存在，而在其 他部分，加热或冷却的程度可以是适度或者相对较高。本发明的该实施 例的一个优点是，它可以提供使用同样的装置同时形成和评估多种产品 乳化液。当需要筛选多种配方作为潜在新产品的时候，这种方法是有利 的。
尽管在图1-6、33和34中，仅完全图示了一种乳化液形成单元，但 实际上用于进行本发明方法的微通道混合器内所采用的乳化液形成单元 的数目没有上限。例如，可以使用一个、两个、三个、四个、五个、六 个、七个、八个、九个、十个、二十个、五十个、一百个、几百个、一 千个、几千个、一万个、几万个、十万个、几十万个、几百万个等的上 述乳化液形成单元。在一个具体实施例中，每一个乳化液形成单元均可 设集流腔。集流腔可以受将大型管道系统、管道系统和管道连接至每一 单元的影响。可选地，许多乳化液形成单元可以通过在每一单元之间设 置相对相等的压降，在一个含有该乳化液形成单元的微通道混合器中内 部地设集流腔。在另一方面，在每一单元之间的压降可以不相等，因为 一些流动分布不均可能不影响产品质量。在一个具体实施例中，达大约 50％的流动分布不均在使用本发明方法形成乳化液的时候是可以接受的。 加工微通道和关联的液体通道和热交换通道可以并排排列或者逐个往上 堆积。例如，对于乳化液形成单元100和100A，加工微通道110可以在 一个平面上平行排列，液体通道170可以在加工微通道110的一侧的一 个相邻的平面上平行排列，而热交换通道190可以在加工微通道110的 另一侧的另一个平面上平行排列。对于乳化液形成单元100B和100C，例 如，加工微通道110可以在一个平面上平行排列，液体通道170和170a 可以在加工微通道110的各侧的相邻平面上平行排列，而热交换通道190 可以在液体通道170a的相邻的一个平面上平行排列。对于乳化液形成单 元100D，液体通道170可以在一个平面上平行排列，加工微通道110和 110a可以在液体通道170的各侧相邻的平面上平行排列，而热交换通道 190可以在和加工微通道110相邻的平面上平行排列。这些乳化液形成单 元可以具有适当的集管(headers)、脚管(footers)、集流腔、阀门、 管道线(conduit lines)、管道系统、控制机构等，以控制加工液体和 热交换流体的输入和输出，图1-6和33没有显示，但是本领域技术人员 可以提供。例如，在包含乳化液形成单元的微通道混合器的入口和出口 处，可以使用倾斜集管(sloped headers)和脚管，以连接管道线或管 道系统以避免与加工微通道尺寸有关的不必要的压降。微通道混合器内 的乳化液形成单元100D的使用在下文讨论的图16-20中将进一步描述。
在一个具体实施例中，多个乳化液形成单元(100、100A、100B、100C、 100D、400或500)可以逐个向上堆叠，以形成为所需的大容量放大的一 个单元核心。放大的单元可以带有倾斜集管和脚管以作为用于形成乳化 液的液体以及乳化液产品的集流腔。更均一的流量分布也可以通过在加 工或分散相或热交换通道的入口处增设一个孔板或其他带孔区来增强。 支架部分可以用于支持和封闭乳化液形成单元。
每一加工微通道(110，110a，410，510，520，530，540)的横截 面可以是任何形状，例如，正方形、矩形、圆形、环形、椭圆形、梯形 等。加工微通道(110，110a，410，510，520，530，540)可以为管状。 加工微通道(110，110a，410，510，520，530，540)可以由并行排列 或向上叠置的平行的间隔的薄片或板组成。术语“薄片”指的是厚达大 约5mm的壁。术语“板”指的是厚度大约为5mm或更厚的壁。薄片可以 以卷状物的形式提供给用户，而板可以以材料的平片的形式提供给用户。 每一加工微通道(110，110a，410，510，520，530，540)的、与液体 流经加工微通道的方向垂直的内尺寸(例如，高度、宽度或直径)在达 约50mm的范围内，在一个实施例中达大约10mm，在一个实施例中达大约 2mm。这个尺寸可以在大约0.05至大约50mm的范围内，在一个实施例中 大约0.05至大约10mm，在一个实施例中大约0.05至大约5mm，在一个 实施例中大约0.05至大约2mm，在一个实施例中大约0.05至大约1.5mm， 在一个实施例中大约0.05至大约1mm，在一个实施例中大约0.05至大约 0.5mm。另一和液体流经加工微通道的方向垂直的内尺寸(例如，高度或 宽度)可以是任何值，例如，可以在大约0.01至大约100cm的范围内， 在一个实施例中从大约0.01至大约75cm，在一个实施例中从大约0.1 至大约50cm，在一个实施例中从大约0.2至大约25cm。每一加工微通道 (110，110a，410，510，520，530，540)的长度可以是任意值，例如， 在大约0.1cm至大约500cm的范围内，在一个实施例中大约0.1cm至大 约250cm，在一个实施例中大约1cm至大约100cm，在一个实施例中大约 1cm至大约50cm，在一个实施例中大约2cm至大约25cm。
在一个具体实施例中，加工微通道(110，110a，410，510，520， 530，540)可以在混合区(113，113a，413，515，525，535，545)的 上游的其入口处具有一个无孔或无多孔区(111，111a，411，514，524， 534，544)，以提供一个在加工微通道中第一液体流量的平均分布。这对 于当多个加工微通道并行和/或向上叠置排列，以及第一液体流进多个加 工微通道的流动不均一的时候是有用的。这些无孔区(111，111a，411， 514，524，534，544)的设置可以稳定第一液体在到达混合区(113，113a， 413，515，525，535，545)之前的流动。当加工微通道(110，110a， 410，510，520，530，540)具有圆形横截面(即管状几何图形)的时候， 使用无孔区(111，111a，411，514，524，534，544)可以是有利的。 在一个具体实施例中，无孔区(111，111a，411，514，524，534，544) 从加工微通道(110，110a，410，510，520，530，540)的入口处至混 合区(113，113a，413，515，525，535，545)的入口处的长度相对于 无孔区(111，111a，411，514，524，534，544)中的加工微通道(110， 110a，410，510，520，530，540)的最小内尺寸的比值可以从大约0.0001 至大约10000，在一个实施例中大约0.001至大约1000。
液体通道(170，170a，420，430，440，450，550，560)可以是微 通道，尽管其尺寸更大而不能认为它们具有微通道的特征。每一通道的 横截面可以是任何形状，例如，正方形、矩形、圆形、环形、椭圆形、 梯形等。液体通道(170，170a，420，430，440，450，550，560)可以 为管状。液体通道(170，170a，420，430，440，450，550，560)可以 由并行排列或向上叠置的平行的间隔薄片或板组成。每一液体通道可具 有一个与液体流经液体通道的方向垂直的内尺寸(例如，高度、宽度或 直径)，其在达约100mm的范围内，在一个实施例中大约0.05mm至大约 100cm，在一个实施例中大约0.05mm至大约50cm，在一个实施例中大约 0.05mm至大约10cm，在一个实施例中大约0.05mm至大约5cm，在一个实 施例中大约0.05mm至大约10mm，在一个实施例中大约0.05mm至大约5mm， 在一个实施例中大约0.05mm至大约2mm，在一个实施例中大约0.05mm 至大约1mm。另一和液体流经加工微通道的方向垂直的内尺寸(例如，高 度或宽度)可以在大约0.01cm至大约100cm的范围内，在一个实施例中 大约0.01cm至大约75cm，在一个实施例中大约0.1cm至大约50cm，在 一个实施例中大约0.2cm至大约25cm。液体通道(170，170a，420，430， 440，450，550，560)的长度可以是任意值，例如，在大约0.1cm至大 约500cm的范围内，在一个实施例中大约从0.1cm至大约250cm，在一个 实施例中大约从1cm至大约100cm，在一个实施例中大约从1cm至大约 50cm，在一个实施例中大约从2cm至大约25cm。每一加工微通道和下一 相邻液体通道之间或相邻液体通道之间的间隔可以在大约0.05至大约 50mm的范围内，在一个实施例中从大约0.1至大约10mm，在一个实施例 中从大约0.2至大约2mm。
