CN101883631A - 用于生产珠粒的系统和方法 - Google Patents
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- B01J2/06—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops in a liquid medium
- B01J2/08—Gelation of a colloidal solution
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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- B01J13/02—Making microcapsules or microballoons
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Abstract
本发明涉及生产包含能够凝胶化的材料的珠粒的方法，所述方法包括步骤：(i)将(a)包含能够凝胶化的材料的液体组合物和(b)第一疏水相合并；(ii)通过施加外部机械能在第一反应器中对液体组合物和第一疏水相进行用于乳化的手段，生成包含处于第一疏水相中的个体微滴的乳液，所述微滴包含能够凝胶化的材料(其中能够凝胶化的材料提供不连续相，第一疏水相提供连续相)；(iii)通过将乳液从第一反应器转移至稳定化反应器来稳定化所述微滴，其中对步骤(ii)中获得的乳液进行用于凝胶化的手段，从而在5分钟或更少时间内获得凝胶化，并且形成珠粒。
Description
技术领域
本发明涉及用于生产珠粒(例如高密度珠粒)的系统和方法。更具体地，本发明涉及用于生产珠粒(例如高密度珠粒)的连续方法和设备，所述高密度珠粒包含被聚合材料包围的高密度核颗粒。
技术背景
包含聚合物材料的珠粒被普遍用作色谱介质的基础基质(base matrix)，最普遍使用的聚合物材料为琼脂糖。琼脂糖作为基础基质是理想的，因为其具有最小的非特异性吸附，亲水性，对例如碱和溶剂的强化学耐受性，高孔隙率，和用于交联与功能化的丰富OH-基。一类色谱介质包含一种或多种外侧具有琼脂糖涂层的核颗粒。这类珠粒尤其适用于流化床吸附，因为必须控制这类珠粒的密度来对抗流化流(fluidizing flow)的浮力，这类珠粒也可用作离子交换和亲和填充床(packed-bed)介质。
制造琼脂糖珠粒的一种常见方法是在搅拌釜中使包含琼脂糖的水性液体与疏水液体接触。该间歇方法通常用于制造均匀和有核的珠粒。在存在核材料时将琼脂糖固体悬浮于水中，然后加热至琼脂糖的熔点(约90℃)或高于熔点。然后在搅拌釜中将热琼脂糖溶液倒入热的疏水流体中。疏水流体可以是溶剂例如甲苯或矿物油。因为水性琼脂糖溶液和疏水流体不混合，所以持续的搅动使两种液体成为乳液，被热的琼脂糖溶液包围的核材料成为悬浮于疏水流体中的小微滴。通常添加在疏水流体中可溶的表面活性剂来稳定小微滴，使它们不聚结成更大的微滴。然后在搅拌罐中将乳液逐步冷却30-300分钟，使微滴固化成为凝胶化的珠粒。然后可以将珠粒洗涤和过筛，将分布窄化至有用的范围。
在EP 1 764 151(与US 2007/0069408相同)中描述了用于生产具有固体核的琼脂糖或琼脂糖珠粒的不同方法。所述方法涉及将琼脂糖溶于/熔于合适的液体中，将其与疏水液体混合形成乳液，并将所述乳液保持在等于或大于琼脂糖凝胶化点的温度下，使所述乳液经过静态混合器得到琼脂糖微滴，并在第二疏水液体浴中固化所述琼脂糖微滴。然后可以通过倾析或离心分离来回收珠粒。可以将珠粒洗涤并使用，或进一步加工来交联琼脂糖和/或对琼脂糖添加多种功能性。EP 1 764 151使用静态混合器来代替搅拌釜来最小化琼脂糖珠粒形成中的不均一性，从而生成了制造珠粒的连续方法。
在CN 1457919 A中公开了用于制备涂覆有琼脂糖凝胶薄壳介质的高密度核材料的方法，所述方法通过制备悬浮液并在添加乳化剂后在沙拉油中乳化来来完成。通过在相同的反应器中冷却形成珠粒。
在现有技术中，大部分公开涉及实验台规模的方法，其中整个方法(加热、乳化和冷却)在同一个反应釜中进行30分钟或更长的时间。在实际的大量生产规模或工业规模生产中，过程时间、尤其是冷却时间可能长得多。现有技术公开中的另一问题是现有技术中描述的方法不是连续方法，或者提供核颗粒的乳液时使用不足的剪力；要提供高密度珠粒的聚合材料(例如琼脂糖)和疏水液体优选地具有小平均尺寸，以避免或最小化珠粒聚结成更大的团聚珠粒和不规则的块。
因此，期望使用真正连续的方法用于珠粒生产例如高密度珠粒生产，来代替大批量间歇方法。尽管研究和记录了多种类型的珠粒生产方法，但是专利和文献没有关于珠粒(例如高密度珠粒)的连续工业规模生产的记载。
因此，期望提供用于生产珠粒(例如高密度珠粒)的改进的方法和改进的系统，尤其是珠粒(例如高密度珠粒，其具有高度规则球形形状和小平均颗粒尺寸以及最小的珠粒团聚)的连续工业规模生产。本发明提供了这样的方法。
发明目的
本发明的实施方式的目的是提供以连续和工业规模生产珠粒(例如高密度珠粒)的方法和系统。
发明内容
因此，本发明的一个方面涉及用于生产包含能够凝胶化的材料的珠粒的方法，所述方法包括步骤：
(i)将(a)包含能够凝胶化的材料的液体组合物和(b)第一疏水相合并；
(ii)通过施加外部机械能，在第一反应器中对液体组合物和第一疏水相进行用于乳化的手段，生成包含处于第一疏水相中的个体微滴的乳液，所述微滴包含能够凝胶化的材料(其中能够凝胶化的材料提供不连续相，第一疏水相提供连续相)；
(iii)通过将乳液从第一反应器转移至稳定化反应器中来稳定微滴，其中对步骤(ii)中获得的乳液施加用于凝胶化的手段，从而在5分钟或更少时间内获得凝胶化，并形成珠粒。
本发明的另一方面涉及包含第一反应器的系统，所述第一反应器包含：
(i)乳化装置，用于通过施加外部机械能来乳化(a)包含能够凝胶化的材料的液体组合物和(b)第一疏水相，从而生成包含处于第一疏水相中的个体微滴的乳液，所述微滴包含能够凝胶化的材料(其中能够凝胶化的材料提供不连续相，第一疏水相提供连续相)；和
(ii)至少一个出口，所述出口将乳液从第一反应器转移至用于稳定化所述微滴的稳定化反应器。
附图说明
图1示出了本发明的用于生产高密度珠粒的方法和系统。
图2示出了作为管道混合器(inline mixer)转速的函数的产品产率。
图3示出了作为相对于每升反应器体积的外部机械能输入的函数的产品产率。
图4示出了如实施例1和2中使用的高密度琼脂糖珠粒的示意性结构，所述珠粒包含陷于琼脂糖聚合物网络中的碳化钨颗粒。
接着将在下文中更详细描述本发明。
发明详述
珠粒例如根据本发明的高密度珠粒可用于若干目的。具体地，珠粒例如根据本发明的高密度珠粒可用于色谱，如流化床吸附、扩张床(expandedbed)吸附、填充床(packed-bed)吸附，例如从而使特定的化合物与复合介质(complex medium)分离或离析。复合介质可以是来自天然来源的介质例如乳、血、水果提取物、蔬菜提取物、鱼提取物，或者介质可以来自于发酵过程，或者介质可以是工业肥料、废水等等。
在提供本发明之前，珠粒例如用于例如色谱中的高密度珠粒的生产是有问题的，因为在能够凝胶化的材料例如聚合材料(任选地与控制密度的核颗粒组合)和第一疏水相(例如有机相)的乳化期间，或者例如通过冷却使珠粒(例如高密度珠粒)充分稳定化来提供稳定化的珠粒(例如高密度稳定化的珠粒)之前，在珠粒(例如高密度珠粒)生产期间形成的微滴(例如高密度微滴)趋向于聚结。在本发明上下文中，术语“稳定化的珠粒”和“稳定化的高密度珠粒”是指在下述温度下不聚结的珠粒，所述温度是能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点和/或凝胶化点以下的温度，优选比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点低10℃或更多，更优选比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点低20℃或更多，甚至更优选比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点低30℃或更多，或进一步更优选比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点低40℃或更多。在本发明上下文中，术语“稳定化的高密度珠粒”和“高密度珠粒”可以互换使用。在本发明上下文中，术语“稳定化的珠粒”和“珠粒”可以互换使用。
在本发明上下文中，术语“能够凝胶化的材料”是指下述材料，所述材料在加热到高于能够凝胶化的材料的熔点时液化，并且在施加凝胶化手段(例如将材料冷却至低于凝胶化点的温度)时能够从液体状态变成固体水合状态(凝胶)。“熔点”通常高于凝胶化点。
在本发明的一个实施方式中，能够凝胶化的材料包括聚合材料。
在本发明的上下文中，术语“液体组合物”是指能够凝胶化的材料在溶剂中的悬浮液或溶液。
在本发明的一个实施方式中，液体组合物是悬浮液。
在本发明的一个实施方式中，悬浮液是水性悬浮液。
在本发明的一个实施方式中，液体组合物是溶液。
在本发明的一个实施方式中，第一疏水相包含有机相和/或无机相。
在本发明的一个实施方式中，有机相是油，例如矿物油。
在本发明的一个实施方式中，有机相是植物油或硅油(silicone oil)。
本发明的一个方面是用于生产下述高密度珠粒的方法，所述珠粒包含能够凝胶化的材料和控制密度的核颗粒。
本发明的另一个方面是提供用于生产基本不团聚、不变形或不畸形的珠粒(例如高密度珠粒)的方法，所述方法提供了由于其稳定化而避免乳液微滴(不连续相)聚结从而成为凝胶化珠粒的方法。在本文上下文中，术语“不聚结的珠粒”是指珠粒(例如根据本发明的高密度珠粒)生产期间生产的微滴(例如高密度微滴)基本不聚结。基本不聚结是指不形成或形成有限的能够凝胶化的材料(例如琼脂糖)和控制密度的核颗粒(例如碳化钨)的团聚物、变形和畸形结构，以及纤维实体，并且优选地，可以是少于5％的水性悬浮液聚结，例如少于3％的水性悬浮液聚结，少于1％的水性悬浮液聚结，例如少于0.5％的水性悬浮液聚结或例如少于0.1％的水性悬浮液聚结。
在本文上下文中术语“水性悬浮液”是指在存在或者不存在水性溶剂例如水的情况下，在高于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点下加热时，能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和任选的控制密度的核颗粒的悬浮液，优选地为(如果有的话，控制密度的核颗粒在聚合材料中的)熔融悬浮液。
归功于本发明，现在可以提供用于以连续工艺生产珠粒(例如高密度珠粒)的方法。
另外，提供以工业规模生产珠粒(例如高密度珠粒)的方法也变得可能。具体地，提供以工业规模和连续工艺生产珠粒(例如高密度珠粒)的方法现在成为了可能。
在本发明中，术语“工业规模”涉及至少5kg珠粒(例如高密度珠粒)/小时，例如至少10kg珠粒(例如高密度珠粒)/小时，例如至少15kg珠粒(例如高密度珠粒)/小时，例如至少30kg珠粒(例如高密度珠粒)/小时，例如至少50kg珠粒(例如高密度珠粒)/小时的生产，这取决于珠粒(例如高密度珠粒)的特定应用。
为了提供珠粒(例如高密度珠粒)，可以对第一混合物施加乳化手段，所述第一混合物包含a)液体组合物，例如控制密度的核颗粒(如果有的话)在能够凝胶化的材料(例如聚合材料)中的悬浮液，和b)第一疏水相(例如有机相)。在本文上下文中，术语“乳化手段”是指制备乳液的乳化方法。乳液是不混溶(不可混(unblendable))的物质的混合物。因此，将一种物质(分散相，例如水性悬浮液)分散于另一种(连续相，例如第一和/或第二疏水相，例如第一和/或第二有机相)中。
