Production of complex emulsions using microfluidics devices

Emulsões são sistemas coloidais onde um líquido é disperso em outro líquido imiscível. O controle dessa dispersão pode trazer importantes contribuições para a ciência e para a sociedade, já que este tipo de sistema coloidal apresenta variadas e importantes aplicações nas áreas alimentícia, farmacêutica e de materiais. Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver e aperfeiçoar técnicas de produção de emulsões com baixa dispersão de tamanhos utilizando dispositivos simples e de baixo custo. Apresenta-se, assim, a técnica de produção de emulsões simples através da utilização de dispositivos construídos a partir de tubos capilares de vidro. Além disso, verifica-se a dependência do diâmetro das gotas das emulsões produzidas com a vazão da fase contínua e dispersa. Utilizando este dispositivo, produzem-se também partículas sólidas a partir da preparação de gotas de poliestireno dissolvido em clorofórmio e posterior evaporação do clorofórmio. Embora esse tipo de dispositivo apresente bons resultados, sendo possível produzir emulsões, por exemplo, com diâmetro médio das gotas igual a (80±1) μm e desvio padrão de 1,3 μm (σ/dm = 1, 6%), ele tem limitações quanto ao número de configurações dos fluxos possíveis de se trabalhar. Outro dispositivo produzido constitui-se basicamente de microcanais produzidos em lâminas de microscópio por ataque controlado de ácido fluorídrico. A vedação superior dos canais é feita utilizando cola epóxi (araldite) tendo-se, assim, canais de largura e profundidades controladas. Para testar a qualidade deste tipo de dispositivo, fez-se também a verificação do diâmetro das gotas de emulsão produzidas com a vazão da fase contínua ou dispersa, tendo sido possível a produção de emulsão com baixa dispersão de tamanhos, produzindo para dada condição, emulsões com diâmetro médio das gotas da ordem de (100±1) μm com desvio padrão típicos de 2%. Foram testadas quatro diferentes configurações de canais, onde as configurações em cruz (um canal contendo a fase dispersa e dois canais com a fase contínua) mostraram melhores resultados que configurações com apenas dois canais (um por fase).Emulsions are colloidal systems where one liquid is dispersed in another liquid where the two liquids are immiscible. The control of these dispersions can bring important contributions to science and society since this kind of colloidal system has many and important applications in the food and pharmaceutic area and also in the material science. This work has the main purpose to develop and improve monodisperse emulsions production techniques using simple and low-cost devices. It is shown the production of simple emulsions using devices built from glass capillary tubes. Besides, the drops diameter dependence with the phases flow rate is verified. Solid particles were made from droplets of poly(styrene) dispersed in chloroform, followed by the evaporation of the chloroform, using these devices. Although the glass capillary tube devices show good results, we have made emulsions, for instance, of (80±1) μm with standard deviation of 1,3 μm (σ/dm = 1, 6%), they have limitations concerning the configuration of the tubes. Another kind of device built was made basically from microchannels produced in glass microscope slides using hydrofluoric acid to attack the slide surfaces. The slides were sealed using epoxy glue and the final result were channels with controlled values of depth and width. The dependence of the drops diameter with the continuous and disperse phases flow rate were made to test the devices quality. High quality emulsions were obtained with tipical values for diameter and standar deviation about 100 μm and 2%. Four different channel configurations were tested and the configuration where the channels were built as a cross (one channel carrying the disperse phase and two channels carrying the continuous phase) shown better results then the devices with only two channels (one channel carrying each phase)