Procedimiento para preparar emulsiones mono-dispersadas.

Un procedimiento para preparar una emulsión, que comprende: inyectar un primer líquido como líquido de la fase dispersada a través de un micro-canal central (15) de entrada de un sistema de micro-canales con un chip (10) de geometría de unión cruzada,

inyectar un segundo líquido como líquido de fase continua a través del micro-canal exterior (16) de entrada transversal, cuyo líquido de la fase continua no se mezcla instantáneamente con dicho primer líquido inyectado antes de la unión transversal, y obtener la emulsión en una micro-cana (17) de salida, en el que el caudal Qc de la fase continua, en metros cúbico por segundo, está dado por **Fórmula**

en la que A es el área del micro-canal (17) de salida, en metros cuadrados, γ la tensión interfacial entre elprimer líquido y el segundo líquido, en Newtons por metro, y μd la viscosidad de la fase dispersada en Pascal-segundos, caracterizado porque f está en el intervalo de 0,04 a 0,13 y porque la relación del caudal Qd de la fase dispersada al caudal Qc de la fase continua es **Fórmula**

en la que Ohc y Ohd son respectivamente los números de Ohnesorge de la fase continua y de la fase dispersa, siendo: **Fórmula**

donde μ es la viscosidad en Pascal-segundos, ρ es la densidad en kilogramos por metro cúbico, γ es la tensión interfacial entre el primer líquido y el segundo líquido, en Newtons por metro, y R es la mitad de la anchura del micro-canal (17) de salida, en metros.

Procedimiento para preparar emulsiones mono-dispersadas La presente invención se refiere en general a emulsiones y a la producción de emulsiones y, más particularmente, a sistemas mono-fluidos para la formación de emulsiones múltiples, y emulsiones producidas a partir de ellos.

Una emulsión es un estado fluido, que existe cuando un primer fluido se dispersa en un segundo fluido que es normalmente inmiscible o esencialmente inmiscible con el primer fluido.

Ejemplos de emulsiones comunes son emulsiones de aceite en agua y de agua en aceite, o dos o más fluidos dispuestos de una manera más compleja que una emulsión típica de dos fluidos. Las emulsiones dobles (o más generalmente: múltiples) consisten usualmente en una fase de agua emulsionada en una fase de aceite, la cual está a su vez emulsionada en una segunda fase de agua, o viceversa. Por ejemplo, una emulsión múltiple puede ser de aceite-en-agua-en-aceite (O/WO) , o de agua-en-aceite-en agua (W/O/W) . Las emulsiones múltiples son de particular interés debido a las aplicaciones corrientes y potenciales en campos tales como suministro farmacéutico, pinturas y revestimientos, alimentos y bebidas, y ayudas de la salud y la belleza.

Normalmente, las emulsiones múltiples que consisten en una gotita dentro de otra gotita se hacen utilizando una técnica de emulsificación en dos etapas, tal como aplicando esfuerzos cortantes a través de mezcladura para reducir el tamaño de las gotitas formadas durante el proceso de emulsificación, como se describe, por ejemplo, por P. Walstra, Formation of Emulsions, en: P. Becher (Ed.) , Encyclopedia of Emulsion Technology, vol. 1, Basic Theor y , Marcel Dekker Inc., Nueva York, 1983, pp. 57-127.

Se han utilizado también otros métodos para producir emulsiones de agua-en-aceite-en-agua, tales como técnicas de emulsificación con membrana (A. J. Gijsbertsen-Abrahamse et al., “Status of cross-flow membrane emulsification and outlook for industrial application” (Estado de emulsificación con membrana en flujo cruzado y perspectiva para aplicación industrial) , Journal of Membrane Science 230 (2004) 149-159) , usando, por ejemplo, una membrana de vidrio porosa.

También han sido utilizadas técnicas de micro-fluidos para producir gotitas dentro de gotitas utilizando un procedimiento que incluye dos o más operaciones o pasos. Por ejemplo, véase Anna et al., “Formation of Dispersions using Flow Focusing in Microchannels” (Formación de Dispersiones utilizando Enfoque de Flujo en Micro-canales) , Appl. Phys. Lett., 82:364 (2003) , Okushima, et al., “Controlled Production of monodispersed Emulsions by Two-Step Droplet Break-up in Microfluidic Devices” (Producción Controlada de Emulsiones monodispersas mediante Rotura o Rotura de Gotitas en dos etapas en Dispositivos de Micro-fluidos) , Langmuir 20:9905

9908 (2004) y A. S. Utada et al., “Monodisperse Double Emulsions Generated from a Microcapillar y Device”

(Emulsiones Dobles de Mono-dispersión Generadas por un Dispositivo Micro-capilar) , Science 308, 537 (2005) . Lingling Shui, Albert van den Berg y Jan C. T. Eijkel, “Interfacial tension controlled W/O and O/W 2-phase flows in microchannel” (Flujos de W/O y O/W en dos fases de tensión interfacial controlada en micro-canal) , Lab Chip 2009, 9, 795 – 801, DOI: 10.1039/b813724b.

