CN103011055A - 一种微颗粒生产设备及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种微颗粒生产设备以及生产方法，该微颗粒生产设备包括送液系统和铺球系统，该铺球系统包括导流板、铺颗粒台和X轴运动机构。该生产方法通过将待生产的微颗粒配置成悬浮液，使微颗粒悬浮在液体中。然和针对该微颗粒悬浮液，通过导流板移动平铺到一个平台上，之后把悬浮液中的液体蒸发，等到一定规模的排布均匀的微颗粒，实现批量生产的目的。由于整个过程全部通过电机自动化实现，具有高精度和高效率，适合工业化生产。

Description

一种微颗粒生产设备及生产方法

技术领域

本发明涉及微颗粒的生产工艺，尤其是一种能够对微颗粒进行批量化捕获的设备及生产方法。

背景技术

近年来，自然科学与工程技术发展的一个重要趋势是朝微型化迈进，微型化的器件和产品在我们的生活中日益增多。例如生物和医药领域广泛研究的细胞、细菌、高分子微球等尺寸都在微米级；在手机、汽车等关系国计民生的领域，微型麦克风、LED、微型汽车安全气囊加速度计等芯片特征尺寸都在逐渐微米化；在军事领域中，微型金属加速度计，激光核聚变实验中常用的靶球等其尺寸都在亚毫米，甚至微米量级尺度上。微小尺度器件的广泛应用，必然对操控、控制等作业装备提出新的需求，特别是批量生产中的需求的批量化作业装备。

而目前对微小颗粒的操纵、控制主要针对单个个体的，利用夹持器夹持、真空吸附等方法，比如在中国专利：CN01113645中，揭示了一种使用探针对微颗粒进行捕获的方法。这种方法在面对批量化操纵需求时，存在明显的不足：1、操纵效率低，无法满足批量应用需求；2、无法解决微小颗粒聚集问题；3、操纵后不易在线直接观察和检测。

鉴于此，本专利提出一种可实现微小颗粒自动化批量操控的装备，解决批量化微小颗粒操控的应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种微颗粒的生产设备和生产方法，能够对微颗粒实现自动化批量捕获，从而克服现有技术中微颗粒生产领域中只能对单一微颗粒进行操控的不足。

根据本发明的目的提出的一种微颗粒生产设备，包括送液系统和铺球系统，所述送液系统包括送液泵和送液管路，所述铺球系统包括导流板、铺颗粒台和X轴运动机构，其中所述导流板装载在所述X轴运动机构上，该导流板沿所述铺颗粒台长度方向能动地立于该铺颗粒台上，且该导流板的板面与所述铺颗粒台的台面之间成倾斜设置，所述铺颗粒台设有给台面加热的加热装置，所述送液管路的端口对准该导流板，该送液管路送出的液体沿着导流板平铺到铺颗粒台上。

优选的，所述铺颗粒台的台面为平面结构。

优选的，所述铺颗粒台的台面上设有阵列孔，该阵列孔中每个孔的直径小于待生产微颗粒的直径。

优选的，所述导流板有液体流过的一面与所述铺颗粒台的台面之间形成锐角。

优选的，进一步包括调节所述铺颗粒台水平度的调平装置，设置于该铺颗粒台的下方。

优选的，所述调平装置包括4个伸缩柱，分别位于铺颗粒台的4个台角下。

优选的，进一步包括机座，该机座上设有用于放置所述铺球系统的壳体，该壳体为至少一面透明的密闭结构。

优选的，所述机座上进一步设有用于控制送液系统送液和铺球系统工作的操控面板。

优选的，所述导流板与铺颗粒台之间间隔0.1mm-1mm。

同时，根据本发明的目的提出的一种微颗粒生产方法，该生产方法使用如上所述的生产设备进行微颗粒的批量生产，包括步骤：

1）制作微颗粒悬浮液，将该微颗粒悬浮液装载至送液泵中；

2）控制送液泵对导流板进行送液，使该微颗粒悬浮液沿着导流板流到铺颗粒台上；

3）控制导流板沿着铺颗粒台长度方向移动，使所述微颗粒悬浮液平铺在铺颗粒台上；

4）对铺颗粒台的台面进行加热，将微颗粒悬浮液中的液体蒸发，使微颗粒沉积在铺颗粒台的台面上；

5）收集上述微颗粒，得到批量化、均与有序的微颗粒产品。

优选的，所述步骤1）中的微颗粒悬浮液选取直径在100um至200um的微球兑入酒精溶剂中配置成微颗粒悬浮液。

优选的，所述步骤2）中送液泵的送液速度为1ml/min至2ml/min。

优选的，所述步骤3）中导流板的移动速度为10mm/h至100mm/h。

本发明提供的微颗粒生产设备和生产方法，具体如下的技术优点：

第一：通过配置而成的微颗粒悬浮液，使微颗粒悬浮在液体中，对该悬浮液进行导流，使悬浮液能够均匀地铺设在平面上，从而实现批量化生产微颗粒的目的。

第二：上述过程中，对于悬浮液的铺设控制，全部通过电机自动化实现，使得整个生产过程具有高精度和高效率，适合工业化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的微颗粒生产设备整体结构图；