热交换器可以用于冷却、加热或既冷却又加热。热交换器可以包含 一个或多个热交换通道(190，570，580)，电加热元件，电阻加热器和/ 或非液体冷却元件。这些可以和加工微通道、液体通道，或加工微通道 和液体通道两者相邻。在一个具体实施例中，热交换器可以和加工微通 道和/或液体通道不相邻或不接触，而远离加工微通道和液体通道两者或 两者之一。电加热元件、电阻加热器和/或非液体冷却元件可以用于形成 加工微通道(110，110a，210，410，510，520，530，540)和/或液体 通道(170，170a，270，420，430，440，450，560，570)的一个或多 个壁。电加热元件、电阻加热器和/或非液体冷却元件可以装进加工微通 道和/或液体通道的一个或多个壁中。电加热元件和/或电阻加热器可以 是嵌入加工微通道和/或液体通道的壁中的薄片、棒、线、盘或其他形状 的结构。电加热元件和/或电阻加热器可以是以金属薄片或线的形式附在 加工微通道和/或液体通道的壁上。加热和/或冷却可以通过使用珀耳帖 类型(Peltier-type)的电热冷却和/或加热元件来实现。可以在加工微 通道和/或液体通道的长度方向上布置多个加热和/或冷却区域。相似地， 可以在加工微通道和/或液体通道的长度方向上布置多处不同温度的热 交换流体。可以使用冷却的方法骤冷(quench)形成后的乳化液以提高 微滴的稳定性。热交换器可以用来提供在加工微通道和/或液体通道内的 精确的温度控制。
热交换通道(190，570，580)可以是微通道，尽管它们的尺寸更大 而通常不把它们当作微通道。这些通道的每一个都可以具有任意形状的 横截面，例如，正方形、矩形、圆形、环形、椭圆形、梯形等。热交换 通道(190，570，580)可以呈管状。热交换通道(190，570，580)可 以由并行排列或向上叠置的平行的间隔薄片或板组成。每一热交换通道 的和热交换流体流经加工热交换通道的方向垂直的内尺寸，例如，高度、 宽度或直径，可以在达到大约50mm的范围内，在一个实施例中达到大约 10mm，在一个实施例中达到大约2mm。这个尺寸可以在大约0.05至大约 50mm的范围内，在一个实施例中从大约0.05至大约10mm，在一个实施 例中从大约0.05至大约5mm，在一个实施例中从大约0.05至大约2mm， 在一个实施例中从大约0.5至大约1mm。另一垂直于流经热交换通道的热 交换流体的流动方向的内尺寸，例如，高度或宽度，可以是任意值，例 如，在0.01cm至大约100cm范围内，在一个实施例中大约0.01cm至75cm， 在一个实施例中大约0.1cm至50cm，在一个实施例中大约0.2cm至25cm。 热交换通道的长度可以是任意值，例如，在从大约0.1cm至大约500cm 的范围内，在一个实施例中大约0.1cm至大约250cm，在一个实施例中大 约1cm至100cm，在一个实施例中大约1cm至50cm，在一个实施例中大 约2cm至25cm。每一加工微通道或液体通道和下一相邻热交换通道之间 的间隔可以在大约0.05mm至大约50mm的范围内，在一个实施例中从大 约0.1至大约10mm，在一个实施例中从大约0.2至大约2mm。
如图1-5所示的热交换通道190和如图34所示的热交换通道570和 580适合于热交换流体以和流经加工微通道(110，110a，510，520，530， 540)和液体通道(170，170a，550，560)的液体平行和并流的方向流 过通道，如方向箭头所示。可选地，热交换流体可以以和如图1-5和34 所示的方向相反的方向流过热交换通道(190，570，580)，从而和流经 加工微通道(110，110a，510，520，530，540)和液体通道(170，170a， 550，560)的液体流向逆流流动。可选地，热交换通道(190，570，580) 可以朝向相对于加工微通道(110，110a，510，520，530，540)和液体 通道(170，170a，550，560)以规定热交换流体在一个相对于流过加工 微通道(110，110a，510，520，530，540)和液体通道(170，170a， 550，560)的流体流动方向错流的方向上流动。热交换通道(190，570， 580)可以是蛇形结构以提供一个交错流动和并流或逆流的组合。
在一个具体实施例中，加工微通道(110，110a，410，510，520， 530，540)、液体通道(170，170a，420，430，440，450，550，560) 和热交换通道(190，570，580)具有正方形或矩形横截面，并由平行的 间隔薄片或板组成。这些通道可以在垂直方向上间隔平面中并行排列， 或在水平方向上间隔的平面上逐个向上堆叠。这些可以被称为平行板布 局的布局，具有一些优点。例如，和圆形管相比，平行板布局的压降更 小，而在相同的连续相质量流量上的高度或宽度，或直径下，实现了相 同的剪切力。当一个矩形通道的纵横比接近，例如，约为10，即，接近 一个平行的薄片或板的形状的时候，其压降可能仅大约为在相同条件下 圆形通道的50％。具有平行板构型的加工微通道、液体通道和热交换通道 可以易于排列在一个紧凑的装置中进行按比例扩大。同样，与圆形管相 比，每乳化液形成过程单位体积更高的容量可以通过平行板构型来实现。 采用平行板构型的一个优势是，和圆形管相比，这些构型具有更大的液 体/壁材料比，因而更紧凑而具有更高容量或产量的潜力。如图7所示， 在相同的速率(因而，相似的剪切力和微滴大小)和相同的尺寸d、D、L 和W下，可以做一个比较。比较结果是：连续相的流量： Gtube＝DTT/[8(D+d)]Gplate。当D＝d时，Gtube＝0.196Gplate。当d＝D/2时， Gtube＝0.262Gplate。这意味着对于相同的流量/容量和系统容积，管内径必须 增加(1/0.196)0.5＝2.25倍或(1/0.262)0.5＝1.954倍。然而，管直径 的增加导致小的多的剪切力和更大的微滴大小。在这种情况下，存储密 度变得更低，这是因为乳化面积有如下关系：当D＝d时，Atube＝0.39Apiate； 当d＝D/2时，Atube＝0.52Aplate。
在一个具体实施例中，加工微通道(110，110a，410，510，520， 530，540)、液体通道(170，170a，420，430，440，450，550，560) 和可选地热交换通道(190，570，580)可以呈同中心排列的圆形管的形 式。加工微通道和液体通道可以相互相邻，其中一个通道在环形空间内 而另一个通道在中心空间或一个相邻的环形空间内。在一个具体实施例 中，可用于本发明方法的微通道混合器可以包括多个交互间隔同心管状 加工微通道、液体通道和可选地热交换通道，该微通道混合器呈圆柱形。
孔(144，144a，244，416，426，436，446，513，523，533，543) 可以具有允许指示的液体通过带孔部分流动的足够的大小。孔(aperture) 可以被称为小孔(pore)。带孔部分(140，140a，240，415，425，435， 445，511，521，531，541)的厚度可以在从大约0.01至大约50mm的范 围内，在一个实施例中大约0.05至大约10mm，在一个实施例中大约0.1 至大约2mm。孔(144，144a，244，416，426，436，446，513，523，533， 543)的平均直径可以在达约50微米的范围内，在一个实施例中在从大 约0.001至大约50微米的范围内，在一个实施例中在从大约0.05至大 约50微米的范围内，在一个实施例中在从大约0.1至大约50微米的范 围内。在一个具体实施例中，孔的平均直径可以在大约0.5至大约10纳 米(nm)的范围内，在一个实施例中大约1至大约10nm，在一个实施例 中大约5至大约10nm。带孔部分中的孔的数目可以在从大约10至大约5 ×108个孔每平方厘米的范围内，在一个实施例中大约1至大约1×106个 孔每平方厘米。孔可以相互隔离或不相互隔离。所有孔或其一部分在该 带孔部分中可以和其他孔进行流体交换。带孔部分(140，140a，240， 415，425，435，445，511，521，531，541)的厚度和沿液体流经加工 微通道(110，110a，210，410，510，520，530，540)的流动路径方向 的带孔部分的长度之比可以在从大约0.001至大约1的范围内，在一个 实施例中大约0.01至大约1，在一个实施例中大约0.03至大约1，在一 个实施例中大约0.05至大约1，在一个实施例中大约0.08至大约1，在 一个实施例中大约0.1至大约1。带孔部分(140，140a，240，415，425， 435，445，511，521，531，541)可以由能够提供足够的强度和尺寸稳 定性以允许本发明方法操作的任何材料制成。这些材料包括：钢(例如， 不锈钢、碳钢，和类似物)；蒙乃尔合金(monel)；英科耐尔合金(inconel)； 铝；钛；镍；铂；铑；铜；铬；黄铜；任何前述金属的合金；聚合物(例 如热固性树脂)；陶瓷；玻璃；包含一种或多种聚合物(例如热固性树脂) 和玻璃纤维的复合物；石英；硅；多微孔碳，包括碳纳米管或碳分子筛； 沸石；或其两种或更多种物质的组合。孔可以用公知的技术形成，诸如 激光钻孔、微电子机械系统(MEMS)、光刻模造(LIGA)、电发光(electrical sparkling)或电化学蚀刻。孔可以由用于制造结构塑料的技术，诸如挤 出，或成膜，诸如对齐的碳纳米管(CNT)膜形成。孔可以用诸如烧结或 压缩金属性的粉末或颗粒以形成曲折的相互连接的毛细管通道的技术和 造膜(membrane fabrication)技术形成。孔的尺寸可以通过由应用在 孔的内侧壁上涂层以部分填充孔的方法从由任何这些方法形成的大小减 小。选择性涂层也可以形成多孔体外的一薄层，以提供和连续的流动路 径相邻的最小的孔尺寸。最小的平均孔开口可以在从大约一纳米至大约 几百微米的范围内，取决于需要的乳化液微滴大小。孔的尺寸可以通过 热处理减小，也可以通过在孔的内侧壁上形成一个氧化物锈(scale)或 涂层的方法减小。这些技术可以用于部分阻塞孔以减小液体流动的开口 大小。图8和9显示了一个不锈钢多孔基片在热处理前后在同一位置和 相同的放大倍数下的SEM表面结构的比较。图8显示的是热处理前的表 面，图9显示的是热处理后的表面。热处理后的多孔材料的表面的间隙 和开口的大小显著地减小了。开口之间的平均距离相应地增加了。