En algunos de estos ejemplos, se utiliza una unión en forma de T en un dispositivo de micro-fluido para formar primeramente una gotita acuosa en una fase de aceite, que es a continuación transportada aguas abajo a otra unión en T en la que la fase de aceite que contiene gotitas acuosas internas es desmenuzada en gotas dentro de la fase acuosa exterior continua. Esto se puede hacer también en geometría de unión cruzada o transversal. En otra técnica, se pueden utilizar chorros coaxiales para producir gotitas revestidas, pero estas gotitas revestidas deben ser nuevamente emulsionadas en la fase continua con el fin de formar una emulsión múltiple.

Las emulsiones múltiples y los productos que se pueden hacer a partir de ellas se pueden utilizar para producir una diversidad de productos útiles en la alimentación, revestimientos, cosmética o en las industrias farmacéuticas, por ejemplo. Los métodos para producir emulsiones múltiples que proporcionan tamaños de gotitas uniformes, recuentos de gotitas uniformes, espesores de revestimiento uniformes y/o control mejorado harían más viable la implementación comercial de estos productos.

La presente invención se refiere en general a emulsiones, tales como emulsiones primarias, emulsiones dobles o emulsiones triples y a métodos y aparatos para preparar tales emulsiones. Se hace referencia comúnmente a las emulsiones dobles o triples (o mayores) como emulsiones múltiples.

Por ejemplo, una emulsión puede contener gotitas que contengan gotitas menores dentro de ellas, en las que al menos algunas de las gotitas menores contengan gotitas más pequeñas dentro de ellas, etc. Las emulsiones múltiples pueden ser útiles para encapsular especies tales como agentes farmacéuticos, células, productos químicos, o similares. En algunos casos, una o más de las gotitas (por ejemplo, una gotita interior y/o una gotita exterior) pueden cambiar de forma, por ejemplo, para ser solidificadas para formar una micro-cápsula, un liposoma, un polimerosoma, o un coloidosoma. Como se describe en lo que sigue, las emulsiones múltiples pueden ser formadas en una operación o paso en ciertas realizaciones, generalmente con carácter repetitivo preciso, y se pueden diseñar para incluir una, dos, tres o más gotitas dentro de una única gotita exterior (cuyas gotitas pueden ser encajadas todas en algunos casos) . Según se utiliza en esta memoria, el término “fluido” significa en general un material en un estado líquido o gaseoso. Sin embargo, los fluidos pueden contener también sólidos, tales como partículas suspendidas o coloidales. Campos en los que pueden demostrar ser útiles las emulsiones múltiples incluyen, por ejemplo, alimentación, bebidas, ayudas a la salud y la belleza, pinturas y revestimientos, y fármacos y suministro de fármacos. Por ejemplo, se puede encapsular una cantidad precisa de fármaco, sustancia farmacéutica y otro agente por medio de una envoltura diseñada para romperse bajo condiciones fisiológicas particulares. En algunos casos, pueden estar contenidas células dentro de una gotita, y las células pueden ser almacenadas y/o suministradas, por ejemplo, por medio de un polimerosoma. Otras especies que pueden ser almacenadas y/o suministradas incluyen, por ejemplo, especies bioquímicas, tales como ácidos nucleicos tales como siRNA, RNAi y DNA, proteínas, péptidos o enzimas. Especies adicionales que pueden ser incorporadas dentro de una emulsión múltiple de la invención incluyen, pero sin limitación, nano-partículas, puntos quantum, fragancias, proteínas, indicadores, tintes, especies fluorescentes, productos químicos, o similares. Una emulsión múltiple puede servir también como un recipiente de reacción en ciertos casos, tal como para controlar reacciones químicas, o para transcripción y traslación in vitro, por ejemplo para tecnología de evolución dirigida.