在本发明的上下文中，术语“第一混合物”是指形成乳液前液体组合物例如水性悬浮液(控制密度的核颗粒(如果有的话)和能够凝胶化的材料例如聚合材料)与第一疏水相例如第一有机相的混合物。在本文上下文中，术语“乳液”是指其中形成不连续相(液体组合物，例如水性悬浮液)和连续相(第一疏水相，例如第一有机相)的混合物。
在本发明的一个实施方式中，可以通过添加的外部机械能的程度，例如机械混合器(例如管道混合器)的混合速度来决定珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸分布和/或珠粒(例如高密度珠粒)的密度。
另外，珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸分布和/或珠粒(例如高密度珠粒)密度可以由第一混合物的流速(来自混合、乳化和稳定化(例如通过冷却(稳定化))来决定，所述第一混合物包含控制密度的核颗粒(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和第一疏水相(例如有机相)。
另外，珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸分布和/或珠粒(例如高密度珠粒)的密度可由控制密度的核颗粒(如果有的话)的密度以及液体组合物的密度来决定，所述液体组合物例如为控制密度的核颗粒(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的水性悬浮液。
另外，珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸分布和/或珠粒(例如高密度珠粒)的密度可以由要在第一疏水相(例如第一有机相)中乳化的液体组合物的粘度来决定，所述液体组合物例如为包含熔融的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和控制密度的核颗粒(如果有的话)的水性悬浮液。具体地，能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的浓度可对得到的珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸具有影响。
在本发明的又一个实施方式中，第一疏水相(例如第一有机相)的粘度和/或乳液的粘度可影响珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸分布和/或珠粒(例如高密度珠粒)的密度。
在本发明的一个实施方式中，珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸分布和/或珠粒(例如高密度珠粒)的密度可受至少两种上述特征，例如至少3种上述特征，例如4种上述特征，例如至少5种上述特征，例如6种上述特征的影响，所述特征为：施加的外部机械能的程度；流速；能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的粘度，液体组合物(例如水性悬浮液)的粘度；控制密度的核颗粒(如果有的话)的密度，液体组合物(例如控制密度的核颗粒(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的水性悬浮液)的密度；第一疏水相(例如第一有机相)的粘度和乳液的粘度。
优选地，可以通过步骤(ii)中提供的外部机械能的程度来控制珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸分布和/或密度。
在本发明的一个优选的实施方式中，乳化方法涉及向控制密度的核颗粒(如果有的话)、能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和第一疏水相(例如第一有机相)的第一混合物中施加外部机械能。
优选地，外部机械能对应于至少10瓦特/L反应器体积，如至少25瓦特/L反应器体积，例如至少50瓦特/L反应器体积，如至少75瓦特/L反应器体积，例如至少90瓦特/L反应器体积，如至少100瓦特/L反应器体积，例如至少250瓦特/L反应器体积，如至少400瓦特/L反应器体积，例如至少500瓦特/L反应器体积，如至少750瓦特/L反应器体积，例如至少1000瓦特/L反应器体积，如至少1250瓦特/L反应器体积，例如至少1500瓦特/L反应器体积，如至少1750瓦特/L反应器体积，如至少2000瓦特/L反应器体积，例如至少3000瓦特/L反应器体积，如至少5000瓦特/L反应器体积，例如至少10,000瓦特/L反应器体积。
在本发明的一个实施方式中，外部机械能对应于至少100瓦特/L反应器体积，如至少250Watt/L。
在本发明的一个实施方式中，外部机械能对应于至少1000瓦特/L反应器体积，如至少2000Watt/L。
反应器体积可以表示其中被施加外部机械能的第一反应器的液体填充体积。第一反应器可以是具有至少一个液体入口和至少一个液体出口的立方体、球体或腔体的形式，或者其甚至可以是具有限定的定域区域的管体或管道形式，其中在所述区域处对引入的流体施加外部机械输入。
乳化过程可以通过施加外部机械能(例如机械混合、摇动、搅拌、搅动、喷雾、转动、机械振动、研磨、剪切、挤压、使用压力波如超声波；或其组合)来提供。在本发明的一个实施方式中，乳化方法可进一步与化学作用(例如添加表面活性剂或乳化剂)组合。
在本发明的一个优选的实施方式中，可以通过机械作用，优选地通过机械混合器(例如管道混合器)的作用来提供乳化方法。
在本发明的领域中术语“机械混合器”和“动态混合器”可互换使用。然而，这两个术语的功能和效果被认为是相同的。优选地，机械混合器(或动态混合器)在100rpm或更高的速度、例如200rpm或更高的速度、例如500rpm或更高的速度、例如1000rpm或更高的速度、例如1500rpm或更高的速度、例如2000rpm或更高的速度、例如2500rpm或更高的速度、例如3000rpm或更高的速度、例如3500rpm或更高的速度、例如4000rpm或更高的速度、例如4500rpm或更高的速度、例如10,000rpm或更高的速度、例如20,000rpm或更高的速度、例如30,000rpm或更高的速度、例如50,000rpm或更高的速度下操作。
在本发明的一个实施方式中，通过在100rpm或更高、例如200rpm或更高、例如500rpm或更高的速度下操作的机械混合器提供外部机械能。
在本发明的一个实施方式中，通过在1000rpm或更高、例如3000rpm或更高、例如6000rpm或更高的速度下操作的机械混合器提供外部机械能。
优选地，可以通过管道混合器提供外部机械能。在本文上下文中，术语“管道混合器”是指下述设备，其通过施加强力的抽吸来发挥功能，将液体组合物(例如水性悬浮液)和第一疏水相(例如第一有机相)吸入转子/定子组件，然后离心力朝向边缘驱动第一混合物，在边缘处第一混合物接受研磨作用，得到乳液。这之后是强烈的液压剪切，强迫所形成的乳液高速通过定子中的钻孔、然后通过机器出口并沿管道网络排出。同时，将新鲜的液体组合物(例如水性悬浮液)和第一疏水相(例如第一有机相)连续地吸入管道混合器中，保持混合和泵入循环，从而有助于建立生产珠粒(例如高密度珠粒)的连续方法。应当注意，本领域技术人员会容易地选择其他乳化手段，其中所述手段能够进行类似的功能。
在本文上下文中，术语“外部机械能”不涉及静态混合器，因为这些混合器被认为不提供外部机械能，并且静态混合器供应的能量不足以提供珠粒(例如高密度珠粒)。
静态混合器通常用于涉及动量、热和/或物料交换的方法中。静态混合器可用于匀化、用于减少停留时间谱、用于连续操作中的分散和热转移。静态混合器是下述设备，其用于共混(混合)两种可混合的液体或蒸汽流、不可混合的液体的分散系(生成乳液)、气体在液体中的分散系和传热。
静态混合器与机械(动态)混合器(泵、搅动器)不同，因为它们没有活动的部分。混合能量由将液体运输通过系统的泵递送，并且由经过压力差的流动引出。
因此，静态混合器的效率高度依赖于应用的液体流速并受其限制。对于动态/机械装置来说不是这样，所述动态/机械装置能够在工艺线中任何选择的局限位置处定位非常高的能量输入。
因此，本发明的发明人发现静态混合器不足以生成珠粒(例如高密度珠粒)，这是由于可用于第一疏水相(例如第一有机相)中液体组合物(例如水性悬浮液)的乳化的每体积单位能量相对较低。
方法
在根据本发明的方法的一个实施方式中，其中的步骤(i)和/或(ii)在高于能够凝胶化的材料的凝胶化点的温度下进行。
在本发明的一个实施方式中，用于凝胶化的手段包括通过将乳液的温度从高于凝胶化点降低至低于凝胶化点温度的热凝胶化。
在本文上下文中，术语“热凝胶化”表示通过将能够凝胶化的材料的温度从高于凝胶化点的温度改变至低于凝胶化点的温度来形成凝胶，从而获得不团聚的单颗粒珠粒。
在本发明的一个优选的方面，提供了用于生产下述高密度珠粒的方法，所述高密度珠粒具有1.5g/mL或更高的密度，并且包含被聚合材料包围的控制密度的核颗粒。所述方法包括步骤：
(i)向第一反应器中添加(a)包含控制密度的核颗粒和聚合材料的水性悬浮液；和(b)第一有机相；
(ii)通过施加外部机械能，对水性悬浮液和第一有机相进行乳化手段，生成包含处于第一有机相中的个体高密度微滴的乳液，所述高密度微滴包含被聚合材料包围的控制密度的核颗粒(其中被聚合材料包围的控制密度的核颗粒提供不连续相，第一有机相提供连续相)；
(iii)通过将所述乳液从第一反应器转移至稳定化反应器来稳定所述高密度微滴，在所述稳定化反应器中，步骤(ii)中获得的乳液的温度在5分钟或更少的时间内被降低至低于聚合材料的凝胶化点的温度，并且形成高密度珠粒；
其中步骤(i)和/或(ii)在高于所述聚合材料的凝胶化点的温度下进行。
在一个实施方式中，根据本发明的方法用于生产密度为2.0g/mL或更高的高密度珠粒。
在一个实施方式中，根据本发明的方法用于生产密度为3.0g/mL或更高的高密度珠粒。
在本文上下文中，术语“高密度珠粒”是指聚合材料包围的高密度核颗粒，其中所述聚合材料处于液化的形式。
为了制造乳液，第一疏水相(例如第一有机相)中的控制密度的核颗粒(如果存在的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的温度应当处于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点或更高。优选地，所述温度应当比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点高1℃或更多，例如比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点高5℃或更多，例如比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点高10℃或更多，例如比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点高20℃或更多，例如比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点高30℃或更多，例如比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点高40℃或更多。
