微混合技术可实现流体间的均匀、快速混合,具有常规混合设备不可比拟的优势, 因而在化学合成、乳状液制备、高通量筛选以及生化领域有很大的应用前景。
1、化学合成
微混合技术可强化受传质控制的多相反应, 同时它易与微反应系统的其他部件集成, 具有内在的安全特性, 使得化学反应更为可控, 合成效率更高,可开发高附加值产品以及实现有毒危险品的现场生产。依据反应类型其具体应用可分为: ① 气相反应, 如氨催化氧化生成NO及环氧乙烷合成等; ②气液反应, 如甲苯直接氟化等; ③液液反应, 如芳烃硝化、自由基聚合、相转移反应以及超细粒子合成等。
2、乳状液制备
乳状液的物化特性与分散相的尺寸及分布密切相关。微混合技术可实现液液两相的均匀接触, 乳化相界面积高, 可制备出常规乳化设备难以形成的微米级均匀分散的乳状液。采用交指式微混合器进行水/ 有机相的连续乳化实验, 获得了516μm 均匀分布的乳状液(最小粒径为316μm)。采用“微通道乳化技术”可获得分布更为均匀的乳状液(粒径偏差<9%),60天内仍保持稳定; 由于微细尺度内界面张力占主导地位, 且精密的微加工技术可保证微槽、微孔尺寸的均一性, 因此可形成稳定的粒径分布均匀的乳状液。
3、高通量筛选
为筛选出高效的液液反应催化剂,用两液体携带脉冲注入的催化剂与反应介质进入交指式微混合器, 并在后接的管式反应器中完成反应。实验发现该微混合器可实现微量样品的快速、均匀混合, 极大强化了传质和传热过程, 拓宽了反应操作区间, 可实现低成本、高通量的催化剂筛选。同样, 该原则也适用于气液反应催化剂的快速筛选。
4、生化领域
在生化操作中, 有效控制样品溶液间的混合至关重要, 微混合技术提供了这个平台, 并与反应、分离、分析等操作一起被集成到同一芯片上, 形成芯片实验室。其应用主要有:
①生化分析—如液相化学反应(蛋白质折叠、酶活性的定量评价) 及动力学研究(速率常数、中间物种的检测);
②DNA微阵列技术—如DNA杂交速率的强化;
③生物测量技术—如生物传感器信号检测速率的提高;
④药物控制释放—如包裹蛋白质的微胶囊的制备。