Documentos de la técnica anterior, tales como el citado anteriormente de Okushima, proponen procedimientos de rotura en dos pasos para la producción de emulsione dobles (W/O/W) . En una estructura de micro-canales con dos uniones en T, se forman gotitas acuosas en una fase de aceite en la primera o superior unión en T y a continuación resultan encapsuladas en la envoltura de la fase de aceite en la segunda o inferior unión con agua como la fase continua. Una unión hidrófoba es obligatoria para facilitar la rotura de gotitas en fase de agua interna en la primera unión y es obligatoria una unión hidrófila para la rotura de gotitas en una fase de aceite en la segunda unión. Se consigue muy buen control sobre el tamaño de las gotas externas y el número de gotas internas.

Sin embargo, en el proceso de rotura de dos pasos tiene el inconveniente de que son difíciles de crear de una manera controlada emulsiones dobles o múltiples con aceites de alta viscosidad.

La consecuencia es que en un proceso de rotura de dos pasos, es casi imposible producir una emulsión doble a partir de una emulsión primaria con una elevada fase interna con gotitas de dimensiones de micras. Tampoco es beneficioso tener gotitas grandes desde un punto de vista práctico, debido a que una fase interna con un número grande de gotitas pequeñas es más estable que una de pocas gotas grandes.

Christopher et al. (J. Phys. D: Appl. Phys. 40 (2007) R319) estudian la formación de gotitas de emulsión uniformes en dispositivos... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para preparar una emulsión, que comprende: inyectar un primer líquido como líquido de la fase dispersada a través de un micro-canal central (15) de entrada de un sistema de micro-canales con un chip (10) de geometría de unión cruzada, inyectar un segundo líquido como líquido de fase continua a través del micro-canal exterior (16) de entrada transversal, cuyo líquido de la fase continua no se mezcla instantáneamente con dicho primer líquido inyectado antes de la unión transversal, y obtener la emulsión en una micro-cana (17) de salida, en el que el caudal Qc de la fase continua, en metros cúbico por segundo, está dado por

Ay

Q = f x , c fd

en la que A es el área del micro-canal (17) de salida, en metros cuadrados, γ la tensión interfacial entre el primer líquido y el segundo líquido, en Newtons por metro, y μd la viscosidad de la fase dispersada en Pascal-segundos, caracterizado porque f está en el intervalo de 0, 04 a 0, 13 y porque la relación del caudal Qd de la fase dispersada al caudal Qc de la fase continua es

0, 00272

< , Ohc *Ohd

en la que Ohc y Ohd son respectivamente los números de Ohnesorge de la fase continua y de la fase dispersa, siendo:

fi

Ohi =

donde μ es la viscosidad en Pascal-segundos, ρ es la densidad en kilogramos por metro cúbico, γ es la tensión interfacial entre el primer líquido y el segundo líquido, en Newtons por metro, y R es la mitad de la anchura del micro-canal (17) de salida, en metros.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque como el primer líquido se utiliza una fase de aceite y como el segundo líquido una fase de agua.

3. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como el primer líquido se utiliza una emulsión primaria obtenida por métodos conocidos per se, tal como aplicando elevados esfuerzos cortantes, y/o por acción sónica, a una mezcla de dos líquidos que no se mezclan entre sí.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, caracterizado porque como el primer liquido se utiliza una emulsión primaria con gotitas muy pequeñas.

5. El procedimiento de las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque el tamaño de las gotitas de la emulsión

primaria es menor que 1 μm.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cada uno de los micro-canales (15) y (16) de entrada y/o el canal de salida (17) del sistema de micro-canales presenta un tamaño entre 10 y 1000 μm.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 5, caracterizado porque el tamaño de las gotitas externas de la emulsión primaria o múltiple obtenida es variado entre 5 y 1000 μm mediante la aplicación de los tamaños de micro-canal de la reivindicación 6.

8. El procedimiento de la reivindicación 7, caracterizado porque el tamaño de gotitas externas de la emulsión primaria o múltiple obtenida presenta un coeficiente de variación (CV) de menos que el 5 %.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer líquido es o bien aceite de girasol o un aceite de semilla de soja, o un aceite de oliva, o un aceite de ricino, o cualquier otro líquido orgánico o una emulsión primaria obtenida por el uso de cualquiera de estos aceites como el líquido de la fase continua.

10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer líquido es una solución de polímero o una emulsión de un polímero, tal como poliestireno, polietileno, polietilenglicol, en un disolvente apropiado, tal como diclorometano, tetrahidrofurano o etilacetato.