在本发明的还有一个实施方式中，能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点可低于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点，于是可在进入第一反应器之前将温度调节至低于熔点(但是高于能够凝胶化的材料例如聚合材料的凝胶化点)。在这种情况下，温度优选应当比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点高5℃或更多，例如比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点高10℃或更多，例如比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点高20℃或更多，例如比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点高30℃或更多，例如比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点高40℃或更多。
在本发明的一个实施方式中，步骤(i)和/或(ii)中控制密度的核颗粒(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和/或第一疏水相(例如第一有机相)的温度为40℃或更高，例如50℃或更高，例如70℃或更高，例如80℃或更高，例如90℃或更高，例如110℃或更高，例如120℃或更高，例如在40-120℃的范围内，例如在50-110℃的范围内，例如在40-95℃的范围内，例如在60-90℃的范围内，例如约为80℃。
在本文上下文中，术语“熔点”是指能够凝胶化的材料(例如聚合材料)从固态改变为液态的状态。
液体组合物(例如水性悬浮液)和第一疏水相(例如第一有机相)可以连续、分离、同时或作为非均相混合物添加至第一反应器。第一疏水相(例如第一有机相)可优选地为油(例如矿物油)，其可以在能够凝胶化的材料(例如聚合材料，如琼脂糖)的熔点或凝胶化点或更高的温度下加热，从而保持其为溶液。这形成了具有连续相和不连续相的液体乳液，其中疏水相(例如油)是连续相，并且液体组合物(例如水性悬浮液，其包含被能够凝胶化的材料(例如聚合材料)包围的控制密度的核颗粒(如果有的话))是不连续相。对包含液体组合物(例如水性悬浮液)和第一疏水相(例如第一有机相)的第一混合物进行机械处理，例如搅拌或搅动，以生成乳液，优选地搅拌或搅动的速度可影响得到的珠粒(例如高密度珠粒)和/或微滴(例如高密度微滴)的尺寸和/或密度。可以影响珠粒(例如高密度珠粒)和/或微滴(例如高密度微滴)的尺寸和/或密度的其他特征可以是乳液的温度，添加至液体组合物(例如水性悬浮液)中的能够凝胶化的材料(例如聚合材料，如琼脂糖)的浓度，第一疏水相(例如第一有机相)的粘度，要被乳化的熔融的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和控制密度的核颗粒(如果存在的话)的粘度，控制密度的核颗粒(如果存在的话)的密度和控制密度的核颗粒(如果存在的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的水性悬浮液的密度，和相对于第一疏水相(例如第一有机相)体积的液体组合物例如水性悬浮液(其包含控制密度的核(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料))的体积，或其任何组合。
在本发明的一个实施方式中，乳液包含的液体组合物例如水性悬浮液(其包含控制密度的核(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料))和第一疏水相(例如第一有机相)之间的比例在1∶1-1∶20的范围内，例如在1∶1.5-1∶10的范围内，例如在1∶2-1∶10的范围内，例如在1∶3-1∶10的范围内，例如在1∶3-1∶8的范围内，例如在1∶3-1∶5的范围内，例如在1∶3-1∶4的范围内。
优选地，液体组合物(例如水性悬浮液)包含相对于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)而言1％v/v或更多的控制密度的核颗粒，例如相对于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)而言3％v/v或更多，例如5％v/v或更多，例如8％v/v或更多，例如10％v/v或更多，例如12％v/v或更多，例如15％v/v或更多，例如20％v/v或更多，例如25％v/v或更多的控制密度的核颗粒。
制造珠粒(例如高密度珠粒)的方法可包括，通过向釜或罐中任选地与水性溶剂一起添加能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和控制密度的核颗粒(如果有的话)，然后加热至能够凝胶化的材料(例如聚合材料)熔点或更高的温度，来生成液体组合物(例如水性悬浮液)。取决于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)，例如为了在液体组合物(例如水性悬浮液)中溶解能够凝胶化的材料(例如聚合材料)，优选地该温度通常从约80℃到约120℃。因此，在向第一反应器添加能够凝胶化的材料(例如聚合材料)之前，可以将能够凝胶化的材料(例如聚合材料)悬浮于水性溶剂中或熔融。优选地，可以在添加至第一反应器之前将控制密度的颗粒(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)加热至能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点或高于熔点的温度。
在本发明的一个优选的实施方式中，可以在添加至含有第一疏水相(例如第一有机相)的第一反应器之前，在步骤(i)中将能够凝胶化的材料(例如聚合材料)与控制密度的核颗粒混合。另外，优选地将控制密度的核颗粒(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)加热至能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点或高于熔点的温度，之后再与第一疏水相(例如第一有机相)混合和/或之后再添加至第一反应器。
在本文上下文中，术语“水性溶剂”是指适用于溶解能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的液体。优选地，水性溶剂是水。在本发明的一个实施方式中，可以添加小量(按重量计，液体组合物(例如水性悬浮液)的至多20％)的一种或多种共溶剂，来提高能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的溶解度。合适的共溶剂的例子可以是N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和/或二甲基亚砜。其他类型的合适水性溶剂和共溶剂是本领域技术人员公知的。
在本发明的一个优选的实施方式中，通过将温度降低至低于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)凝胶化点的温度，允许能够凝胶化的材料(例如聚合材料)凝胶，并形成珠粒(例如高密度珠粒)。优选地，可以通过将步骤(iii)的乳液或所述乳液的一部分与第二疏水相(例如第二有机相)接触来稳定微滴(例如高密度微滴)。
在本发明的一个实施方式中，通过将步骤(iii)的乳液或所述乳液的一部分与第二疏水相在稳定化反应器中接触来稳定微滴。
可以使乳液流动或泵送通过合适的设备，来生成多份的适合快速冷却的小份乳液(温度的快速降低有助于使稳定化的珠粒例如高密度珠粒具有最小的珠粒团聚和变形)。
在一个优选的实施方式中，乳液或小份乳液离开第一反应器进入包含第二疏水相(例如第二有机相，优选地不含乳化剂和/或表面活性剂)的第二反应器中，所述第二反应器保持在低于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)凝胶化点的温度下。这导致微滴(例如高密度微滴，包含被能够凝胶化的材料(例如聚合材料)包围的控制密度的核颗粒(如果有的话))凝胶并形成具有大致球形的结构的自支撑的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)(珠粒，例如高密度珠粒)。
在本发明的一个实施方式中，第二疏水相包含有机相和/或无机相。
在本发明的一个实施方式中，第二疏水相是油，例如矿物油。
在本发明的一个实施方式中，第二疏水相是植物油或硅油。
在本发明的一个优选的实施方式中，第一和第二疏水相(例如第一和第二有机相)具有相同的化学来源。优选地，第一和第二疏水相(例如第一和第二有机相)均为油，例如矿物油。
本发明的还有一个实施方式中，第二疏水相(例如第二有机相)的流速至少是乳液流速的2倍，例如至少是乳液流速的5倍，例如至少是乳液流速的10倍，例如至少是乳液流速的12倍，例如至少是乳液流速的15倍，例如至少是乳液流速的17倍，例如至少是乳液流速的19倍，例如至少是乳液流速的20倍，例如至少是乳液流速的25倍。
本发明的一个重要的部分是将乳液和微滴(例如高密度微滴)从第一反应器和外部机械能输入区转移至第二疏水相(例如第二有机相)中，从而尽可能快地冷却和稳定珠粒(例如高密度珠粒)，将乳液转移至第二疏水相(例如第二有机相)从而使微滴(例如高密度微滴)快速冷却和稳定的方式会是本领域技术人员已知的。然而，在本发明的一个实施方式中，可以通过将乳液或乳液的一部分和微滴(例如高密度微滴)喷雾到第二疏水相(例如第二有机相)，和/或通过将乳液或乳液的一部分和微滴(例如高密度微滴)注射进第二疏水相(例如第二有机相)中，使乳液或乳液的一部分和微滴(例如高密度微滴)与第二疏水相(例如第二有机相)接触。或者，可以通过将乳液或乳液的一部分和微滴(例如高密度微滴)喷雾进入冷空气或冷却空气中、或穿过经冷却的表面(例如膜或薄管)，来提供步骤(ii)中获得的乳液的温度降低。
具体地，业已发现在尝试大规模生产珠粒(例如高密度珠粒)时，现有技术中使用的相对缓慢的冷却过程导致大量形成非常大的珠粒、团聚的珠粒和不规则颗粒。因此，本发明发现生产珠粒(例如本发明的高密度珠粒)时，应当非常迅速地进行冷却。
在本发明的一个实施方式中，在接受外部机械能输入后3分钟或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后1分钟或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后45秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后30秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后15秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后10秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后5秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后1秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.5秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.1秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.05秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.01秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.005秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.001秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.0005秒或更少时间内，将乳液和/或微滴(例如高密度微滴)的温度降低至低于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)凝胶化点的温度。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，在步骤(iii)中对乳液进行凝胶化手段，从而在1分钟或更少时间内、例如在30秒或更少时间内获得能够凝胶化的材料的凝胶化。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，在步骤(iii)中在5秒或更少时间内、例如在1秒或更少时间内，将步骤(ii)中获得的乳液的温度降低至低于能够凝胶化的材料的凝胶化点的温度。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，在步骤(iii)中在0.5秒或更少时间内、例如在0.05秒或更少时间内，将步骤(ii)中获得的乳液的温度降低至低于能够凝胶化的材料的凝胶化点的温度。