带孔部分(140，140a，240，415，425，435，445，511，521，531， 541)可以由具有平均孔尺寸在大约0.01至大约200微米范围内的相连 的通道或孔的金属或非金属的多孔材料制成。这些孔可以起孔(144， 144a，244，416，426，436，446，513，523，533，543)的功能。多孔 材料可以由平均孔间距离和平均孔尺寸相似的粉末或微粒制得。当使用 非常小的孔尺寸的时候，孔间距离可以非常小而微滴可以在加工微通道 (110，110a，210，410，510，520，530，540)或液体通道(420，430) 一侧的表面融合，形成多余的更大的微滴。多孔材料可以通过在大约300 ℃至大约1000℃的高温下氧化大约1小时至大约20天的方法进行修饰 (tailored)，或者通过在孔的表面和里面涂一薄的其他材料层的方法修 饰，诸如用溶胶(SOL)涂层法涂布铝或用化学蒸汽沉积法涂布镍，以阻 塞更小的孔，减小更大孔的尺寸，和从而增加孔间距离。同样地，可以 减少或消除微滴的融合以及允许更小微滴的形成。图10显示了一个修饰 的基片或带孔部分的SEM图像。
制备用于具有足够小的微米级的缝隙或孔(144，144a，244，416， 426，436，446，513，523，533，543)以提供具有小于大约一微米的微 滴大小的乳化液的带孔部分(140，140a，240，415，425，435，445， 511，521，531，541)的基片是未解决的问题。其中一个原因在于，在 未处理的常规多孔材料诸如通过压缩和/或烧结的方法由粉末/颗粒制备 的金属多孔基片上具有相对高的表面粗糙度这样一个事实。当一个特定 的标称(nominal)孔尺寸小于一个特定值的时候，这些金属多孔基片的表 面区域通常不具有所需的孔尺寸。虽然大部的多孔材料可能具有特定的 标称孔尺寸，表面区域通常有大得多的尺寸的融合孔或洞的特点。这个 问题可以通过修饰这些基片的方法克服，通过修饰，可以在表面区域产 生所需的孔大小和孔间距离。这可以通过在多孔基片上去除表面层和增 加一层光滑的开口更小的新表面的方法实现。用这些修饰的基片制备的 乳化液内的微滴尺寸可以在不增加基片上的压降的情况下减小。由于直 接研磨或加工多孔表面会破坏表面结构并堵塞孔，多孔结构可以先用一 个液体填充物填充，然后凝固和机械研磨/磨光。然后移除填充物以重新 获得材料的多孔结构。填充物可以是具有低熔点的金属，诸如锌或锡或 诸如环氧树脂的聚合物前体。采用真空可以有助于液体的填充和移除步 骤。研磨/磨光可通过研磨机或磨光粉实现。金属填充物的移除可以通过 熔化和真空抽气或酸蚀刻的方法实现。环氧树脂或其他聚合物可以通过 溶剂溶解或通过在空气中烧掉的方法除去。
参见图11-13，在一个具体实施例中，带孔部分(140，140a，240， 415，425，435，445，511，521，531，541)可以由一个具有相对小的 孔148的相对较薄的薄片146和一含有一列和孔148同心排列或相连的 相对较大的孔152的相对较厚的薄片或板150构成。相对较薄的薄片146 覆在相对较厚的薄片150上面并和它粘结在一起，该相对较薄的薄片146 面朝加工微通道(110，110a，210，410，510，520，530，540)或液体 通道(420，430)的内部，而相对较厚的薄片150面朝液体通道(170， 170a，270，420，430，440，450，550，560)的内部。相对较薄的薄片 146可以用任何适用的操作(例如，扩散粘结)和相对较厚的薄片150 粘结，以提供一个具有增强的机械强度的复合构造154。相对较薄的薄片 146的厚度可以在大约0.001至大约0.5mm的范围内，在一个实施例中大 约0.05至大约0.2mm。相对较小的孔148可以是任何形状，例如，圆形、 三角形或矩形。相对较小的孔148的平均直径可以在大约0.05至大约50 微米的范围内，在一个具体实施例中，大约0.05至大约20微米。相对 较厚薄片或板150的厚度可以在大约0.1至大约5mm的范围内，在一个 实施例中大约0.1至大约2mm的范围内。相对较大的孔152可以是任何 形状，例如，圆形、三角形或矩形。相对较大的孔152的平均直径可以 在大约0.1至大约4000微米的范围内，在一个具体实施例中，从大约1 至大约2000微米，在一个实施例中大约10至大约1000微米。薄片146 内的孔148的列和薄片或板150内的孔152的列可以各包含约2至约 10000个孔每平方厘米，在一个具体实施例中，从大约2至大约1000个 孔每平方厘米。薄片146和薄片或板150可以由任何上述的可用于制造 带孔部分(140，140a，240，415，425，435，445，511，521，531，541) 的材料制成。孔148和152可以以流经该带孔部分的液体开始通过孔152 然后通过孔148的方式同轴排列或相连。让液体流过相对较小的孔148 的相对较短的通道允许液体流经孔148时，与当孔的通道的长度和孔146 和152的组合长度相等时导致的压降相比，取得相对较小的压降。
在图14所示的实施例中，除了还提供了覆盖孔152的相对较薄的薄 片146的凸起部分149外，复合结构154a具有和图13所示的相同的构 造。凸起部分149在相邻通道中提供了增大的局部剪切力。图14中的方 向箭头116和118显示了和孔148相邻的通道中的液体的流动。对于流 经孔148的液体，更大的剪切力导致更小的微滴尺寸。
在图15所示的实施例中，薄层或板142的表面和孔144的内侧壁160 上沉积了一层表面涂层158。该涂层提供了一种减小孔144(或孔144a， 244，416，426，436，446，513，523，533，543)直径的简便方法。用 于形成涂层158的涂层材料可以是铝、镍、金或一种聚合物材料(例如， 特氟纶)。涂层158可以用公知的方法如化学蒸镀、金属喷射、金属电镀、 烧结、溶胶涂层和类似的方法，应用于薄片或板142。孔144(或孔144a， 244，416，426，436，446，513，523，533，543)的直径可以通过控制 涂层158的厚度来控制。
在一个具体实施例中，带孔部分(140，140a，240，415，425，435， 445，511，521，531，541)可以由不均匀多孔材料制成，例如，一种具 有多层烧结颗粒的多孔材料。层的数目可以为2、3或更多。该多层基片 的一个优势在于，它们提供更好的耐久力和粘附力。实施例包括在一侧 具有相对较大的孔而在另一侧具有相对较小的孔的烧结陶瓷。相对较小 的孔的直径在约2至大约10nm的范围内。相对较小孔可以位于多层基片 中的相对较薄的层中。相对较薄的层的厚度在大约1至大约10微米的范 围内。具有相对小的孔的一侧可以设置为面朝连续相流动(即，加工微 通道的内部)，以利用相对较高的剪切力来在相对较小的乳化液微滴形成 的时候去除它们。
乳化液形成单元100、100A、100B、100C或100D可以用于图16至 20所示的微通道混合器300。乳化液形成单元100D在这些附图中得到了 详细的描述。微通道混合器300包括混合核心310、倾斜的第一液体集管 320，倾斜的第二液体集管330、倾斜的乳化液脚管340和可选的热交换 集流腔350。混合核心310可以包含多个向上逐个堆积的乳化液形成单元 100、100A、100B、100C或100D。框架部分302可以用于支撑或密封乳 化液形成单元。第一液体通过导管322进入微通道混合器300，如方向箭 头324所示。第一液体流经集管320并从集管320流进混合核心310中 的加工微通道110和110a。第二液体通过导管332流进集管330，如方 向箭头334所示。第二液体从集管330流进液体通道170。液体通道170 可以是平的、宽的弹夹(cartridge)形状，包含平行的间隔相对壁(112， 112a)内的带孔部分(140，140a)。该弹夹状物可以在维护和替换的时 候移除。第二液体经液体通道170进入并流经带孔部分140和140a，并 分别进入加工微通道110和110a。第一液体和第二液体在加工微通道110 和110a中混合，形成需要的乳化液。乳化液从加工微通道110和110a 流到和通过产物脚管340并从产物脚管340流到和通过导管342，并流出 微通道混合器，如方向箭头344所示。热交换流体流经热交换入口352 进入热交换集流腔350。该热交换流体从热交换集流腔450流经热交换通 道190，并从热交换通道190回到热交换集流腔350，在该处热交换流体 从热交换流体出口354流出。如图18所示，热交换通道190具有蛇形的 布局，该布局提供了一个相对于加工微通道110和110a和液体通道170 中液体流动呈交错流动和抑或同流抑或逆流的热交换流体的流动的组 合。或者，流动路径可以是非蛇形的，即相对于加工微通道110和110a 和/或液体通道170中液体流动呈同流或逆流。
