摘要:本發(fā)明公開(kāi)了一種基于相界面牽引的水凝膠微球制造裝置及方法，屬于凝膠材料制備技術(shù)領(lǐng)域，裝置包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支撐機(jī)構(gòu)相連接，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括連桿組件和動(dòng)力組件，支撐機(jī)構(gòu)包括第一支撐組件和第二支撐組件。本發(fā)明采用上述的一種基于相界面牽引的水凝膠微球制造裝置及方法，區(qū)別于液滴微流控法高速流動(dòng)的油相，重點(diǎn)在于管路的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用界面張力的牽引，在溫和條件下形成大小可控的微液滴，其生產(chǎn)速度取決于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和接受池的面積，油相可反復(fù)使用，且效率高于常見(jiàn)的微球生產(chǎn)方法。

液滴微流控法、機(jī)械乳化法和靜電法是目前常用的微滴制造方法。液滴微流控法和機(jī)械乳化法需要消耗大量油相和乳化劑，微球固化洗滌步驟繁瑣，生產(chǎn)成本高，此外微流控芯片的使用壽命短，管路易堵塞，影響生產(chǎn)效率。高壓靜電法適用于批量制造粒徑不小于500μm的微球，但液滴所受靜電力難以精準(zhǔn)控制，無(wú)法穩(wěn)定產(chǎn)生小體積液滴，固化后的微球粒徑均一性較差。此類(lèi)方法受限于水相前驅(qū)液粘度，難以預(yù)估微球大小，需要反復(fù)調(diào)試生產(chǎn)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于相界面牽引的水凝膠微球制造裝置及方法，區(qū)別于液滴微流控法高速流動(dòng)的油相，重點(diǎn)在于管路的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用界面張力的牽引，在溫和條件下形成大小可控的微液滴，其生產(chǎn)速度取決于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和接受池的面積，油相可反復(fù)使用，且效率高于常見(jiàn)的微球生產(chǎn)方法。

基于相界面牽引的水凝膠微球制造方法，采用上述所述的一種基于相界面牽引的水凝膠微球制造裝置，包括以下步驟：

步驟一、將裝置安裝好，并在針管7的下端放置油相；

步驟二、啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和注射泵，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輪8進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪8帶動(dòng)第一連桿1進(jìn)行上下移動(dòng)，第一連桿1帶動(dòng)第二連桿2上下移動(dòng)，第二連桿2帶動(dòng)針管支架6進(jìn)行上下移動(dòng)，針管支架6帶動(dòng)針管7上下移動(dòng)；其中，電機(jī)轉(zhuǎn)速為89-200rpm，注射泵泵速0.22-0.89μL/s。

步驟三、注射泵將水凝膠前驅(qū)液以恒定速度推注，針管7上下移動(dòng)時(shí)，針管7的針頭進(jìn)出油相，管口擠出的水凝膠前驅(qū)液受界面張力牽引形成一個(gè)微液滴留在油相，并在下落時(shí)通過(guò)離子或光固化變?yōu)樗z微球。

步驟三中水凝膠前驅(qū)液為含有海藻酸鈉、明膠、丙烯酰胺的具有凝膠特性的物質(zhì)，且水凝膠前驅(qū)液的密度大于油相密度，且與油相不互溶，油相可以為任意低粘度的液體。

實(shí)施例1

本發(fā)明提供了一種基于相界面牽引的水凝膠微球制造方法，采用上述的一種基于相界面牽引的水凝膠微球制造裝置，包括以下步驟：

步驟一、將裝置安裝好，并在針管7的下端放置油相，其中步進(jìn)電機(jī)為42步進(jìn)電機(jī)，其余結(jié)構(gòu)均使用3D打印機(jī)(Phrozen Sonic Mini S)和光固化樹(shù)脂(錦朝MD5100)制備；

步驟二、啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和注射泵，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為530rpm，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輪8進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)輪8帶動(dòng)第一連桿1進(jìn)行上下移動(dòng)，第一連桿1帶動(dòng)第二連桿2上下移動(dòng)，第二連桿2帶動(dòng)針管支架6進(jìn)行上下移動(dòng)，針管支架6帶動(dòng)針管7上下移動(dòng)；

步驟三、注射泵將水凝膠前驅(qū)液推注，針管7上下移動(dòng)時(shí)，針管7的針頭進(jìn)出油相，針管7管口擠出的水凝膠前驅(qū)液受界面張力牽引形成一個(gè)微液滴留在油相，并在下落時(shí)通過(guò)離子或光固化變?yōu)樗z微球，其中油相為液體石蠟(貨號(hào)S68179，上海源葉生物科技有限公司)，下層凝固浴為2.5％CaCl2

的水溶液，水凝膠前驅(qū)液為3％果膠(酯化度30％蘋(píng)果皮果膠，煙臺(tái)安德烈果膠有限公司)水溶液，穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)直徑為600μm的水凝膠微球，如圖1所示，避免了液滴微流控技術(shù)中常見(jiàn)的漏液、管路堵塞或液滴融合等隱患。

微球大小通過(guò)注射泵泵速和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)泵速固定為0.4μL/s，修改轉(zhuǎn)速為89rpm得到直徑800μm的微球，轉(zhuǎn)速為133rpm得到直徑700μm微球，轉(zhuǎn)速為210rpm得到直徑600μm微球，轉(zhuǎn)速為363rpm得到直徑500μm微球。當(dāng)轉(zhuǎn)速固定為200rpm時(shí)，泵速為0.89μL/s得到直徑800μm微球，泵速為0.60μL/s得到直徑700μm微球，泵速為0.38μL/s得到直徑600μm微球，泵速為0.22μL/s得到直徑500μm微球。

相對(duì)于液滴微流控和靜電法制造微液滴，本發(fā)明不需要通過(guò)顯微觀察反復(fù)調(diào)整油水相泵速或靜電場(chǎng)強(qiáng)度等參數(shù)，不依賴(lài)流體力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)微滴形態(tài)，僅通過(guò)注射泵/蠕動(dòng)泵/氣壓泵泵速和電機(jī)轉(zhuǎn)速即可準(zhǔn)確控制產(chǎn)物最終粒徑。

因此，本發(fā)明采用上述一種基于相界面牽引的水凝膠微球制造裝置及方法，區(qū)別于液滴微流控法高速流動(dòng)的油相，重點(diǎn)在于管路的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用界面張力的牽引，在溫和條件下形成大小可控的微液滴，其生產(chǎn)速度取決于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和接受池的面積，油相可反復(fù)使用，且效率高于常見(jiàn)的微球生產(chǎn)方法。