得到的珠粒的颗粒尺寸范围和平均尺寸被表明与施加至第一反应器的外部机械能的量和乳液在第一反应器中的停留时间相关。因此，一般来说，能量输入越高，珠粒的平均尺寸越小，乳液在第一反应器中的停留时间越长，珠粒也会变得越小(直至达到某一停留时间，之后珠粒尺寸在更高的停留时间下不再变得更小)。为了获得颗粒直径小于例如1mm的珠粒的高产率，乳液在被施加外部能量的第一反应器内的停留时间应当至少为1秒，更优选地至少为三秒，而为了使生产过程具有最佳的生产率，停留时间优选地应保持低于五分钟，更优选地低于三分钟，进一步更优选地低于一分钟，最优选地低于30秒。
在根据本发明的方法的一个实施方式中，外部机械能对应于至少100瓦特/L，并且在步骤(iii)中对乳液进行凝胶化手段，从而在1秒或更少时间内获得能够凝胶化的材料的凝胶化。
因此业已表明在这些条件下，处于尤其适用于色谱吸附目的的尺寸范围内的珠粒产率得到提高，而很少有或基本没有团聚和变形。
在本文上下文中，术语“接受外部机械能输入后”是指自乳液和/或乳液的微滴(例如高密度微滴)离开外部机械能输入的定域区域并且不再受施加的外部机械能影响后的时间。
能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点可依赖于使用的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的类型而变化，或甚至在相同类型的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)之中仅依赖于分子量的变化。因此，在本发明的一个实施方式中，当步骤(ii)中获得的乳液和/或珠粒(例如高密度珠粒)的温度被降低至比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点低5℃或更多，例如被降低至比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点低10℃或更多，例如被降低至比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点低15℃或更多，例如被降低至比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点低20℃或更多，例如被降低至比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点低30℃或更多，例如被降低至比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点低40℃或更多，例如被降低至比能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点低50℃或更多时，允许能够凝胶化的材料(例如聚合材料)凝胶并形成微滴(例如高密度微滴)。
在本发明的还有一个实施方式中，将步骤(ii)中获得的乳液和/或微滴(例如高密度微滴)的温度降至70℃或更低的温度下，例如50℃或更低的温度，例如40℃或更低的温度，例如30℃或更低的温度，例如20℃或更低的温度，例如10℃或更低的温度，例如1-70℃范围内的温度，例如10-50℃范围内的温度，例如15-40℃范围内的温度，例如15-30℃范围内的温度。
优选地，第二疏水相(例如第二有机相)具有从约-10℃到约70℃、更优选地从约±1到25℃、更优选地从约+5到20℃、更优选地从约+5到15℃、最优选地从约5℃到约10℃的温度。
优选地，可以在接受外部机械能输入后1分钟或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后45秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后30秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后20秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后10秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后1秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.5秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.1秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.05秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.005秒或更少时间内，例如在接受外部机械能输入后0.0005秒或更少时间内，将乳液和/或微滴(例如高密度微滴)的温度降至50℃或更低、例如40℃或更低、例如30℃或更低、例如25℃或更低、例如20℃或更低、例如15℃或更低、例如10℃的温度。
在本文上下文中，术语“凝胶化点”是指液体组合物(例如水性悬浮液)中熔融的能够凝胶化的材料(例如聚合物材料)从熔融的液相改变为固体水合相(凝胶)的状态。
术语“凝胶化”或“凝胶化点”可包括生产过程期间乳液的冷冻(例如通过使用喷雾或将乳液递送至旋转的冷表面上的其他手段)和随后对冷冻乳液的刮取。
将乳液和/或微滴(例如高密度微滴)冷却后，形成稳定化珠粒(例如高密度珠粒)。稳定化珠粒(例如高密度珠粒)可以与第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)分离，并且优选地，分离的珠粒(例如高密度珠粒)可以储存在水性、接近中性的缓冲液(例如pH 5到pH 9)中，优选地在2和10℃之间的温度下。
当在第一疏水相(例如第一有机相)中包含微滴(例如被能够凝胶化的材料(例如聚合材料)包围的控制密度的核颗粒的高密度微滴)的乳液与第二疏水相(例如第二有机相)混合时，形成第二混合物。该第二混合物包含稳定化的珠粒(例如高密度珠粒)。可以将稳定化的珠粒，例如高密度珠粒(来自步骤(iii))与第一疏水相(例如第一有机相)和/或第二疏水相(例如第二有机相)分离。
在本文上下文中，术语“第二混合物”是指包含高密度微滴/珠粒和第一疏水相(例如第一有机相)的乳液与第二疏水相(例如第二有机相)合并的混合物。
在本发明的一个实施方式中，通过从稳定化反应器转移至珠粒离析反应器，将珠粒与第二疏水相离析。
在本发明的一个优选的实施方式中，可以通过将包含稳定化珠粒(例如高密度珠粒)的第二混合物至于水性环境中来进行分离，在所述水性环境中允许珠粒(例如高密度珠粒)沉降。优选地，将包含稳定化珠粒(例如高密度珠粒)和第二疏水相(例如第二有机相)的第二混合物转移至珠粒离析反应器。优选地，通过添加水或在大致中性的pH值下的水性缓冲液(例如磷酸缓冲液、柠檬酸缓冲液、乙酸缓冲液)来提供水性环境。然后颗粒被沉降在离析反应器的底部，从那里可以将它们(例如通过阀门)取出，并且可以将第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)收集在离析反应器的顶部，从那里可以将第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)排出。优选地，可以再循环排出的第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)。
可以本身已知的方式进一步处理分离和离析的珠粒，从而获得其更均匀的尺寸和密度，和/或从而根据其特定的最终用途获得化学衍生化。因此，可以例如通过筛分或流式分选术对分离和离析的珠粒进行尺寸和/或密度分级。另外，可以以本身已知的方式，例如通过化学衍生化、交联、配体固定等等来衍生化分离和离析的珠粒。
在一个实施方式中，将第一疏水相或其一部分再循环至第一反应器，和/或将第二疏水相或其一部分再循环至稳定化反应器。
可以在第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)处于再循环的条件下之前，将额外的水分离罐与离析反应器连接。
有时，在处于再用于下次珠粒(例如高密度珠粒)生产中的条件下之前，需要将第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)过滤或离心或以其他方式处理(以有效地分离水和有机相)。
在本发明的一个实施方式中，可以用洗涤溶液洗涤分离的珠粒(例如高密度珠粒)。优选地，洗涤溶液可以选自水、水性缓冲液(例如约在中性pH下的磷酸缓冲液、柠檬酸缓冲液、乙酸缓冲液)。缓冲液可包含去污剂例如SDS，以去除任何残留的第一和/或第二疏水相，例如第一和/或第二有机相。
也可以用有机溶剂例如乙醇、异丙醇、乙酸乙酯和可以使所使用的有机相增溶的其他溶剂来洗涤珠粒(例如高密度珠粒)。
作为对上述热凝胶化的替代和/或补充，凝胶化手段包括化学凝胶化。
在本发明的一个实施方式中，凝胶化手段包括通过将乳液的温度从高于凝胶化点降低至低于凝胶化点的温度的热凝胶化，和/或凝胶化手段包括化学凝胶化手段。
在本发明的一个实施方式中，可以单独通过化学凝胶化或与热凝胶化组合获得凝胶化。
在本文上下文中，术语“化学凝胶化”表示借助于能够凝胶化的材料中的键的化学形成来形成凝胶。化学凝胶化包括但不限于共价或非共价交联，添加金属离子从而形成稳定的三维网络，聚合作用，化学诱导的构象改变，例如由pH的改变、电荷和/或电荷密度的改变、由络合物形成、或由某些化学基团的化学消除或加成(例如酯的水解或羧酸的酰胺化)引起的构象改变。
在本发明的一个实施方式中，化学凝胶化的手段包括共价交联的手段。
在本发明的一个实施方式中，用于共价交联的手段包括但不限于与同双功能或异双功能试剂反应，所述试剂例如为双环氧化物(例如丁二醇-二缩水甘油基醚(butandiol-diglycidylether))、二醛(例如戊二醛(glutaricdialdehyde))、氯乙醇(chloro-hydrines)(例如环氧氯丙烷(epichlorohydrine)和烯丙基溴(allyl-bromide))。
在本发明的一个实施方式中，化学凝胶化手段包括金属离子(所述金属离子与能够凝胶化的材料产生络合物)的添加和导致凝胶化的非共价交联。金属离子的非限制性例子包括钙、镁、铝和锌离子。
系统
本发明的发明人令人惊讶地提供了使得能够以工业规模在连续的工艺/系统中提供珠粒(例如高密度珠粒)的系统和方法，。
在本发明的一个优选的实施方式中，提供了包含第一反应器的系统。所述第一反应器包含：