在加工微通道(110，110a，210，410，510，520，530，540)、液 体通道(170，170a，270，420，430，440，450，550，560，570)和热 交换通道(190，570，580)以及其关联的集管、脚管、集流腔等，可以 由任何具有足够强度、体积稳定性、耐腐蚀性和热交换特性以允许本发 明方法操作的任何材料制成。这些材料包括：钢(例如，不锈钢、碳钢， 和类似物)；蒙乃尔合金；英科耐尔合金；铝；钛；镍；铂；铑；铜；铬； 黄铜；任何前述金属的合金；聚合物(例如热固性树脂)；陶瓷；玻璃； 包含一种或多种聚合物(例如热固性树脂)和玻璃纤维的复合物；石英； 硅；或其两种或更多种物质的组合。
第一和第二液体可以相互不混溶。第三液体可以相对于第二液体不 混溶，而可以相对于第一液体混溶或不混溶。每一种液体均可是有机的、 水的或其组合。例如，第一液体可以是苯而第二液体可以是甘油，或反 之亦然。其中一种液体可以是离子性液体(例如，一种1-丁基-3-甲基咪 唑鎓盐(imidazolium))，而另一种可以是有机液体。液体中的一种可以 包括水，而另一种液体可以包括一种憎水性有机液体，例如一种油。通 过本发明方法制备的乳化液可以被称为油包水(w/o)或水包油(o/w) 型乳化液。通过本发明方法制备的双重乳化液可以被称为水包油包水 (w/o/w)或油包水包油型乳化液。在说明书和权利要求书中，术语“油” 有时指一种乳化液的有机相，即使有机物质可以是或者不是一种油。本 发明方法制备的乳化液中的第一液体的浓度可以在重量百分比大约0.1 至大约99.9％的浓度范围内，在一个实施例中大约1至大约99％重量百分 比，而在一个实施例中大约5至大约95％重量百分比。本发明方法制备的 乳化液中存在的第二液体可以在99.9至0.1％重量百分比的浓度范围内， 在一个实施例中大约99至大约1％重量百分比，在一个实施例中大约95 至大约5％重量百分比。当使用第三液体的时候，本发明方法制备的乳化 液中存在的第三液体，浓度可达50％重量百分比，在一个实施例中大约 0.1至大约20％重量百分比，在一个实施例中大约0.5至大约10％重量百 分比。
第一、第二和/或第三液体可以包含一种或多种液体烃。术语“烃” 表示一种具有烃或主要是烃的特性的化合物。这些烃包括下列物质：
(1)纯烃；即，脂肪族化合物，(例如，烷烃或烷撑(alkylene))， 脂环族化合物(例如，环烷烃、环烷撑(cycloalkylene))，芳香族化合 物，脂肪族和脂环族取代的芳香族化合物，芳香族取代的脂肪族化合物 和芳香族取代的脂环族化合物，以及类似的物质。其例子包括己烷、十 二烷、环己烷、乙基环己烷、苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、苯乙烯，等。
(2)取代的烃；即，含有不改变化合物主要为烃的特性的非烃取代 基的烃。非烃取代基的例子包括羟基、酰基、硝基、卤代，等。
(3)杂原子取代的烃；即，虽然主要是烃的特性，该烃在本由碳原 子组成的链或环上含有非碳原子。该杂原子包括，例如，氮、氧和硫。
第一、第二和/或第三液体可以包含一种天然油、合成油或其混合 物。该天然油包括动物油和植物油(例如蓖麻油、猪油)以及矿物油， 诸如液体石油和溶剂处理或酸处理的石蜡油的、环烷的或混合的石蜡油- 环烷类型的矿物油。天然油包括来源于煤或页岩的油。该油可以是来自 于甘油三酸酯家族的可皂化的油，例加，大豆油、芝麻籽油、棉花籽油、 红花油，以及类似的油。该油可以是硅树脂油(例如，环甲基硅氧烷蜡 (cyclomethicone)，硅甲基硅氧烷蜡(silicon methicones)，等)。该 油可以是脂肪族或环烷烃，诸如凡士林、角鲨烷、角鲨烯，或一种或多 种二烷基环己烷、或其两种或更多种的混合物。合成油包括烃油，诸如 聚合和互聚的烯烃(例如，聚丁烯、聚丙烯、丙烯异丁烯共聚物，等)； 聚(1-己烯)、聚-(1-辛烯)、聚(1-癸烯)等，以及其混合物；烷基苯 (例如，十二烷基苯、十四烷基苯、二壬基苯、二-(2-乙基己基)苯， 等)；聚苯(例如，联苯、三联苯、烷基化聚苯，等)；烷基化二苯酯和 烷基化二苯硫化物及其衍生物、类似物和同族物和类似的物质。末端羟 基基团已经被酯化、醚化等修饰烯化氧聚合物和互聚物及其衍生物是可 以使用的合成油。合成油可以包括聚-阿尔法-烯烃或费-托合成的烃。
第一、第二和/或第三液体可以包括一种通常的液体烃燃料，例如， 一种馏出燃料，诸如ASTM规格D439规定的汽车汽油，或ASTM规格D396 规定的柴油机燃料或燃油燃料。
第一、第二和/或第三液体可以包括一种脂肪醇，一种脂肪酸酯，或 其混合物。该脂肪醇可以是一种加柏(Guerbet)醇。该脂肪醇可以含有 从大约6至大约22个碳原子，在一个具体实施例中大约6至18个碳原 子，在一个具体实施例中，大约8至12个碳原子。脂肪酸酯可以是一种 含有大约6至大约22个碳原子的直链脂肪酸和具有大约6至大约22个 碳原子的直链或支链脂肪醇的酯、一种含有大约6至大约13个碳原子的 支链羧酸和具有大约6至大约22个碳原子的直链或支链脂肪醇的酯，或 其混合物。其例子包括十四烷酸十四烷基酯、棕榈酸十四烷基酯、硬脂 酸十四烷基酯、异硬脂酸十四烷基酯、油酸十四烷基酯、正廿二烷酸十 四烷基酯、芥子酸十四烷基酯、十四烷酸十六烷基酯、棕榈酸十六烷基 酯、硬脂酸十六烷基酯、异硬脂酸十六烷基酯、油酸十六烷基酯、正廿 二烷酸十六烷基酯、芥子酸十六烷基酯、十四烷酸十八烷基酯、棕榈酸 十八烷基酯、硬脂酸十八烷基酯、异硬脂酸十八烷基酯、油酸十八烷基 酯、正廿二烷酸十八烷基酯、芥子酸十八烷基酯、十四烷酸异十八烷基 酯、棕榈酸异十八烷基酯、硬脂酸异十八烷基酯、异硬脂酸异十八烷基 酯、油酸异十八烷基酯、正廿二烷酸异十八烷基酯、油酸异十八烷基酯、 十四烷酸油醇酯、棕榈酸油醇酯、硬脂酸油醇酯、异硬脂酸油醇酯、油 酸油醇酯、正廿二烷酸油醇酯、芥子酸油醇酯、十四烷酸正廿二烷基酯、 棕榈酸正廿二烷基酯、硬脂酸正廿二烷基酯、异硬脂酸正廿二烷基酯、 油酸正廿二烷基酯、正廿二烷酸正廿二烷基酯、芥子酸正廿二烷基酯、 十四烷酸芥子醇酯、棕榈酸芥子醇酯、硬脂酸芥子醇酯、异硬脂酸芥子 醇酯、油酸芥子醇酯、正廿二烷酸芥子醇酯和芥子酸芥子醇酯。所述的 脂肪酸酯可以包括：一种由含有大约18至大约38个碳原子的烷基羟基 羧酸和具有大约6至大约22个碳原子的直链或支链脂肪醇形成的酯(例 如苹果酸二辛酯)；一种由含有大约6至大约22个碳原子的直链或支链 脂肪酸和一多羟基醇(例如，丙二醇、二聚二醇或三聚三元醇)和/或一 加柏醇形成的酯；一种基于一种或多种大约6至大约18个碳原子的脂肪 酸的甘油三酸酯；一种基于一种或多种大约6至大约18个碳原子的脂肪 酸的甘油单、二和/或三酸酯的混合物；一种由一种或多种约6至22个 碳原子的脂肪醇和/或加柏醇和一种或多种芳香基羧酸(例如苯甲酸)形 成的酯；一种由一种或多种2至大约12个碳原子的二羧酸和一种或多种 含大约1至大约22个碳原子的直链或支链醇，或一种或多种含2至大约 10个碳原子和2至大约6个羟基基团的多羟基化合物，或这些醇和多羟 基化合物的混合物形成的酯；一种由一种或多种2至大约12个碳原子的 二羧酸(例如邻苯二甲酸)和一种或多种1至22个碳原子醇(例如丁醇、 己醇)形成的酯；一种由苯甲酸和大约6至大约22个碳原子的直链和/ 或支链醇形成的酯；或其两种或更多种的混合物。
第一、第二和/或第三液体可以包括：一种或多种大约6至22个碳 原子的支链伯醇；一种或多种大约6至22个碳原子的直链和/或支链脂 肪醇碳酸酯；一种或多种基于一种或多种大约6至大约22个碳原子的脂 肪醇的加柏醇碳酸酯；一种或多种萘二甲酸二烷基(例如二乙基己基) 酯(dialkyl naphthalates)，其中每一烷基含有1至大约12个碳原子； 一种或多种直链或支链、对称或非对称且每一烷基含6至22个碳原子的 二烷基酯；带含2至大约10个碳原子和2至大约6个羟基基团的多羟基 醇基的含大约6至大约22个碳原子的环氧化脂肪酸酯的一种或多种开环 产物；或其两种或更多种物质的混合物。
第一、第二和/或第三液体可以包括水。水可以取自任何方便的来源。 该水可以用渗透或蒸馏去离子化或纯化。
尽管本发明的一个或多个实施例中不需要乳化剂和/或表面活性剂， 但是在形成本发明方法制备的乳化液的时候使用一种或多种乳化剂和/ 或表面活性剂是可能的。该乳化剂和/或表面活性剂可以和第一、第二和 /或第三液体的任一种预先混合。该乳化剂和/或表面活性剂可以包括在 格里芬(Griffin)系统中的亲水亲油平衡值(HLB值)在0至大约18的范围 内的离子或非离子化合物，在一个实施例中HLB在大约0.01至大约18 的范围内。该离子化合物可以是阳离子或两性化合物。其例子包括那些 在 《麦克可奇(McCutcheons)表面活性剂和清洁剂》，1998，北美和国 际版中所公开的。北美版的第1-235页和国际版的1-199页由于其对此 类乳化剂的公开而作为参考文件列入此处。可使用的乳化剂和/或表面活 性剂包括链烷醇胺、烷基芳基磺酸盐(alkylarylsulfonate)、胺氧化物、 聚氧化烯化合物，包括含有环氧烷烃重复单元的嵌段共聚物、羧化醇乙 氧基化物、乙氧基化醇、乙氧基化烷基苯酚、乙氧基化胺和氨基化合物、 乙氧基化脂肪酸、乙氧基化脂肪族酯和油、脂肪族酯、脂肪酸氨基化合 物、甘油酯、乙二醇酯、脱水山梨糖醇酯、咪唑啉衍生物、卵磷脂及其 衍生物、木质素及其衍生物、甘油单酯及其衍生物、石蜡磺化物、磷酸 酯及其衍生物、丙氧基化和乙氧基化脂肪酸或醇或烷基苯酚、脱水山梨 糖醇衍生物、蔗糖酯及其衍生物、硫酸盐或醇或乙氧基化醇或脂肪族酯、 十二烷基和十三烷基或浓缩萘或石油的磺化物、硫代琥珀酸及其衍生物、 以及十三烷基和十二烷基苯磺酸。乳化剂和/或表面活性剂可以包括：一 种或多种聚烷撑二醇；一种或多种甘油或脱水山梨糖醇和含大约12至22 个碳原子的脂肪酸的部分酯；或其混合物。乳化剂和/或表面活性剂可以 包括一种制药学接受的物质，例如卵磷脂。这些乳化剂和/或表面活性剂 在本发明方法制备的乳化液中的浓度可达大约占乳化液重量的20％，在一 个实施例中在大约0.01至大约5％重量百分比的范围内，在一个实施例中 从大约0.01至2％重量百分比。在一个具体实施例中，其浓度可达大约 2％重量百分比，在一个实施例中可达1％重量百分比，在一个实施例中可 达大约0.5％重量百分比。
