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首次利用液體門控技術(shù)提出液-液界面減阻核心機(jī)理，通過液體門控技術(shù)獲得了光滑的液-液界面來替代固體界面解決上述問題，實(shí)現(xiàn)了在乳化過程中有效降低液體分散時(shí)的阻力，攻克了現(xiàn)有乳化技術(shù)中從能耗高、效率低、污染結(jié)垢到生物活性成分易失活等技術(shù)壁壘，為乳化行業(yè)提供了新的技術(shù)路線。侯旭教授團(tuán)隊(duì)一直致力于“液體門控技術(shù)”的研究，該技術(shù)由侯旭等人首次提出。2020年世界權(quán)威化學(xué)組織國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）將“液體門控技術(shù)”評為該年度全球“化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”。

乳狀液廣泛應(yīng)用于食品、化妝品、生物醫(yī)藥、材料制造和石油化工等領(lǐng)域。在2021年，全球乳狀液的市場規(guī)模已經(jīng)超過3000億美元。乳化技術(shù)可以分為非接觸法和接觸法。非接觸法中最常見的是超聲乳化法，它利用超聲波對液體的空化作用使液體形成乳狀液，但是該過程通常需要非常高能量輸入。并且在超聲過程中，大部分輸入能量容易消散為熱量，從而使乳狀液中的一些溫度敏感的生物成分（如蛋白質(zhì)、酶和細(xì)菌）因乳化過程中暴露于高溫而失活。接觸法包括均質(zhì)、渦旋混合、微流控、膜乳化等。在上述的乳化方法中，膜乳化方法操作條件較為溫和，易于放大生產(chǎn)，并且消耗能量相對其它方法更少。無論乳化過程中有多少種不互溶的液體，采用膜乳化方法制備乳狀液時(shí)，初始乳化過程總是發(fā)生在固-液界面，并且使液體分散成液滴的剪切應(yīng)力是由固體基質(zhì)提供，但由于固-液界面存在較大的阻力，因此該過程仍然需要較高的壓強(qiáng)。此外，固體基質(zhì)表面或內(nèi)部的污染或結(jié)垢是無法避免。

減阻液體門控界面乳化機(jī)制示意圖

該乳化研究工作利用毛細(xì)力穩(wěn)定的減阻液體門控結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的液-液界面，提供剪切應(yīng)力并降低阻力，使液體易于分散成液滴（圖）。理論模擬和實(shí)驗(yàn)分析表明了該方法高效的乳化性能。該方法能夠控制液滴的大小和均勻性，并且具有優(yōu)異的抗污染性能。此外，該方法為一些溫度敏感的生物成分（例如酶、蛋白質(zhì)和細(xì)菌）提供了一個(gè)適宜的環(huán)境，以避免它們在乳化過程中因暴露在高溫下而失活。該減阻液體門控界面乳化系統(tǒng)有望應(yīng)用于食品、日用化學(xué)品、生物醫(yī)藥、材料制備、石油化工等眾多領(lǐng)域，并有助于推動(dòng)全球乳液市場的研究與發(fā)展。

該研究工作在侯旭教授的指導(dǎo)下，主要由博士生余詩潔（第一作者）完成，并得到福州大學(xué)孫浩課題組的支持。研究工作獲得國家自然科學(xué)基金（52025132、21975209、21621091、22021001），國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFA0209500），高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃（B16029、B17027）資助。