(i)乳化装置，用于通过施加外部机械能来乳化(a)包含能够凝胶化的材料的液体组合物和(b)第一疏水相，从而生成包含处于第一疏水相中的个体微滴的乳液，所述微滴包含能够凝胶化的材料(其中能够凝胶化的材料提供不连续相，第一疏水相提供连续相)；和
(ii)至少一个出口，所述出口将乳液从第一反应器转移至稳定化反应器，从而稳定所述微滴。
优选地，微滴(例如高密度微滴)的稳定化可以是闪速稳定化(flashstabilisation)。在本文上下文中，“闪速稳定化”是指微粒(例如高密度微滴)的即刻稳定化，优选地为说明书中先前定义的在5分钟或更少时间内的稳定化。
在本发明的一个实施方式中，第一反应器可包含用于控制水性悬浮液和/或第一疏水相(例如第一有机相)温度的手段。在另一实施方式中，可在添加至第一反应器之前直接对液体组合物(例如水性悬浮液)和/或第一疏水相(例如第一有机相)使用用于控制温度的手段，或者用于控制温度的手段可以形成第一反应器的控制第一混合物和/或乳液温度的部分。
优选地，稳定化反应器能够通过进行凝胶化手段，例如如说明书中先前所述通过在5分钟或更少时间内将步骤(i)中获得的乳液和珠粒(例如高密度珠粒)的温度降低至低于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)凝胶化点的温度，来稳定化乳液和微滴(例如高密度微滴)。将步骤(i)中获得的乳液和微滴(例如高密度微滴)的温度降低至低于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)凝胶化点的温度所耗费的时间可以由下述时间决定：从乳液和微滴(例如高密度微滴)离开第一反应器中提供的外部机械能来源直至所述乳液和所述微滴(例如所述高密度微滴)达到稳定化反应器(并优选地与第二疏水相例如第二有机相接触)并被充分冷却使得能够凝胶化的材料(例如聚合材料)凝胶化从而被稳定的时间。在本发明的一个实施方式中，稳定化反应器包含第二疏水相，例如第二有机相。
在本发明的一个实施方式中，第一反应器可包含至少一个下述入口，所述入口用于向第一反应器中添加包含控制密度的核颗粒(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的水性悬浮液。
在本发明的还有一个实施方式中，第一反应器可包含至少一个下述入口，所述入口用于向第一反应器中添加第一疏水相(例如第一有机相)。或者第一反应器可包含至少一个用于添加第一混合物的入口，所述第一混合物包含控制密度的核颗粒(如果有的话)、能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和第一疏水相(例如第一有机相)。
可以在进入第一反应器之前对第一混合物施加用于生成“预乳液”的手段。在本文上下文中，术语“预乳液”是指生成初始乳液的(a)包含控制密度的核颗粒(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的水性悬浮液和(b)第一疏水相(例如第一有机相)的混合物，所述初始乳液必须进行进一步乳化。
在本发明的一个实施方式中，稳定化反应器还与珠粒离析反应器连接。
在本发明的一个实施方式中，珠粒离析反应器包含用于取出稳定化珠粒的出口，和/或用于将第一疏水相转移回第一反应器中的第一再循环出口，和/或用于将第二疏水相转移回稳定化反应器的第二再循环出口。
稳定化反应器还可以与珠粒离析反应器连接。稳定化反应器可包含至少一个出口，所述出口将第二混合物和珠粒(例如高密度珠粒)从稳定化反应器转移至珠粒离析反应器中，用于将珠粒(例如高密度珠粒)与第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)分离。
在本发明的一个实施方式中，珠粒离析反应器包含水性环境。
所述珠粒离析反应器可包含水性环境(例如水)，从而可以例如通过阀门从珠粒离析反应器的底部取出(优选地连续取出)珠粒(例如高密度珠粒)，并且第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)可移至水相的顶部，随后被取出并任选地作为之后珠粒(例如高密度珠粒)生产的第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)再循环。
在本发明的一个实施方式中，珠粒离析反应器包含用于取出珠粒(例如高密度稳定化珠粒)的一个出口，和/或用于将第一疏水相(例如第一有机相)转移回第一反应器的第一再循环出口，和/或用于将第二疏水相(例如第二有机相)转移回稳定化反应器的第二再循环出口。
材料和产品
在本文上下文中，术语“第一疏水相(例如第一有机相)”是指下述疏水相，其温度高于如上文定义的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的熔点，并且具有与水和/或能够凝胶化的材料(例如聚合材料)相排斥的物理特性。或者在下述情况下可以使用无机相：只有该无机相是疏水的，并且其不与水和/或能够凝胶化的材料(例如聚合材料)混合。
在本发明的一个优选的实施方式中，第一疏水相(例如第一有机相)是油，尤其是矿物油。
在本发明的一个实施方式中，第一疏水相(例如第一有机相)是植物油或硅油。
第一疏水相(例如第一有机相)可包含表面活性剂和/或乳化剂。最适的表面活性剂/乳化剂和所述表面活性剂/乳化剂的最适浓度将取决于所使用的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的浓度，可能需要一些实验来确定该最适度。通常，可以使用占乳液总重从约0.001％到约10％、优选地从约0.01％到约5％浓度的表面活性剂/乳化剂。
在本发明的一个实施方式中，第一疏水相(例如第一有机相)不包含表面活性剂或乳化剂。
在本文上下文中，术语“第二疏水相(例如第二有机相)”是指下述疏水相，其温度低于如上文定义的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的凝胶化点，并且具有与水和/或能够凝胶化的材料(例如聚合材料)相排斥的物理特性。或者在下述情况下可以使用无机相：只有该无机相是疏水的，并且其不与水和/或能够凝胶化的材料(例如聚合材料)混合。
在本发明的一个优选的实施方式中，第二疏水相(例如第二有机相)是油，尤其是矿物油。
在本发明的一个实施方式中，第二疏水相(例如第二有机相)是植物油或硅油。
优选地，第二疏水相(例如第二有机相)不包含表面活性剂或乳化剂。
在本发明的一个优选的实施方式中，第一和第二疏水相(例如第一和第二有机相)具有相同的化学来源。优选地，第一和第二疏水相(例如第一和第二有机相)可以是油，尤其是矿物油或植物油或硅油。
在本文上下文中，术语“高密度珠粒”和“稳定化的高密度珠粒”可互换使用，并且是指根据本发明生产的下述稳定化的固体珠粒，其包含被能够凝胶化的材料(例如聚合材料)包围的控制密度的核颗粒。优选地，所述固体高密度珠粒是凝胶形式。在一个优选的实施方式中，高密度珠粒具有1.5g/mL或更高的密度，例如1.6g/mL或更高的密度，例如1.7g/mL或更高的密度，例如1.8g/mL或更高的密度，例如1.9g/mL或更高的密度，例如2.0g/mL或更高的密度，例如2.1g/mL或更高的密度，例如2.2g/mL或更高的密度，例如2.3g/mL或更高的密度，例如2.4g/mL或更高的密度，例如2.5g/mL或更高的密度，例如2.6g/mL或更高的密度，例如2.7g/mL或更高的密度，例如2.8g/mL或更高的密度，例如2.9g/mL或更高的密度，例如3.0g/mL或更高的密度，例如3.5g/ml或更高的密度，例如4.0g/ml或更高的密度，例如5g/ml或更高的密度，例如7g/ml或更高的密度，例如10g/ml或更高的密度，例如15g/ml或更高的密度。
与经干燥的吸附剂的密度相反，高密度珠粒的密度旨在描述完全溶剂化(例如水合)状态的个体珠粒的密度。
可能优选的是，根据本发明生产的珠粒(例如高密度珠粒)适用于稳定化流化床吸附。“稳定化流化床”可以被定义为一种流化床，其中存在低程度的珠粒(例如高密度珠粒)回流混合(back-mixing)，这是因为每个珠粒的运动被限制为在总床体积的有限体积内移动。这表示每个珠粒具有低的轴分散程度，并且在流化床的受限空间内任何位置被发现的几率不相同。稳定化床因此可以表征为构成整个流化床的珠粒(例如高密度珠粒)的非均匀组成，因为回流混合的缺失排除了床的相互异质区域的混合。
可以通过与被设计为给予均匀的液体流分布的塔一起使用下述珠粒(例如高密度珠粒)来获得流化床的稳定化，所述珠粒具有明确的尺寸分布和/或明确的密度分布。当吸附剂颗粒构成所谓的分类(或分层)床时稳定性提高，在所述分类(或分层)的床中更大和/或最致密的珠粒(例如高密度珠粒)的位置更接近床底部，而更小和/或较不致密的珠粒(例如高密度珠粒)的位置更接近床顶部。当吸附颗粒被经过塔的向上液体流升起时床扩张。
优选地，根据本发明的珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸分布被限定为使得大于90％的珠粒在平均珠粒直径的20-500％之间，更优选地在平均珠粒直径的50-200％之间，最优选地在平均珠粒直径的50-150％之间。
在本发明的一个实施方式中，珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸为1000μm或更少，例如750μm或更少，例如600μm或更少，例如500μm或更少，例如250μm或更少，例如200μm或更少，例如150μm或更少，例如100μm或更少，例如75μm或更少，例如在1-1000μm的范围内，例如在1-750μm的范围内，例如在1-500μm的范围内，例如在1-250μm的范围内，例如在1-200μm的范围内，例如在1-150μm的范围内，例如在20-160μm的范围内，例如在20-140μm的范围内，例如在20-40μm的范围内，例如在40-160μm的范围内，例如在40-120μm的范围内。
在本发明的一个实施方式中，高密度珠粒具有2.0g/ml或更高的密度，例如2.1g/ml或更高的密度，例如2.2g/ml或更高的密度，例如2.3g/ml或更高的密度，例如2.4g/ml或更高的密度，例如2.5g/ml或更高的密度，例如2.6g/ml或更高的密度，例如2.7g/ml或更高的密度，例如2.8g/ml或更高的密度，例如2.9g/ml或更高的密度，例如3.0g/ml或更高的密度，例如3.5g/ml或更高的密度，例如4.0g/ml或更高的密度，和250μm或更小，例如至多200μm，例如至多150μm，例如至多120μm，例如至多100μm，例如至多90μm，例如至多75μm，例如至多50μm，例如1-250μm范围内，例如10-160μm范围内，例如30-140μm范围内，例如40-120μm范围内，例如40-50μm，例如20-40μm，例如40-140μm，例如40-160μm的珠粒尺寸。
在本发明的还有一个实施方式中，珠粒(例如高密度珠粒)具有200μm或更小的平均珠粒尺寸，例如180μm或更小的平均珠粒尺寸，例如160μm或更小的平均珠粒尺寸，例如至多140μm，例如至多120μm，例如至多100μm，例如至多90μm，例如至多80μm，例如至多70μm，例如至多60μm，例如至多50μm，例如至多40μm，例如至多30μm，例如至多20μm，例如至多10μm的平均珠粒尺寸。