本发明方法制备的乳化液可以含有一种或多种下述添加剂。这些添 加剂可以和第一、第二和/或第三液体的任一种预先混合。这些添加剂包 括：紫外线(UV)保护因子(例如，3-苯亚甲基樟脑及其衍生物、4-氨 基苯甲酸衍生物、水杨酸的酯、苯甲酮衍生物、苯亚甲基丙二酸的酯、 三嗪衍生物、2-苯基苯并咪唑-5-磺酸及其盐、苯甲酮的磺酸衍生物及其 盐、苯酰(甲烷)衍生物；蜡(例如，蜡大戟蜡、巴西棕榈蜡、日本蜡、 软木蜡、米糠油蜡、甘蔗蜡、蜂蜡、矿脂、聚亚烷基蜡，聚乙二醇蜡)； 稠度因子(例如，脂肪醇、羟基脂肪醇；部分甘油酯、脂肪酸、羟基脂 肪酸)；稠化剂(例如，聚糖，诸如黄原胶树脂、瓜瓜胶(guar-guar) 和羧甲基纤维素、聚乙二醇单酯和二酯、聚丙烯酸脂、聚丙稀酰胺、聚 乙烯醇、聚乙烯吡咯烷)；超脂剂(Superfatting agents)(例如，羊毛 脂、卵磷脂、多羟基脂肪酸酯、甘油单酯、脂肪酸链烷醇酰胺)；稳定剂 (例如，脂肪酸的金属盐，例如镁、铝或锌的硬脂酸盐或蓖麻醇酸酯)； 聚合物(例如，阳离子聚合物，诸如阳离子纤维素衍生物、阳离子淀粉、 二烯丙基铵盐和丙烯酰胺的共聚物、季铵化乙烯基吡咯烷/乙烯化咪唑聚 合物、聚乙基吲哚烯亚胺、阳离子硅树脂聚合物、聚氨基聚酰胺；阴离 子、两性离子、两性和非离子聚合物)；硅树脂化合物(例如，二甲基聚 硅氧烷；甲基苯基聚硅氧烷；环化硅树脂；氨基、脂肪酸基、醇基、聚 醚基、环氧基、氟基、配糖基和/或烷基修饰的硅树脂化合物；二甲基硅 油(simethicone)；二甲硅油(dimethicone))；油脂；蜡；卵磷脂；磷 脂；生物剂(例如，维生素E、维生素C、脱氧核糖核酸、视黄醇、氨基 酸、植物提取物、维生素复合物)；抗氧化剂(例如，氨基酸、咪唑、肽、 类胡萝卜素、胡萝卜素、硫辛酸及其衍生物、巯基葡萄糖正亚金 (aurothioglucose)、丙基硫脲嘧啶、二月桂基硫代丙酸酯/盐、亚磺酰 亚胺(sulfoximine)化合物、金属螯合剂诸如阿尔法-羟基脂肪酸、阿尔 法-羟基酸诸如柠檬酸或乳酸、腐殖酸、胆汁酸、EDTA、EGTA、叶酸及其 衍生物，维生素复合物诸如维生素A，C或E、芪及其衍生物)；除臭剂； 止汗药；去头屑剂；溶胀剂(例如，蒙脱石、粘土矿物)；驱虫剂；自鞣 剂(例如二羟基丙酮)；酪氨酸抑制剂(褪色剂)；助水溶物(例如，乙 醇、异丙醇和多羟基化合物诸如甘油和亚烃基乙二醇，用于提高流动性)； 增溶剂；防腐剂(例如，含苯氧基乙醇、甲醛溶液、苯甲酸酯类(parabens)、 戊二醇、山梨酸)；香料油(例如，花提取物、果皮、根、树木、香草和 草、针叶和树枝、树脂和香液，以及合成香水包括酯、醚、醛、酮、醇 和碳水化合物)；染料；以及类似物。每一种所述的本发明的乳化液的添 加剂的浓度可达20％重量百分比，在一个具体实施例中从大约0.01至大约 10％重量百分比，在一个具体实施例中从大约0.01至大约5％重量百分比， 在一个具体实施例中从大约0.01至大约2％重量百分比，在一个具体实施 例中从大约0.01至大约1％重量百分比。
本发明的乳化液可含有一种或多种粉碎固体粒子。这些固体可以和 第一、第二和/或第三液体预先混合。该粉碎固体粒子可以是有机的、无 机的或其组合。该粉碎固体粒子可包含催化剂(例如，燃烧催化剂诸如 CeO2/BaAl12O19、Pt/Al2O3，等，聚合催化剂，及类似物)，色素(例如，TiO2、 碳黑、铁氧化物，等)，装填物(例如，云母、硅石、滑石、硫酸钡、聚 乙烯、聚四氟乙烯、尼龙粉末、甲基丙烯酸甲脂粉末)，等。该粉碎固体 粒子可包括纳米尺寸的颗粒。该粉碎固体粒子的平均颗粒直径可在大约 0.001至大约10微米的范围内，在一个具体实施例中大约0.01至大约1微 米。粉碎固体粒子在乳化液中的浓度可在基于乳化液的重量百分比达70％ 重量百分比的范围内，在一个具体实施例中从大约0.1至大约30％重量百 分比。
在一个具体实施例中，本发明方法制备的乳化液包括一个分散在一 个连续相中的非连续相。该非连续相可包含具有基于体积的平均直径可 达约200微米的微滴，在一个具体实施例中大约0.01至大约200微米，在 一个具体实施例中大约0.01至大约100微米，在一个具体实施例中大约 0.01至大约50微米，在一个具体实施例中大约0.01至大约25微米，在一 个具体实施例中大约0.01至大约10微米，在一个具体实施例中大约0.01 至大约5微米，在一个具体实施例中大约0.01至大约2微米，在一个具体 实施例中大约0.01至大约1微米，在一个具体实施例中大约0.01至大约 0.5微米，在一个具体实施例中大约0.01至大约0.2微米，在一个具体实 施例中大约0.01至大约0.1微米，在一个具体实施例中大约0.01至大约 0.08微米，在一个具体实施例中大约0.01至大约0.05微米，在一个具体 实施例中大约0.01至大约0.03微米。在一个具体实施例中，该非连续相 包含水而连续相包含一种有机液体。在一个具体实施例中，该非连续相 包含一种有机液体而该连续相包含水或另一种有机液体。该连续相可以 含有分散或悬浮在连续相中的粉碎固体粒子。该非连续相可含有封装在 该非连续相的微滴中的粉碎固体粒子和/或微滴。本发明方法的一个优势 是，至少在一个具体实施例中，其微滴的特点是具有一个相对狭窄的微 滴大小分布。在一个具体实施例中，分散相中的微滴大小分布曲线是一 条正态分布曲线。
“相对分布(relative span)”通常被称为“分布(span)”。它是 一个从体积分布计算出来的无量纲参数。对于体积平均粒径(VMD)， D[v，0.1]和D[v，0.9]分别代表的是分散的液体的体积的10％和90％处于更 小直径的微滴的点的直径。该分布可以定义为D[v，0.9]减D[v，0.1]，然 后再除以VMD(D[v，0.5])。在本发明方法制备的乳化液中的微滴的分布 可在大约0.005至大约10的范围内，在一个实施例中大约0.01至大约10， 在一个实施例中大约0.01至大约5，在一个实施例中大约0.01至大约2， 在一个实施例中大约0.01至大约1，在一个实施例中大约0.01至大约0.5， 在一个实施例中大约0.01至大约0.2，在一个实施例中大约0.01至大约 0.1。在一个具体实施例中，本发明方法可以在一单个加工微通道中进行， 且分布可在从大约0.01至大约0.5的范围内。在一个具体实施例中，本发 明方法可在一个按比例放大的采用多个加工微通道的乳化过程中进行， 且分布可在大约0.01至大约1的范围内。
在一个具体实施例中，本发明方法制备的乳化液中的微滴的基于体 积的直径可在大约0.01至大约200微米的范围内，而分布可在大约0.005 至大约10的范围内。在一个具体实施例中，基于体积的平均直径可在大 约0.01至大约100微米的范围内，而分布可在大约0.01至大约5的范围内。 在一个具体实施例中，基于体积的平均直径可在大约0.01至大约50微米 的范围内，而分布可在大约0.02至大约5的范围内。在一个具体实施例中， 基于体积的平均直径可在大约0.01至大约10微米的范围内，而分布可在 大约0.05至大约2.5的范围内。在一个具体实施例中，基于体积的平均直 径可在大约0.01至大约5微米的范围内，而分布可在大约0.01至大约2的 范围内。在一个具体实施例中，基于体积的平均直径可在大约0.01至大 约1微米的范围内，而分布可在大约0.005至大约1的范围内。
如上所述，本发明方法制备的乳化液可以是一种双重乳化液，即， w/o/w或o/w/o乳化液。这些乳化液的特征是第三液体的微滴被封装在第 二液体的微滴内。被封装的微滴分散在连续相中。如图32所示。参见图 32，双重乳化液10含有被封装在第二液体的微滴14中的第三液体的微滴 12。该被封装的微滴分散在第一液体的连续相16中。该第一液体可以和 第三液体具有相同或不同的组分。微滴12的基于体积的平均直径可为大 约0.001至大约10微米，在一个实施例中大约0.01至大约5微米。微滴14 的基于体积的平均直径可为大约0.001至大约10微米，在一个实施例中大 约0.01至大约5微米。此双重乳化液中的三相中的任一相均可含有上述的 粉碎固体粒子。双重乳化液可用于不同的应用之中，例如在药物、医疗、 食品和化妆品工业中。此双重乳化液提供的一个有利的特点是提供了可 控的处理时间和速度，其中第三液体中的活性成分在随后的时间内被消 耗掉，通常在使用或运输第二液体的过程之中或之后。另一个特点是， 当第三液体中的活性成分和第一液体化学或物理不相容的时候或当第一 液体仅能作为一种载体液体使用的时候，第三液体中的活性成分可以从 第一液体中分开，因而在使用之前的发送过程中保持不变。
