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基于相界面牽引的水凝膠微球制造方法
來源:南京農業(yè)大學三亞研究院 瀏覽 249 次 發(fā)布時間:2025-05-21
摘要:本發(fā)明公開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領域,裝置包括傳動機構和支撐機構,傳動機構和支撐機構相連接,傳動機構包括連桿組件和動力組件,支撐機構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的油相,重點在于管路的往復運動,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,其生產速度取決于步進電機轉速和接受池的面積,油相可反復使用,且效率高于常見的微球生產方法。
液滴微流控法、機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控制,無法穩(wěn)定產生小體積液滴,固化后的微球粒徑均一性較差。此類方法受限于水相前驅液粘度,難以預估微球大小,需要反復調試生產參數(shù)。
發(fā)明內容
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的油相,重點在于管路的往復運動,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,其生產速度取決于步進電機轉速和接受池的面積,油相可反復使用,且效率高于常見的微球生產方法。
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、啟動步進電機和注射泵,步進電機帶動主動輪8進行轉動,主動輪8帶動第一連桿1進行上下移動,第一連桿1帶動第二連桿2上下移動,第二連桿2帶動針管支架6進行上下移動,針管支架6帶動針管7上下移動;其中,電機轉速為89-200rpm,注射泵泵速0.22-0.89μL/s。
步驟三、注射泵將水凝膠前驅液以恒定速度推注,針管7上下移動時,針管7的針頭進出油相,管口擠出的水凝膠前驅液受界面張力牽引形成一個微液滴留在油相,并在下落時通過離子或光固化變?yōu)樗z微球。
步驟三中水凝膠前驅液為含有海藻酸鈉、明膠、丙烯酰胺的具有凝膠特性的物質,且水凝膠前驅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,其中步進電機為42步進電機,其余結構均使用3D打印機(Phrozen Sonic Mini S)和光固化樹脂(錦朝MD5100)制備;
步驟二、啟動步進電機和注射泵,步進電機轉速為530rpm,步進電機帶動主動輪8進行轉動,主動輪8帶動第一連桿1進行上下移動,第一連桿1帶動第二連桿2上下移動,第二連桿2帶動針管支架6進行上下移動,針管支架6帶動針管7上下移動;
步驟三、注射泵將水凝膠前驅液推注,針管7上下移動時,針管7的針頭進出油相,針管7管口擠出的水凝膠前驅液受界面張力牽引形成一個微液滴留在油相,并在下落時通過離子或光固化變?yōu)樗z微球,其中油相為液體石蠟(貨號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,水凝膠前驅液為3%果膠(酯化度30%蘋果皮果膠,煙臺安德烈果膠有限公司)水溶液,穩(wěn)定連續(xù)生產直徑為600μm的水凝膠微球,如圖1所示,避免了液滴微流控技術中常見的漏液、管路堵塞或液滴融合等隱患。
微球大小通過注射泵泵速和步進電機轉速控制。當泵速固定為0.4μL/s,修改轉速為89rpm得到直徑800μm的微球,轉速為133rpm得到直徑700μm微球,轉速為210rpm得到直徑600μm微球,轉速為363rpm得到直徑500μm微球。當轉速固定為200rpm時,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。
相對于液滴微流控和靜電法制造微液滴,本發(fā)明不需要通過顯微觀察反復調整油水相泵速或靜電場強度等參數(shù),不依賴流體力學經驗公式預測微滴形態(tài),僅通過注射泵/蠕動泵/氣壓泵泵速和電機轉速即可準確控制產物最終粒徑。
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的油相,重點在于管路的往復運動,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,其生產速度取決于步進電機轉速和接受池的面積,油相可反復使用,且效率高于常見的微球生產方法。