在本发明的一个实施方式中，高密度珠粒具有2.0g/ml的密度，例如2.1g/ml或更高的密度，例如2.2g/ml或更高的密度，例如2.3g/ml或更高的密度，例如2.4g/ml或更高的密度，例如2.5g/ml或更高的密度，例如2.6g/ml或更高的密度，例如2.7g/ml或更高的密度，例如2.8g/ml或更高的密度，例如2.9g/ml或更高的密度，例如3.0g/ml或更高的密度，例如3.5g/ml或更高的密度，例如4.0g/ml或更高的密度，和200μm或更小的平均珠粒尺寸，例如180μm或更小的平均珠粒尺寸，例如160μm或更小的平均珠粒尺寸，例如至多140μm，例如至多120μm，例如至多100μm，例如至多90μm，例如至多80μm，例如至多70μm，例如至多60μm，例如至多50μm，例如至多40μm，例如至多30μm，例如至多20μm，例如至多10μm的平均珠粒尺寸。
优选地，高密度珠粒具有至少1.5g/ml的密度和10-180mm范围内的平均直径，例如至少2.0g/ml的密度和20-180mm范围内的平均直径，例如至少2.1g/ml的密度和20-180mm范围内的平均直径，例如至少2.2g/ml的密度和20-180mm范围内的平均直径，例如至少2.3g/ml的密度和20-180mm范围内的平均直径，例如至少2.4g/ml的密度和20-180mm范围内的平均直径，例如至少2.5g/ml的密度和20-180mm范围内的平均直径，例如至少2.6g/ml的密度和20-180mm范围内的平均直径，例如至少2.7g/ml的密度和20-180mm范围内的平均直径，例如至少2.8g/ml的密度和20-180mm范围内的平均直径，例如至少2.9g/ml的密度和20-180mm范围内的平均直径，和最优选的大于3.0g/ml的密度和20-40mm范围内的平均直径。
根据本发明使用的珠粒(例如高密度珠粒)对要离析的生物分子物质而言可以是至少部分可渗透的，从而确保显著的结合能力，这与仅能在其表面上结合的靶分子从而导致相对低结合能力的不可渗透的珠粒相反。
高密度珠粒可以是如WO 92/00799中所述的具有被多孔材料包围的至少两个控制密度的核颗粒的聚集类型(conglomerate type)，或者是具有被多孔材料包围的单个控制密度的核颗粒的表膜类型(pellicular type)。
在本文上下文中，术语“聚集类型”是指微粒材料的高密度珠粒，其包含通过能够凝胶化的材料(例如聚合材料，如琼脂糖)保持在一起的若干个不同类型和/或尺寸的控制密度的核颗粒。
在本文上下文中，术语“表膜类型”是指下述高密度珠粒，其中每个高密度珠粒仅由被一层能够凝胶化的材料(例如聚合材料)涂覆的一个控制密度的核颗粒组成。
相应地，术语“控制密度的核颗粒”是指包含单个控制密度的核颗粒的表膜核，或者表示包含多于一个控制密度的核颗粒的聚集核。另外，控制密度的核颗粒存在于高密度珠粒内部。一个控制密度的核颗粒或多个控制密度的核颗粒可以随机分布在能够凝胶化的材料(例如聚合材料)中，并且不限于位于高密度珠粒中心。
在本发明的一个实施方式中，控制密度的核颗粒可以是单个颗粒或者是两个或更多控制密度的核颗粒的团聚物。优选地，高密度珠粒可包含多于一个控制密度的核颗粒。
控制密度的核颗粒典型地组成高密度珠粒总体积的至多90％，例如至多75％，例如至多50％，例如至多25％，优选地至多15％。
优选地，控制密度的核颗粒可以是非多孔的。在本发明的一个实施方式中，非多孔的密度控制核颗粒可选自无机化合物、金属、重金属、非金属单质(elementary non-metal)、金属氧化物、非金属氧化物、金属盐和金属合金。
优选地，非多孔的控制密度的颗粒可来自于金属，并可选自金属硅酸盐、金属硅硼酸盐(metal borosilicate)；陶瓷，包括二硼化钛、碳化钛、二硼化锆(zirconium diboride)、碳化锆、碳化钨、碳化硅、氮化铝、氮化硅、氮化钛、氧化钇和二硅化钼(molybdenum disilide)；金属氧化物和硫化物，包括铝、钛、钒、铬、锆、铪、锰、铁、钴、镍、铜和银的氧化物；非金属氧化物；金属盐，包括硫酸钡；金属，包括钨、锆、钛、铪、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铟、铜、银、金、钯、铂、钌、锇、铑和铱，和金属元素的合金，例如在所述金属元素之间形成的合金，例如不锈钢。
优选的非多孔核材料是碳化钨、钨、钢和钛珠粒，例如不锈钢珠粒。
在本发明的一个优选的实施方式中，控制密度的颗粒可具有3g/mL或更高的密度，例如3.5g/mL或更高的密度，例如4g/mL或更高的密度，例如5g/mL或更高的密度，例如7.5g/mL或更高的密度，例如10g/mL或更高的密度，例如12g/mL或更高的密度，例如15g/mL或更高的密度，例如17g/mL或更高的密度，例如20g/mL或更高的密度。
能够凝胶化的材料(例如聚合材料)可以被用作覆盖多个(或单个)控制密度的核颗粒并将其保持在一起的手段，和用作结合吸附配体的手段。
术语“能够凝胶化的材料”包含聚合材料和单体材料。作为单体材料的例子，可以是丙烯酸酯，例如丙烯酰胺；二胺，例如己二胺；双-酰基氯化物，例如邻苯二酰氯(phthalic dichloride)；乙烯基氯化物(vinylchlorides)。
术语“聚合材料”是指在加热到高于聚合材料熔点时液化，并且例如在冷却到低于聚合材料凝胶化点时凝胶化的材料。技术人员知道聚合材料的熔点和凝胶化点不总是相同的。聚合材料可以能够生成交联而形成网络，从而生成凝胶。需要时可以使用聚合材料进行任何种类的交联，可以通过工业中通常用于交联含有多个羟基的材料(例如多糖珠粒)的任何化学剂来实现，这些化学剂的非限制性例子为环氧氯丙烷或其他多功能环氧化合物，各种溴酰(bromyl)化学剂或其他多功能卤化物；甲醛、戊二醛和其他多功能醛，双(2-羟乙基)砜、二甲基二氯硅烷、二羟甲基脲(dimethylolurea)、二羟甲基乙烯脲、二异氰酸酯或多异氰酸酯等等。
在本发明的一个实施方式中，聚合材料选自天然或合成的有机聚合物。
聚合材料可选自某些类型的天然或合成有机聚合物，典型地选自：i)天然和合成的多糖和其他基于碳水化合物的聚合物，包括琼脂、藻酸盐、角叉菜胶、瓜尔胶、阿拉伯胶、印度胶(gum ghatti)、黄蓍胶(gumtragacanth)、刺梧桐胶(karaya gum)、刺槐豆胶(locust bean gum)、黄原胶、琼脂糖、纤维素、果胶、粘蛋白、葡聚糖、淀粉、肝素、壳聚糖、羟基淀粉、羟丙基淀粉、羧甲基淀粉、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素；ii)合成的有机聚合物和产生聚合物的单体，包括丙烯酸聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚醚、聚乙烯基化合物、聚烯烃及其经取代的衍生物，以及功能上包含多于一种这类聚合物的共聚物，及其经取代的衍生物；和iii)其混合物。
在本发明的一个实施方式中，天然或合成的有机聚合物选自i)天然和合成的多糖和其他基于碳水化合物的聚合物，包括琼脂、藻酸盐、角叉菜胶、明胶、瓜尔胶、阿拉伯胶、印度胶、黄蓍胶、刺梧桐胶、刺槐豆胶、黄原胶、琼脂糖、纤维素、果胶、粘蛋白、葡聚糖、淀粉、肝素、壳聚糖、羟基淀粉、羟丙基淀粉、羧甲基淀粉、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素；ii)合成的有机聚合物和产生聚合物的单体，包括丙烯酸聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚醚、聚乙烯基化合物、聚烯烃及其经取代的衍生物，以及功能上包含多于一种这类聚合物的共聚物，及其经取代的衍生物；和iii)其混合物。
在本发明的一个实施方式中，天然或合成的有机聚合物选自琼脂、明胶、琼脂糖和丙烯酸聚合物。
在本发明的一个优选的实施方式中，聚合材料可以是多糖。优选地，多糖是琼脂或琼脂糖。
在本发明的一个实施方式中，天然或合成的有机聚合物是琼脂糖。
如珠粒的制造中所常见的，可以使用多种添加剂来增强生产或者为珠粒添加特性，并且在根据本发明的珠粒(例如高密度珠粒)的生产中可以使用相同的添加剂。
一类添加剂包括可与溶液混溶的挥发性有机物。例子是一元醇如甲醇、乙醇和丙醇。这些可以以给予轻微混浊溶液的浓度使用。更高量的这些醇会引起能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的沉淀。也可以使用可混溶的酮，但是必须小心，因为在酮-水混合物中能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的溶解度更小。两种或更多这些材料的任何混合物也予以考虑。
另一类添加剂包括非挥发性的可混溶的有机物。它们的非限制性例子包括甘油，乙二醇，甲基戊二醇，二乙二醇，丙二醇，三乙二醇，乙二醇的甲醚、乙醚或正丁醚，乙二醇的二甲醚或二乙醚，乙二醇二甲醚乙酸酯、乙二醇二甲醚乙酸酯、二乙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇正丁醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚乙酸酯、二乙二醇二乙醚乙酸酯、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉等等。低分子量的聚乙二醇也是这一类材料的例子。两种或更多这些材料的任何混合物也予以考虑。
另一类添加剂包括水溶性聚合物，其包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、葡聚糖，和水溶性聚丙烯胺，包括经取代的聚丙烯胺，例如聚二甲基丙烯酰胺。这些聚合添加剂可以在初始溶解步骤中作为与聚合材料的掺合物使用，或者它们可以在聚合材料的添加和溶解后在溶液中溶解。必须小心不要添加过量的聚合物，因为会发生水性悬浮液的凝结。从约0.1％到10％的聚合物与聚合材料的比例是优选的。优选的聚合物是聚乙烯醇、葡聚糖和聚丙烯酰胺。
本发明的优选的实施方式
在一个实施方式中，本发明可基于连续高剪切乳化方法，所述方法使用包围控制密度的核颗粒的水性聚合材料(例如琼脂糖)溶液作为离散相，和第一有机相(不与水混溶的液体)作为连续相(例如矿物油)。
将水性溶剂(例如水)、聚合材料(例如琼脂糖)和控制密度的核颗粒充分混合，形成控制密度的核颗粒和聚合材料粉末在水性溶剂中的水性悬浮液。可以例如通过抽吸经过热交换器来加热所述水性悬浮液，所述热交换器将所述水性悬浮液加热至高于聚合材料的熔点。同时可以加热第一有机相，优选地加热至与水性悬浮液相似的温度。在一些情况下，可以使用热交换器将第一有机相(例如矿物油)的连续物流加热至与水性悬浮液相同的温度。
离开热交换器后，可以在管道混合器(机械/动态混合器)中混合水性悬浮液和热的第一有机相，形成水性悬浮液和第一有机相的乳液。
离开管道混合器腔后，可以立即使乳液与连续和强劲的冷第二有机相——可与水混溶的液体(例如矿物油)的流接触，即刻使乳液的温度低于聚合材料的凝胶化温度并即刻稳定化高密度微滴，形成高密度珠粒。
可以在珠粒离析反应器(例如水罐)中将高密度珠粒与第一和/或第二有机相连续地分离，其中生产的高密度珠粒浓缩在水相中，并且第一和/或第二有机相分离至顶部相。从中可以持续地将第一和/或第二有机相取出和再循环或将其部分再循环，作为提供上述乳液的第一有机相，和/或将其冷却和再循环或可以将其部分冷却和再循环，作为冷的第二有机相的强劲的流。可以通过经阀门排出，从珠粒离析反应器的底部收集高密度珠粒。在生产段后，可以将用过的第一和/或第二有机相过滤，并再用于下次高密度珠粒生产。
可以通过用水性去污剂进行流化床洗涤并在合适的筛上过筛，将被第一和/或第二有机相污染的高密度珠粒从水相收集处理。
本发明的一个实施方式是生产下述高密度琼脂糖珠粒的方法，所述高密度琼脂糖珠粒具有2.0g/ml或更高的密度，并且包含被作为聚合材料的琼脂糖包围的碳化钨作为控制密度的核颗粒，所述方法包括步骤：
(i)向第一反应器中添加(a)包含碳化钨和琼脂糖的水性悬浮液；和(b)矿物油；