在一个具体实施例中，本发明方法制备的乳化液可以终端过滤 (terminally filtered)或管线过滤(filtered in-line)。这种过滤 的使用尤其适于生产诸如灭菌事项很重要的药物组分的乳化液。此类过 滤之后，可以除去相对大颗粒的污染物(例如，生物材料)。在一个具体 实施例中，本发明方法包括在一个连续密闭的(即灭菌的)过程中提供 产品乳化液的管线(in-line)过滤。
本发明方法的一个优点是，至少在一个具体实施例中，加工微通道、 液体通道和热交换通道之间的间隙可以相等，无论该方法意在实验室或 是在试验工厂或是全生产规模。因此，本发明方法使用的加工微通道混 合器制备的乳化液的颗粒大小分布可以实质上相同，无论该微通道混合 器意在建在实验室或是在试验工厂或是全生产规模的单元上。这一点在 图21所示的颗粒大小分布曲线中得到显示。图21中单个加工通道和按比 例放大系统的分布曲线的差异可能来源于一种不需要的锐角效应 (corner effect)分布。然而，通过弄钝(opaque)边缘，微滴尺寸的非 均一剪切力的有害影响可以降到最低限度，因而单个加工微通道的颗粒 尺寸分布曲线可以和放大系统的相同或实质上相同。
在速度u方向上的液体控制元件(处于离散化的形式)上的剪切力可 以用公式Fx＝mu*du/dy来计算，其中mu是粘度，而du/dy是带孔部分正常 的液体流动的速度梯度。然而，由于在液体的某一位置(由控制元件代 表)，速度通常有三个分量，而剪切力也有三个分量。对于一个在表面附 近或表面上通道的流动，可以假定一个尺寸，且Fx接近液体的元件表面 的净剪切力。计算流体动力学的使用，包括诸如Fluent或FEMLAB的商业 软件包，可以用于解需要的输运方程，从而计算出表面剪切力。表面剪 切力可以沿通道长度，与流动方向平行的方向计算。剪切力也可以在平 行通道之间计算，其中包括流动分布效应以确定流进每一平行通道的为 详细通道和集流腔几何的函数的质量流量。还可有其它的计算方法，例 如，在B.R.蒙生(Muns on)，D.F.杨(Young)和T.H.奥基斯(Okiishi) 著，威利父子公司(John Wiley & Son，Inc.)，魏因海姆，1998年出版 的“流体力学基础”第三版中记载的。
在一个具体实施例中，应用单一加工微通道的方法的剪切力歧离因 数(SFDF)可在大约含有多个加工微通道的放大过程的SFDF的50％以内。 SFDF可以由以下公式计算
SFDF＝(Fmax-Fmin)/(2Fmean) 其中：Fmax是对某一特定液体的加工微通道中的最大剪切力；Fmin是对该 特定液体的加工微通道中的最小剪切力；Fmean是在加工微通道中的带孔 部分(140，140a，240，415，425，435，445，511，521，531，541) 表面的该液体的算术平均剪切力。在一单个加工微通道中，依照本发明 方法的操作，SFDF可以小于大约2，在一个实施例中小于大约1，在一个 实施例中小于大约0.5，在一个实施例中小于大约0.2。
在一个具体实施例中，本发明方法可以提供在使用多个加工微通道 时，相对均一的剪切力。为测量在多个加工微通道中的剪切力的均一性， 计算并比较了每一通道的平均剪切力。Fmax是平均通道剪切力的最大值， 而Fmin是平均剪切力的最小值。Fmean是所有通道的平均剪切力的平均值。 SFDF可以从这些值计算。在多个加工微通道中，至少在本发明方法的一 个实施例中，SFDF可小于约2，在一个实施例中小于大约1，在一个实施 例中小于大约0.5，在一个实施例中小于大约0.2。
参照图22和图23，可提供用本发明方法制备的具有狭窄微滴大小分 布的乳化液和用常规批次乳化方法制备的乳化液的比较。图22是本发明 方法制备的乳化液的显微镜图像，而图23显示了常规方法制备的乳化液。 图23中的微滴具有宽的大小分布和更大的微滴大小。图22中的微滴具有 相对狭窄的大小分布和更小的微滴大小。狭窄微滴大小分布的优点包括， 例如，活性成分在一个诸如皮肤的应用表面上的均一的散布，以及排除 使用具有宽分布的乳化液可能发生的不需要的小微滴渗进小尺度的表面 结构中的现象。另一优点涉及减少表面活性剂的使用，因为过量的表面 活性剂通常由于极小微滴的存在而用于维持稳定的乳化液，如果乳化液 微滴大小具有宽的分布，例如，从大约2至大约20微米。狭窄的微滴大小 分布使得能更精确地确定所需的表面活性剂的量，且因而减少或消除不 必要的表面活性剂的使用。在本发明的一个实施例中，当微滴大小分布 足够狭窄的时候，例如分布小于大约0.5，表面活性剂的使用量可以大大 的减少，这是因为乳化液不含有不需要的小微滴，其可能在生产完成后 在整个乳化液中需要更高表面活性剂浓度。
热交换流体可以是任何流体。这些流体包括空气、蒸汽、液态水、 气态氮、液氮、包括惰性气体的其他气体、一氧化碳、二氧化碳、熔盐、 诸如矿物油的油、气态烃、液态烃，以及诸如道氏联合碳化物(Dow-Union Carbide)生产的道氏热载体A(Dowtherm A)和Therminol导热油的热交 换流体。
热交换流体可包含用于制备乳化液的第一、第二或第三液体。这提 供了加工预热或预冷并增加了工艺的总体热效率。
在一个具体实施例中，热交换通道包含进行一个吸热或放热过程的 加工通道。该热交换加工通道可以是微通道。在热交换通道中进行的吸 热过程的例子包括蒸汽重整和脱氢反应。在一个具体实施例中，整合一 个同步的吸热反应以提升吸热性能能使典型的热通量比对流冷却热通量 大约高一个数量级或更多。在热交换通道中可以进行的放热过程的例子 包括水-气转换反应、甲醇合成反应和合成氨反应。在微通道反应器中使 用同步放热和吸热反应来进行热交换的例子在申请日为2002年8月15日、 序列号为No.10/222,196的美国专利申请中被公开。
在一个具体实施例中，当热交换流体流经热交换通道时，其经历了 一个相变。相对对流加热或冷却，该相变提供了从加工微通道或液体通 道的额外的热增加或去除。因为当液态的热交换流体被蒸发的时候，从 加工微通道转移的额外的热将导致该热交换流体需要的蒸发潜热。这种 相变的一个例子是经历泡核沸腾的一种油或水。在一个具体实施例中， 相变流体的沸腾的蒸汽质量分率值可达约50％。
当乳化液生产伴随着一个加工通道中的化学反应的时候，使用来自 相变或化学反应的增强的热传递可以更加有利。在一个具体实施例中， 乳化液可以是，例如，一种用于聚合反应或其他的且同样需要额外热交 换的活性单体。
在微通道混合器中，对流热交换或对流冷却的热通量可在大约0.01 至大约125瓦特每平方厘米微通道混合器中的加工微通道表面积(W/cm2) 的范围内，在一个实施例中大约0.1至大约50W/cm2，在一个实施例中大约 1至大约25W/cm2，在一个实施例中大约1至大约10W/cm2。相变热交换的热 通量可在大约1至大约250W/cm2的范围内，在一个实施例中大约1至大约 100W/cm2，在一个实施例中大约1至大约50W/cm2，在一个实施例中大约1 至大约25W/cm2，在一个实施例中大约1至大约10W/cm2。
热交换通道可以用于提供在使用本发明方法形成乳化液的过程中的 无菌条件。和批次混合器不同，本发明方法可以和环境保持密闭且不需 要用于和环境隔离的惰性气体层。可以和加工微通道或液体通道相邻的 热交换通道可以提供相对短的热传输和扩散距离，以允许用减小的温度 梯度在微通道混合器中的快速加热或冷却液体。因而，不适于长时间加 热或会在大的温度梯度下降解的乳化液可以用本发明方法制备。在一个 具体实施例中，加工微通道壁和在加工微通道中同一轴向位置的加工微 通道内的集流(bulk flow)之间的温度梯度可小于大约5℃，在一个实施 例中小于大约2℃，在一个实施例中小于大约1℃。
和具有可控的加热和/或冷却的加工微通道和/或液体通道紧密相邻 的热交换通道可以提供多个加工微通道之间的均一的温度曲线图。这使 得能够比诸如搅拌槽的常规的加工设备以更快的速率进行均一的加热和 冷却。在一个多通道微通道混合器中，至少在沿加工流动长度的方向的 某些轴向位置上，加工微通道之间的温度差异可小于大约5℃，在一个实 施例中小于大约2℃，在一个实施例中小于大约1℃。
和加工微通道或液体通道或两者都相邻的热交换通道，可沿这些通 道的长度方向设置温度区。在一个具体实施例中，靠近加工通道的入口 的第一区的温度被维持在高于加工微通道末端附近的第二区的第二温 度。可以在加工微通道中并入一个冷却或骤冷区，以快速地冷却和稳定 乳化液。有无数种可能的热曲线图的组合，其允许沿加工微通道的长度 方向上的一个修饰的热曲线图，包括加工微通道中的混合区之前和/或之 后两者的部分的可能性，以加热和/或冷却物料和或乳化液产品。