(ii)通过施加外部机械能，对水性悬浮液和矿物油进行乳化手段，生成包含处于在矿物油中的个体高密度微滴的乳液，所述高密度微滴包含被琼脂糖包围的碳化钨(其中所述被琼脂糖包围的碳化钨提供不连续相，所述矿物油提供连续相)；
(iii)通过将所述乳液从第一反应器转移至稳定化反应器来稳定化所述高密度微滴，在所述稳定化反应器中，步骤(ii)中获得的乳液的温度在5秒或更少时间内被降低至低于琼脂糖凝胶化点的温度，并且形成高密度珠粒，
其中步骤(i)和/或(ii)在高于琼脂糖凝胶化点的温度下进行。
可能影响珠粒(例如高密度珠粒)尺寸的特征
最终产物中能够凝胶化的材料(例如聚合材料，如琼脂糖)的浓度可与用于制造初始水性溶液的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)的浓度相同，所述水性溶液包含控制密度的核颗粒(如果有的话)和能够凝胶化的材料(例如聚合材料)。在本发明的一个实施方式中，生产的珠粒(例如高密度珠粒群体)的颗粒尺寸可以由生产热乳液的管道混合器(机械/动态混合器)的混合速度决定。
在本发明的还有一个实施方式中，生产的珠粒(例如高密度珠粒群体)的珠粒尺寸分布和/或密度可以由控制密度的核颗粒、能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和第一疏水相(例如第一有机相)的第一混合物经过管道混合器(机械/动态混合器)的流速决定。
在本发明的又一个实施方式中，生产的珠粒(例如高密度珠粒群体)的颗粒尺寸分布和/或密度可以由要被乳化的熔融的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和控制密度的核颗粒(如果有的话)的粘度决定。因此，能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和控制密度的核颗粒(如果有的话)的浓度可对得到的珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸和/或密度具有影响。
在本发明的一个实施方式中，第一疏水相(例如第一有机相)的粘度可影响珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸分布和/或密度。
在本发明的另一个实施方式中，不必为了降低粘度而预水解能够凝胶化的材料(例如聚合材料)。
优选地，通过湿筛法(wet sieving)控制最终珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸范围。
在本发明的一个实施方式中，珠粒(例如高密度珠粒)的尺寸分布可以受至少两种上述特征，例如至少3种上述特征，例如4种上述特征的影响，所述特征为混合速度；流速；能够凝胶化的材料(例如聚合材料)和控制密度的核颗粒(如果有的话)的粘度；和第一疏水相(例如第一有机相)的粘度。
图1的描述
以下的非限制性描述进一步介绍了阐述本发明方法和系统的图1：
向罐或反应釜(1)中倒入能够凝胶化的材料和控制密度的核颗粒，所述能够凝胶化的材料例如为聚合材料，优选地为琼脂糖和水性液体(优选水)，所述控制密度的核颗粒优选地为非多孔的材料，例如碳化钨。将罐(1)加热至高于能够凝胶化的材料(例如聚合材料)熔点的温度，优选地在40-120℃的范围内，更优选地在60-95℃的范围内，从而使能够凝胶化的材料(例如聚合材料)液化，并且熔化和液化的能够凝胶化的材料(例如聚合材料)开始包围控制密度的核颗粒，可以形成控制密度的核颗粒在能够凝胶化的材料(例如聚合材料)中的水性悬浮液。
向另一罐(2)中倒入第一疏水相，例如第一有机相，优选地为油，例如矿物油。该罐(2)可加热或不加热，加热时优选地加热至与罐或反应釜(1)的温度类似的温度。
通过泵的作用，可以将罐或反应釜(1)中提供的热水性悬浮液转移至热交换器(3)，加热或保持热水性悬浮液的温度。同时泵将热的第一疏水相(例如第一有机相)转移至热交换器(3)。两股热流可在热交换器(3)中(或在之前)相遇并混合。在第一疏水相(例如第一有机相)是冷的的情况下，第一疏水相(例如第一有机相)被转移至热交换器(3)，随后与热水性悬浮液混合，之后进入包含定域区域外部机械能输入的第一反应器(4)中。优选地，第一反应器(4)是具有定域区域外部机械能输入的机械混合器(例如管道混合器)的形式。优选地，热水性悬浮液和热的第一疏水相(例如第一有机相)之间的比例在1∶1-1∶20的范围内，更优选地在1∶3-1∶4的范围内。
第一混合物(包含热水性悬浮液和热的第一疏水相，例如第一有机相)被转移至第一反应器(4)，在那里第一混合物被施加以定域区域外部机械能输入，优选地通过施加至少10瓦特/L反应器体积的机械能来实现，并且生产了包含处于第一疏水相(例如第一有机相)中的微滴例如高密度微滴(控制密度的核颗粒被能够凝胶化的材料例如聚合材料包围)的乳液。
可以将乳液从第一反应器(4)转移至稳定化反应器(5)。该稳定化反应器(5)包含第二疏水相，例如第二有机相，优选地为油，例如矿物油，并且该第二疏水相(例如第二有机相)的温度优选地从约-10℃到约70℃，更优选地从约+5到20℃。来自第一反应器(4)的乳液和稳定化反应器(5)中冷的第二疏水相(例如第二有机相)之间的接触导致乳液在5分钟之内、优选地在1.0分钟或更少时间内、更优选地在1秒或更少时间内、进一步更优选地在0.05秒或更少时间内被冷却，并且能够凝胶化的材料(例如聚合材料)开始凝胶化，并且热乳液中存在的微滴(例如高密度微滴)被稳定，从而形成稳定的珠粒，例如高密度珠粒。乳液、稳定珠粒(例如高密度珠粒)和第二疏水相(例如第二有机相)的该混合物形成第二混合物。
将第二混合物转移至珠粒离析反应器(6)。优选地，珠粒离析反应器(6)包含水性环境(优选水)，其中稳定的珠粒(例如高密度珠粒)沉降在珠粒离析反应器(6)的底部，并且第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)可以在水性环境的顶部被分离。优选地，稳定的珠粒(例如高密度珠粒)可以从珠粒离析反应器(6)的底部阀门获得，优选地，稳定珠粒(例如高密度珠粒)可以从所述阀门连续获得。可以将水性环境顶部的第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)通过循环系统(9)从珠粒离析反应器(6)转移回包含第一疏水相(例如第一有机相)的罐(2)中，和/或将第二疏水相(例如第二有机相)返回稳定化反应器(5)中再使用。
任选地，可以引入水性分离罐(7)来去除从珠粒离析反应器(6)的水性环境顶部获得的第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)中偶然出现的水。
另外，作为一个选项，可以引入用于冷却得自水分离罐(7)的第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)的热交换器(8)，从而在稳定化反应器(5)中再使用之前给予第一和/或第二疏水相(例如第一和/或第二有机相)、尤其是第二疏水相(例如第二有机相)正确的温度。
藉此提供了用于生产珠粒(例如高密度珠粒)的连续系统/方法，并且本发明的方法/系统每小时能够提供至少5kg的珠粒(例如高密度珠粒)。
应当注意，本发明各方面之一的上下文中描述的实施方式和特征也适用于本发明的其他方面。
本申请中引用的所有专利和非专利参考文献均通过引用整体并入本文。
本发明将在以下的非限制性实施例中更详细描述。
实施例
实施例1
根据本发明生产高密度琼脂糖珠粒-珠粒的颗粒尺寸作为能量输入的函数
实验设置
在120L不锈钢罐中在桨片搅拌器的持续混合下，在室温下将3.6kg琼脂糖粉末(D3，Hispanagar，Spain)悬浮于90L软化水中。向充分混合的琼脂糖/水悬浮液中再添加158kg碳化钨粉末(XL WC100，Chaozhou XiangluTungsten Industry，中国，平均颗粒尺寸9-11微米)。
用白油(White oil，SP，Sunoco，比利时)填充另一不锈钢罐(500L)。
如图1中所示用两个蠕动泵(VF10/VF15，Verderflex，德国)连接两个不锈钢罐。在持久和强力的混合下，在不锈钢罐中将琼脂糖/碳化钨悬浮液加热至92℃，从而将琼脂糖熔融，得到4％w/w熔融的琼脂糖溶液中10％v/w碳化钨粉末的粘稠水性悬浮液。将熔融的琼脂糖/碳化钨悬浮液经过绝缘的8mm ID不锈钢管泵至Y-形接头，该Y-形接头连接热琼脂糖/碳化钨悬浮液的流和矿物油流，所述矿物油流通过流经热交换器也被加热至约90℃。以0.3L/分钟的流速泵入熔融的琼脂糖/碳化钨悬浮液，并以1.4L/分钟的流速泵入热的矿物油，得到1∶4.7的琼脂糖在矿物油中的比例，和1.7L/分钟的热流体的合并总流速。通过底部开口将合并的热流体引入L4RT机械混合器(得自Silverson Machines Ltd，UK)中，所述机械混合器装有包含标准乳化器筛网(零件编号VF 1819)的相应管道内组件(零件编号1817)。L4RT混合器被设置为6000 RPM的混合速度。其中发生乳化的混合腔(对应于外部能量输入被定域于此的“第一反应器”)具有约0.070L的液体填充体积。因为热流体的总流速为1.7L/分钟，所以混合腔内的混合腔保持时间约为0.07/1.7分钟，这对应于约0.04分钟或约2.5秒。乳液在混合腔中停留的时间可以被称作混合腔保持时间。
如图1中所示，管道混合器的出口通过20mm长和6mm ID的不锈钢连接管与不锈钢管(17.2mm ID，运载有冷却的白油流)连接。冷白油的流速为33L/分钟(约为热乳液流速的19倍)，并且与热乳液混合之前的油温为13℃。在冷白油的强劲流中混合热乳液后测量的温度总是低于30℃，因此通过琼脂糖(凝胶化点约36℃)的凝胶化使乳液中熔融的琼脂糖/碳化钨微滴固化，从而形成包含碳化钨颗粒的琼脂糖珠粒，所述碳化钨颗粒分散于凝胶化的琼脂糖中，如图4中所示。
从乳液离开管道混合器的混合腔直到通过与冷油的强劲流混合而被有效冷却的时间段对应于乳液在连接管中消耗的时间(乳液在连接管中消耗的时间可以称作连接管保持时间)。连接管的液体填充体积约为0.57ml(0.00057L)，因此对总流速1.7L/分钟的热乳液而言，连接管保持时间可以被计算为0.57/(1.7x1000)分钟＝0.000335分钟或约0.02秒。
通过将悬浮液分散于水罐中来分离冷白油中固化的珠粒，从而亲水的琼脂糖/碳化钨珠粒被分离进水相中，并且白油形成可以在所述方法中再次使用的顶部相。
然后用软化水和含1％十二烷基硫酸钠(SDS)的水将分离的琼脂糖/碳化钨珠粒洗涤若干次，去除珠粒表面上任何残留的油。然后通过在250微米尼龙网上过滤来分离经洗涤的珠粒，从而将珠粒分离成两个级分：第Ⅰ级分是直径大于250微米的珠粒，第Ⅱ级分是直径小于250微米的珠粒。分离后将这两个级分重悬于水中然后使其沉降，从而测定每个级分中沉降的珠粒体积。
结果
实验证明能够获得密度约2.6g/ml的高度规则的球形珠粒，并且这些珠粒的产率约为90％。
实施例2
在管道混合腔中使用改变的能量输入(改变转子的RPM)将实施例1重复若干次：
实施例A：RPM设置为：6000RPM
实施例B：RPM设置为：4000RPM
实施例C：RPM设置为：3000RPM
实施例D：RPM设置为：2000RPM
实施例E：RPM设置为：1000RPM
实施例F：RPM设置为：500RPM
实施例G：RPM设置为：200RPM
实施例H：RPM设置为：0RPM
对每个实验而言，相对于生产的珠粒的总体积(大于以及小于250微米)测定得到的直径小于250微米的沉积珠粒的体积。这被称作产品产率(Product Yield)，并作为生产的总珠粒体积的百分比来计算和表述。
产品产率＝(＜250微米的珠粒体积)/(生产的珠粒的总体积)x100％。
结果
作为管道混合器转速函数的产品产率展示于图2中。
在零RPM(实验H)下实际不形成珠粒，证明用琼脂糖/碳化钨制造乳液时乳化器筛网的静态混合作用远远不够。在实验H(RPM＝0)中形成的沉淀物仅包含团聚物；变形和畸形结构；和琼脂糖和碳化钨的纤维实体。
作为能量输入函数的产品产率：
实施例中使用的L4RT管道混合器具有对应于250瓦特的全速作用。其中在冷却前发生乳化的混合腔具有约0.070L的液体填充体积。因此，在管道混合器的全速(8000RPM)下，每升液体的能量输入约为：
250瓦特/0.07L＝3,571瓦特/L。
在图3中，产品产率相对于每升乳液“反应器”体积的外部机械能输入来表述，假定应用的转速与传递进入反应器的能量之间存在线性关系。
参考文献列表
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实施方式
1.用于生产下述高密度珠粒的方法，所述高密度珠粒具有1.5g/mL或更高的密度并包含被聚合材料包围的控制密度的核颗粒，所述方法包括如下步骤：
(i)向第一反应器中添加(a)包含控制密度的核颗粒和聚合材料的水性悬浮液；和(b)第一有机相；
(ii)通过施加外部机械能，对水性悬浮液和第一有机相进行乳化手段，生成包含处于第一有机相(例如第一有机相)中的个体高密度微滴的乳液，所述高密度微滴包含被聚合材料包围的控制密度的核颗粒(其中所述被聚合材料包围的控制密度的核颗粒提供不连续相，所述第一有机相提供连续相)；
(iii)通过将所述乳液从第一反应器转移至稳定化反应器来稳定化所述高密度微滴，在所述稳定化反应器中，步骤(ii)中获得的乳液的温度在5分钟或更少时间内被降低至低于聚合材料的凝胶化点的温度，并且形成高密度珠粒；
其中步骤(i)和/或(ii)在高于所述聚合材料的凝胶化点的温度下进行。
2.根据实施方式1的方法，其中所述外部机械能对应于至少10瓦特/L。
3.根据前述实施方式中任一项的方法，其中所述外部机械能由机械混合器(或动态混合器)的作用提供。
4.根据实施方式3的方法，其中所述机械混合器(或动态混合器)在500rpm或更高的速度下操作。
5.根据前述实施方式中任一项的方法，其中所述聚合材料是琼脂糖。
6.根据前述实施方式中任一项的方法，其中所述控制密度的核颗粒具有3g/mL或更高的密度。
7.根据前述实施方式中任一项的方法，其中通过在稳定化反应器中将步骤(iii)的乳液或所述乳液的一部分与第二有机相接触，使高密度微滴稳定化。
8.包含第一反应器的系统，所述第一反应器包含：
(i)乳化装置，用于通过施加外部机械能来乳化(a)包含控制密度的核颗粒和聚合材料的水性悬浮液和(b)第一有机相，从而生成包含处于第一有机相中的个体高密度微滴的乳液，所述高密度微滴包含被聚合材料包围的控制密度的核颗粒(其中所述被聚合材料包围的控制密度的核颗粒提供不连续相，所述第一有机相提供连续相)；和
(ii)至少一个出口，所述出口将乳液从第一反应器转移至用于稳定化所述高密度微滴的稳定化反应器。
9.根据实施方式8的系统，其中所述稳定化反应器还与珠粒离析反应器相连。
10.根据实施方式8-9中任一项的系统，其中所述珠粒离析反应器包含用于取出高密度稳定化珠粒的出口，和/或用于将所述第一有机相转移回第一反应器的第一再循环出口，和/或用于将所述第二有机相转移回稳定化反应器的第二再循环出口。
11.根据实施方式8-10中任一项的系统，其中所述珠粒离析反应器包含水性环境。
Claims (35)
1.用于生产包含能够凝胶化的材料的珠粒的方法，所述方法包括如下步骤：
(i)将(a)包含能够凝胶化的材料的液体组合物和(b)第一疏水相合并；
(ii)通过施加外部机械能在第一反应器中对所述液体组合物和所述第一疏水相进行用于乳化的手段，生成包含处于所述第一疏水相中的个体微滴的乳液，所述微滴包含所述能够凝胶化的材料，其中所述能够凝胶化的材料提供不连续相，所述第一疏水相提供连续相；
(iii)通过将所述乳液从所述第一反应器转移至稳定化反应器来稳定化所述微滴，在所述稳定化反应器中，对步骤(ii)中获得的所述乳液进行用于凝胶化的手段，从而在5分钟或更少时间内获得凝胶化，并且形成珠粒。
2.根据权利要求1的方法，其中所述能够凝胶化的材料包括聚合材料。
3.根据权利要求2的方法，其中所述聚合材料选自天然或合成的有机聚合物。
4.根据权利要求3的方法，其中所述天然或合成的有机聚合物选自i)天然和合成的多糖和其他基于碳水化合物的聚合物，包括琼脂、藻酸盐、角叉菜胶、明胶、瓜尔胶、阿拉伯胶、印度胶、黄蓍胶、刺梧桐胶、刺槐豆胶、黄原胶、琼脂糖、纤维素、果胶、粘蛋白、葡聚糖、淀粉、肝素、壳聚糖、羟基淀粉、羟丙基淀粉、羧甲基淀粉、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素；ii)合成的有机聚合物和产生聚合物的单体，包括丙烯酸聚合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚醚、聚乙烯基化合物、聚烯烃及其经取代的衍生物，以及功能上包含多于一种这类聚合物的共聚物，及其经取代的衍生物；和iii)其混合物。
5.根据权利要求4的方法，其中所述天然或合成的有机聚合物选自琼脂、明胶、琼脂糖和丙烯酸聚合物。
6.根据权利要求5的方法，其中所述天然或合成的有机聚合物是琼脂糖。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述液体组合物是悬浮液。
8.根据权利要求7的方法，其中所述悬浮液是水性悬浮液。
9.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中所述液体组合物是溶液。
10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述第一疏水相包含有机相和/或无机相。
11.根据权利要求10的方法，其中所述有机相是油，例如矿物油。
12.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述外部机械能对应于至少100瓦特/L，例如至少250瓦特/L。
13.根据权利要求12的方法，其中所述外部机械能对应于至少1000瓦特/L，例如至少2000瓦特/L。
14.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述外部机械能由在100rpm或更高、例如200rpm或更高、例如500rpm或更高的速度下操作的机械混合器提供。
15.根据权利要求14的方法，其中所述机械混合器在1000rpm或更高、例如3000rpm或更高、例如6000rpm或更高的速度下操作。
16.根据前述权利要求中任一项的方法，其中步骤(i)和/或(ii)在高于所述能够凝胶化的材料的凝胶点的温度下进行。
17.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述凝胶化的手段包括通过将所述乳液的温度从高于凝胶化点降低至低于凝胶化点的温度的热凝胶化。
18.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在所述步骤(iii)中对所述乳液进行凝胶化的手段，从而在1分钟或更少时间内、例如30秒或更少时间内获得所述能够凝胶化的材料的凝胶化。
19.根据权利要求18的方法，其中在所述步骤(iii)中，在5秒或更少时间内、例如在1秒或更少时间内，将步骤(ii)中获得的所述乳液的温度降低至低于所述能够凝胶化的材料的凝胶化点的温度。
20.根据权利要求19的方法，其中在所述步骤(iii)中，在0.5秒或更少时间内、例如在0.05秒或更少时间内，将步骤(ii)中获得的所述乳液的温度降低至低于所述能够凝胶化的材料的凝胶化点的温度。
21.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述外部机械能对应于至少100瓦特/L，并且其中在步骤(iii)中对所述乳液进行凝胶化手段，从而在1秒或更少时间内获得所述能够凝胶化的材料的凝胶化。
22.根据前述权利要求中任一项的方法，用于生产包含聚合材料和控制密度的核颗粒的高密度珠粒。
23.根据权利要求22的用于生产高密度珠粒的方法，所述高密度珠粒具有1.5g/mL或更高的密度并包含被聚合材料包围的控制密度的核颗粒，所述方法包括如下步骤：
(i)向第一反应器中添加(a)包含控制密度的核颗粒和聚合材料的水性悬浮液；和(b)第一有机相；
(ii)通过施加外部机械能，对所述水性悬浮液和所述第一有机相进行乳化手段，生成包含处于所述第一有机相中的个体高密度微滴的乳液，所述高密度微滴包含被所述聚合材料包围的所述控制密度的核颗粒，其中所述被聚合材料包围的控制密度的核颗粒提供不连续相，所述第一有机相提供连续相；
(iii)通过将所述乳液从所述第一反应器转移至稳定化反应器来稳定化所述高密度微滴，在所述稳定化反应器中，步骤(ii)中获得的所述乳液的温度在5分钟或更少时间内被降低至低于所述聚合材料的凝胶化点的温度，并且形成高密度珠粒；
其中步骤(i)和/或(ii)在高于所述聚合材料的凝胶化点的温度下进行。
24.根据权利要求23的用于生产高密度珠粒的方法，所述高密度珠粒具有2.0g/mL或更高的密度。
25.根据权利要求24的用于生产高密度珠粒的方法，所述高密度珠粒具有3.0g/mL或更高的密度。
26.根据前述权利要求中任一项的方法，其中通过将步骤(iii)的所述乳液或所述乳液的一部分在所述稳定化反应器中与第二疏水相接触来稳定化所述微滴。
27.根据权利要求26的方法，其中所述第二疏水相包含有机相和/或无机相。
28.根据权利要求27的方法，其中所述第二疏水相是油，例如矿物油。
29.根据前述权利要求中任一项的方法，其中通过从所述稳定化反应器转移至珠粒离析反应器将所述珠粒与所述第二疏水相分离。
30.根据权利要求29的方法，其中所述第一疏水相或其部分被再循环至所述第一反应器，和/或所述第二疏水相或其部分被再循环至所述稳定化反应器。
31.根据前述权利要求中任一项的用于生产高密度琼脂糖珠粒的方法，所述高密度琼脂糖珠粒具有2.0g/ml或更高的密度，并且包含被作为聚合材料的琼脂糖包围的碳化钨作为控制密度的核颗粒，所述方法包括如下步骤：
(i)向第一反应器中添加(a)包含碳化钨和琼脂糖的水性悬浮液；和(b)矿物油；
(ii)通过施加外部机械能，对所述水性悬浮液和所述矿物油进行乳化手段，生成包含处于所述矿物油中的个体高密度微滴的乳液，所述微滴包含被琼脂糖包围的碳化钨，其中所述被琼脂糖包围的碳化钨提供不连续相，所述矿物油提供连续相；
(iii)通过将所述乳液从所述第一反应器转移至稳定化反应器来稳定化所述高密度微滴，在所述稳定化反应器中，步骤(ii)中获得的所述乳液的温度在5秒或更少时间内被降低至低于琼脂糖凝胶化点的温度，并且形成高密度珠粒；
其中步骤(i)和/或(ii)在高于琼脂糖凝胶化点的温度下进行。
32.包含第一反应器的系统，所述第一反应器包含：
(i)乳化装置，用于通过施加外部机械能来乳化(a)包含能够凝胶化的材料的液体组合物和(b)第一疏水相，从而生成包含处于所述第一疏水相中的个体微滴的乳液，所述微滴包含所述能够凝胶化的材料，其中所述能够凝胶化的材料提供不连续相，所述第一疏水相提供连续相；和
(ii)至少一个出口，所述出口将所述乳液从所述第一反应器转移至用于稳定化所述高密度微滴的稳定化反应器。
33.根据权利要求32的系统，其中所述稳定化反应器还与珠粒离析反应器相连。
34.根据权利要求32或33的系统，其中所述珠粒离析反应器包含用于取出稳定化珠粒的出口，和/或用于将所述第一疏水相转移回所述第一反应器的第一再循环出口，和/或用于将所述第二疏水相转移回所述稳定化反应器的第二再循环出口。
35.根据权利要求32-34中任一项的系统，其中所述珠粒离析反应器包含水性环境。
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