流经加工微通道(110，110a，410，510，520，530，540)的液体 的流量可以在大约0.001至大约500lpm的范围内，在一个实施例中大约 0.001至大约250lpm，在一个实施例中大约0.001至大约100lpm，在一 个实施例中大约0.001至大约50lpm，在一个实施例中大约0.001至大约 25lpm，在一个实施例中大约0.01至大约10lpm。液体流经加工微通道 (110，110a，410，510，520，530，540)的速率可以在大约0.01至大 约100m/s的范围内，在一个实施例中大约0.01至大约75m/s，在一个实施 例中大约0.01至大约50m/s，在一个实施例中大约0.01至大约30m/s，在 一个实施例中大约0.02至大约20m/s。液体流经加工微通道(110，110a， 410，510，520，530，540)的雷诺数可以在大约0.0001至大约100000的 范围内，在一个实施例中大约0.001至大约10000。液体流进加工微通道 (110，110a，410，510，520，530，540)的温度可以在大约0℃至大约 300℃的范围内，在一个实施例中大约20℃至大约200℃。加工微通道 (110，110a，410，510，520，530，540)中的压力可以在大约0.01至 大约100个大气压的范围内，在一个实施例中大约1至大约10个大气压。 为达到所需的分散相重量载荷，在本发明方法中，一个经带孔部分(140， 140a，415，425，435，445，511，521，531，541)的相对高的压降或 一个通过液体通道(170，170a，420，430，440，450，550，560)的相 应的高分散相的液体流量不是一个必需的要求，而通常例如高压均质器 是需要的。在本发明方法中，低流量或低压降可导致更小的微滴大小， 因为分散相流经孔的更小的惯性减小了微滴破碎之前的微滴增长。这在 图24中有示意性的描述。
流经液体通道(170，170a，420，430，440，450，550，560)的液 体的流量可以在大约0.05至大约5000ml/s的范围内，在一个实施例中大 约0.1至大约500ml/s。流经液体通道(170，170a，420，430，440，450， 550，560)的液体的速率可以在大约0.0001至大约0.1m/s的范围内，在 一个实施例中大约0.0001至大约0.05m/s。流经液体通道(170，170a， 420，430，440，450，550，560)的液体的雷诺数可以在大约0.0000001 至大约1000的范围内，在一个实施例中大约0.0001至大约100。流进液体 通道(170，170a，420，430，440，450，550，560)的液体的温度可以 在大约-20℃至大约250℃的范围内，在一个实施例中大约20℃至大约100 ℃。液体通道(170，170a，420，430，440，450，550，560)中的压力 可以在大约1至大约200个大气压的范围内，在一个实施例中大约1至大约 100个大气压。流经孔(144，144a，416，426，436，446，513，523， 533，543)的液体的压降可在大约0.05至大约200个大气压的范围内，在 一个实施例中大约1至大约150个大气压。
从加工微通道(110，110a，410，510，520，530，540)流出的乳 化液的温度可以在大约-20℃至大约300℃的范围内，在一个实施例中大 约0℃至大约200℃。
进入热交换通道(190，570，580)的热交换流体的温度可在大约-50 ℃至大约300℃的范围内，在一个实施例中-10℃至大约200℃的范围内， 在一个实施例中0℃至大约100℃。流出热交换通道(190，570，580)的 热交换流体的温度可在大约0℃至大约200℃的范围内，在一个实施例中 10℃至大约200℃。当热交换流体流经热交换通道的时候，其压降可以在 大约0.01至大约20个大气压的范围内，在一个实施例中为约0.1至大约20 个大气压。经热交换通道的热交换流体的流动可以是平流或不稳流动(in transition)，在一个实施例中是平流。热交换流体流经热交换通道的流 动的雷诺数可在达100000的范围内，在一个实施例中达大约10000的范围 内，在一个实施例中从大约20至大约10000的范围内，在一个实施例中从 大约100至大约5000的范围内。
第一、第二和/或第三液体可以用任何类型的热交换装置，包括微通 道热交换器或热管，在微通道混合器中或在进入该微通道混合器之前预 热。在一个具体实施例中，第一液体可以在混合区(113，113a，413， 515，525，535，545)的上游的加工微通道(110，110a，410，510，520， 530，540)的无孔区(111，111a，411，514，524，534，544)中预热。 在微通道混合器中制备的乳化液可以使用任何类型的热交换装置，包括 微通道热交换器，在微通道混合器内或当流出微通道混合器的时候被冷 却。在一个具体实施例中，乳化液可以被骤冷以稳定乳化液或把它锁定。 在一个具体实施例中，乳化液可以在加工微通道(110，110a，510，520， 530，540)的无孔区(117，117a，516，526，536，546)中被骤冷。在 一个具体实施例中，乳化液可以在达大约10分钟的时间段内被冷却至室 温或骤冷，在一个实施例中达大约5分钟，在一个实施例中达大约1分钟， 在一个实施例中达大约30秒，在一个实施例中达大约10秒，在一个实施 例中达大约1秒。
本发明方法可用于以至少大约0.01升每分钟的速率制备乳化液，在 一个实施例中至少大约1升每分钟。在一个具体实施例中，该方法可用于 以至少大约1升每秒的速率制备乳化液。
在一个具体实施例中，多个分散相液体贮器或腔室可以环绕连续相 通道制造，如图25所示。该单个的贮器或腔室可以分隔且具有其自身的 入口控制装置，例如阀门。在这个构造中，两相的体积比(存储密度) 可以根据所需的产品乳化液的不同配方而控制和改变，而不用改变其他 构件，例如带孔部分的孔或缝大小或者连续相或分散相的单独的流量。 这对于“一次通过的方法”(即，没有循环)是有利的。例如，如果所有 的贮器或腔室A、B、C和D具有相同的流量和孔径，通过关闭阀门A和B的 乳化液存储密度将是通过开启所有阀门的50％。应当注意的是，本概念的 不同的修改是有可能的，例如，多于两个油贮器或腔室可以配置在连续 相通道的每一侧。多个连续相通道可以平行间隔(夹入中间)以形成一 列加工通道。在图25中，分散相是一油相，然而，本领域技术人员知道 分散相可以是任何与连续相液体不混溶的液体。通过本实施例，生产具 有多种形式的微滴大小分布和/或多种组分的分散相的乳化液是可能的。 通过本实施例，提供两种或更多种的通过不同带孔部分进入加工微通道 的第二液体是有可能的。本布置可以用于提供多种的原料依次加入的进 料点。
在一个具体实施例中，可以调整加工微通道内的光学或热-光学特 征。用于测量和/或调整这些光学或热-光学特征的技术的例子包括：用 于乳化液质量控制和分析的内嵌LSD(激光散射衍射)探测，包括平均微 滴大小和分布；用于评估产品粘度和固体载荷的粘度计；使用照片测量 微滴大小的光学测量方法；全息成像，包括通过调整乳化液特性的干涉 测量法；以及类似的方法。
在一个具体实施例中，一个液体吸收过程，一个液体-气体吸收过程， 一个液体分离过程，一个凝固过程，或一个气化过程可以在加工微通道 中进行。
在一个具体实施例中，可以在加工微通道中生产应用于追踪带电粒 子的乳化液。
在一个具体实施例中，可以在加工微通道中进行一个化学反应。可 以进行的化学反应的例子包括聚合反应(例如，甲基丙烯酸甲酯乳化液 聚合反应)、催化聚合反应(例如，在以中性镍(II)复合物作为催化剂 的水溶液中的乙烯聚合反应)、共聚物和三元共聚物的生产、液相氧化的 催化或者非催化反应(例如，脂肪酸的生产)或气-液相反应和催化和非 催化液-液反应(例如，苯的硝化或烯烃的烷基化)。
在一个具体实施例中，可以在加工微通道中进行一个生物过程。这 种生物过程的例子包括使用乳化清洁剂的生物修复(清洁)过程。
在一个具体实施例中，依照本发明方法制备的乳化液提供了能使生 产商以浓缩形式供应乳化液的优点，因而使得终端用户能添加额外的成 分，诸如水和油，以获得最终完全按配方制造的产品。
本发明方法制备的乳化液可以有许多种应用方式。这些应用包括个 人皮肤护理产品，这些产品需要低的乳化剂或表面活性剂浓度(例如， 防水的防晒霜、防水的护手霜或洗液)。
本发明方法制备的乳化液可用于颜料或涂料。其包括具有强耐气候 性的防水的乳胶颜料。这些乳化液可以用作粘合剂、胶水、堵缝剂 (caulks)、防水密封剂，以及类似的产品。作为在这些组分中包括水相 的结果，这些产品中的挥发性有机化合物(VOC)的问题可以被减少。
本发明方法可用于各种的食品加工应用，尤其是连续的加工操作。
本发明方法可用于生产农业化学物质，其中使用具有狭窄微滴大小 分布的分散相有利于在叶片上喷洒该化学物质，以及在更小的化学物质 浓度下提供增强的防水能力。在一个具体实施例中，本发明方法可用于 生产诸如杀虫剂的农业化学物质，其中需要使用比可见光波长小的分散 相微滴大小。
本发明方法可用于制备乳化润滑剂和燃料。其包括诸如柴油引擎使 用的船上燃料乳化系统。
本发明方法可用于乳化液聚合过程。例如，用一种催化剂把单体溶 解在一种表面活性剂中是可能的。
本发明方法可用于制备含有沥青的快速硬化乳化液。该乳化液可用 作诸如道路、车道以及类似物的水泥或沥青表面的表面修整。这些乳化 液可含有从大约60％至大约70％重量百分比的沥青且可以喷洒到待处理的 表面上。可以在这些表面修整的上面散布碎屑并碾压以保证合适的埋入 和排列。这提供了不渗透液体的表面密封，同时也改善了表面质地。
本发明方法制备的乳化液可以是硅树脂乳化液。该乳化液可以用于 处理纤维或其他基质以改变其疏水性质。
本发明方法可以用结晶过程，例如，一种连续的结晶过程。该过程 可用于分离、纯化和/或生产特定大小的粉末。这种结晶的一个例子包括 高度精炼的糖。在乳化液结晶过程中，一种融化的物质可以在乳化液的 微滴中结晶，以便于可以发生比大体积融化更低速率的均一晶核形成。 该过程可以在无溶剂的情况下进行，因而可提供低成本和操作费用的优 势。
本发明方法可用于制备液晶。本方法形成的液晶可以有助于减少乳 化剂和/或表面活性剂的用量，因为分散相可以被原地“锁住”。
本发明方法可用于制备蜡乳化液，以用于粘合剂、液体肥皂、洗衣 去污剂、纺织品或布的涂料，以及类似的产品。
本发明方法可用于药物的制备，其中提供具有狭窄的微滴大小分布 的分散油相是有利的。这些药物可以包括口服或者注射成分以及皮肤病 霜、洗液和眼药水(opthalmics)。本发明方法获得的微滴大小和分布可 增加药物的疗效且能降低所需治疗的药物的使用量。这也提供了避免或 限制易于溶解包装材料上使用的有机物质的非水溶剂成分的使用的优 点。这些应用的分散的油相的微滴大小可达约0.5微米，以避免被脾或肝 清除，在一个实施例中在大约0.01至大约0.2微米的范围内，在一个实施 例中在大约0.01至大约0.1微米的范围内。本发明方法制备的乳化液可起 不溶或难溶药物(例如，异丁苯丙酸、安定、灰黄霉素、环孢霉素、可 的松、重组白介素-2、依托泊苷、紫杉醇、细胞毒素、维生素E、阿尔法 -生育酚，以及类似物)的乳化液载体的功能。美国专利申请公告号 No.2003/0027858A1公开的许多的药物化合物或药品、油和表面活性剂可 以用于用本发明方法制备药物成分；由于该专利申请公开了这样的药物、 油和表面活性剂的化合物，因而被引入作为参考。使用本发明方法的一 个优点涉及这样一个事实，即许多和使用常规的高剪切力混合设备以试 图达到具有狭窄微滴大小分布的小微滴而保持一个无菌的环境有关的问 题，得到了避免。
                    实施例1
图26显示的微通道装置由不锈钢制造，用作制备水包油乳化液。该 装置包括一个用于连续相流动的基本部分，一个用于输送非连续油相的 顶端部分，一个多孔基质，一个集管，一个脚管，以及管道和管道系统 以使液体能流到加工微通道装置。
总尺寸为3/5×1.5×1.5英寸的基本部分，有一个尺寸为0.02×0.5 ×0.5英寸的开口微通道，以及经焊接与连续相液体的集管和脚管连接的 倾斜入口和出口流动通道(0.5英寸长，0.5英寸宽，倾角27°)。开口微 通道的边缘具有一宽度为0.02英寸的唇缘(梯阶)以通过用于密封的厚 度为0.005英寸的橡胶垫圈装配多孔基质。在装配多孔基质(0.5×0.5× 0.04英寸)时，就形成了一个微通道，以提供连续相的高速流动以及产 生作为连续相中的分散相的微尺寸的微滴。
顶端部分包含一个与一个油管路(图中未显示)相连的内置的油腔 室(见图26中的右侧图片)。集管和脚管(带斜面和相连空间的部分)被 设计用做从普通管至具有一小间隙(小于1mm)的微通道的过渡的流动区 域，而总体压降依据泵和加热容量被维持在一个合理值。
基本结构的示意图显示在图27中。该多孔基质是一个经过热处理的 多孔基质，由康涅狄格州法明顿(Farmington)的MOTT冶金学公司提供。 该多孔基质由不锈钢316制造。每一孔的平均直径是0.5微米。多孔基质 将分散相液体腔室从连续相液体通道分隔开。乳化操作中的压力差(10 至20磅/平方英寸(psia))驱使分散相液体通过多孔基质进入连续的液 体通道，而导致微滴在连续相中的形成。
图28显示了乳化系统。该系统包括一个油泵(FMI“Q”泵，QG6型， 纽约赛奥斯特(Syosset)的流体计量(FluidMetering)公司生产)，一个 带一个流量刻度盘的水泵(微泵(Micropump)型号GJ-N25，JF18A，科 尔帕默(Cole Parmer)生产，伊利诺斯弗农山(Vernon Hills))，一个热 油贮器，一个连续相液体贮器，以及和泵和微通道乳化器连接的金属管 (1/4”)。为了记录实际流量以方便以后校准而安装有一个额外的旋转流 量计(科尔帕默)。通过环大多数金属管道、暴露的组件以及微通道装置 安装加热带(heating tapes)，以及通过经由来自多个关键位置的连续 时(TC)信号的反馈控制加热电源，系统中的所有的部件和液体维持在 一个比环境高的温度下。需要加热和控制的组件包括微通道乳化器，油 泵和贮器，以及水贮器。该贮器具有内部容量刻度。
在用于乳化之前，多孔基质被清洁和预热。有如下清洁步骤被使用：
1.在己烷中超声清洗5min。如果多孔基质预先暴露在油中，用新鲜 己烷重复超声清洗一次。
2.在室温下过夜空气干燥，或在80℃干燥烘箱中干燥10-20分钟。
3.在20％硝酸中超声清洗多孔基质20分钟。
4.在新鲜去离子水中超声清洗多孔基质5分钟。
5.重复步骤#4至少3次，直至水的PH读数超过5。
6.在丙酮或异丙醇中超声清洗多孔基质3分钟。
7.在室温下过夜空气干燥，或在80℃干燥烘箱中干燥10-20分钟。 然后多孔基质在一个热处理容器中用以下步骤进行热处理：
1.排出并重新注满氮气三次。
2.以3.5℃每分钟的速率加热氢气和水至650℃。
3.在氮气流中维持650℃30分钟。
4.在空气中维持650℃100小时。
5.以3.5℃每分钟的速率在空气中冷却至室温。
一个鉴定热处理对孔大小和数目的影响的方法是用水进行渗透试 验。用相同的流量，通过经热处理的多孔基质和通过一未处理的多孔基 质抽吸水。获得的不同压降曲线如图29所示。热处理基质比未处理的基 质具有更高的压降。在这个实施例中，平均孔大小从0.5微米降至0.44微 米，而孔间距离从0.5微米增加到0.6微米。
用本微通道装置制备了具有如下所示的配方的一种增湿洗液。
                                           重量份
第一液体(连续的水相)
水                                          82.90
卡波姆(Carbopol)934(一种由                  0.20
BF善富/哈里斯(BF Goodrich/Harris)
和福特(Ford)提供的作为是树脂的产品)
Na2 EDTA(道氏化学公司提供的产品)            0.05
甘油USP(亨可(Humco)提供的产品)              4.00
第二液体(非连续的油)
硬脂酸                                      2.00
十六醇                                      0.50
单硬脂酸甘油酯                              0.20
乙二醇单硬脂酸酯                            0.30
羟苯丙酯(propylparaben)                     0.10
羟苯甲酯(methylparaben)                     0.20
矿物油                                      7.00
硅树脂流体DC200(道氏化学                    1.00
提供的作为一种硅树脂流体的产品)
吐温20(有利凯玛美国                          0.50
(Uniqema Americas，ICI)提供的
作为一种表面活性剂的产品)
三乙醇胺                                     0.90
采用了以下步骤：
1.第二液体的所有成分在一个烧杯中混合，并加热至75℃。三乙醇 胺在最后加入。然后第二液体在油相贮器中被维持在75℃。
2.通过在水中分散卡波姆934并加热至75℃制备第一液体。然后加 入剩余的第一液体的成分。第一液体在和连续相液体泵连接的贮 器中被维持在75℃。
3.系统的所有组分的加热强度调整并稳定在75±10℃。
4.开启连续相液体泵，设置流量为2.51/min。
5.开启油泵，设置流量为2.51/min。跨多孔基质的压降维持在 10-20psia。
6.循环第一液体直至所需量的第二液体和第一液体混合。
7.通过将贮器放在冷水或冰浴中或打开设置在贮器中的冷却盘管， 将产品乳化液冷却至低于38℃。
图30和图31是两个不同尺寸范围的前述乳化液的放大倍数为100的 显微镜图像。图30显示了一个从大约0.5至大约2微米的微滴尺寸，在2.0 标准升每分钟(SLPM)的第一液体流量下，该微滴采用热处理的孔大小 为0.5微米的多孔基质。图31显示了一个从大约1至大约8微米的微滴尺 寸，在0.5SLPM的第一液体流量下，该微滴采用热处理的孔大小为0.5微 米的多孔基质。
虽然本发明结合具体的实施例进行了解释，但可以理解，在阅读本 说明书后，其不同的修改对于本领域技术人员来说是现而易见的。因此， 可以理解，在此公开的本发明意在涵盖落在所附的权利要求的范围之中 的这类修改。