图2是本发明的铺球系统的结构示意图；

图3第一实施方式下的铺颗粒台结构示意图；

图4第二实施方式下的铺颗粒台结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术中提到的，随着微型化进程的发展，对于微颗粒产品的生产需求也日益增大。然而现有技术中捕获微颗粒的方法往往是采用单个的获取手段，不仅生产效率极其低下，也会影响产品的稳定性，显然不符合工业化生产的需求。

本发明针对现有技术中的缺陷，提出了一种能够用于批量化生产微颗粒的生产设备和生产方法。该生产设备主要是将待生产的微颗粒配置成悬浮液，使微颗粒悬浮在液体中。然和针对该微颗粒悬浮液，通过导流板移动平铺到一个平台上，之后把悬浮液中的液体蒸发，等到一定规模的排布均匀的微颗粒，实现批量生产的目的。

下面，将详细介绍本发明的技术方案。

请参见图1和图2，图1是本发明的微颗粒生产设备整体结构图，图2是本发明的铺球系统的结构示意图。如图所示，该生产设备10包括机座11，设置于该机座11上的送液系统12以及设置于该机座11中的铺球系统13，进一步地，由于本发明的微颗粒生产设备所生产的微颗粒在微米至百微米量级，因此对环境要求也比较高，需要将铺球系统13设置在一个能够密闭的空间中，以减少空气中的杂质颗粒对产品引起的污染。为此，在机座11上设置一个壳体111，该壳体111为至少一面透明的密闭结构，铺球系统13被设置于该壳体111内，壳体111的透明面可以用来观察铺球系统12的工作情况。另外，在壳体111上开设一扇可以开启和关闭的门，用来提取产品。当本发明的微颗粒生产设备处于工作状态时，壳体111内的空间进行抽真空，将壳体111内的气压抽至100Pa以下，确保生产过程中没有杂质的引入。在图示的实施例中，送液系统12和铺球系统13分别位于机座11的左右两侧，然而在其它实施方式中，送液系统12和铺球系统13也可以采用上下关系或前后关系的设置，这种只是针对机座11做机械结构上的调整，都应该属于本发明的主旨范围内。

其中送液系统12包括送液泵和送液管路（图中未示出），该送液泵提供液体流动的动力，使得液体可以从送液泵流出送液管路，并从送液管路的端口以一定的速度流出。该送液管路的端口对准导流板，该送液管路送出的液体沿着导流板平铺到铺颗粒台上。这里液体的流速不能过快，不然容易从导流板上直接滴落。通常，将送液泵的送液速度设定为1ml/min至2ml/min。

在本发明中，所述液体主要指将微颗粒掺入悬浮液体中，形成的微颗粒悬浮液。在一种实施方式中，该微颗粒悬浮液通过将直径在100um至200um的微球掺入酒精中，形成微颗粒悬浮液。当然也可以选取其它液体作为悬浮液，只要满足如下要求即可：第一，选取的液体不会对微球产生化学反应（腐蚀或溶液）；第二，该液体的粘度能够在下述中的导流板上附着流动且不会直接滴落。

铺球系统13主要用来捕获和收集由送液系统12提供的液体中的微颗粒，如图2中所示，该铺球系统13包括导流板131、铺颗粒台132和X轴运动机构133。其中X轴运动机构133包括用以夹持导流板131的夹持件1331、用以提供夹持件1331在X轴方向运动的导轨1332、用以驱动夹持件1331运动的电机1333以及用以调整夹持件旋转角度的调整件1334。

导流板131装载在所述X轴运动机构的夹持件1331上，该导流板131沿铺颗粒台132长度方向能动地立于该铺颗粒台132上，且该导流板131的板面与所述铺颗粒台132的台面之间成倾斜设置。导流板131选取亲水性材质或者在表面镀有亲水性薄膜，使得微颗粒悬浮液能够附着在导流板131的表面。在一种实施方式中，该导流板131的材质为玻璃。通过调整件1334的转动，可以使得导流板131的板面与铺颗粒台132的台面形成一定的倾斜角度。较佳地，导流板131有液体流过的一面与铺颗粒台132的台面之间形成锐角，这样一来，流经导流板131的微颗粒悬浮液只受到重力以及与导流板之间的粘附力的作用，不仅减少液体在导流板131上的阻力，同时使得悬浮液中悬浮的微颗粒不宜沉积到导流板131的表面，减少了微颗粒行径过程中的损失。该锐角的角度一般可以在30度至60度之间。进一步地，为了不影响微颗粒悬浮液铺设到铺颗粒台132上的均匀性，在该导流板131与铺颗粒台132之间设有一定的间隔，该间隔可以避免液体铺设到铺颗粒台132上，因接触到导流板131底部而被拉扯呈现不均匀性。通常，这个间隔设定为0.1mm-1mm左右。

铺颗粒台132为水平平台，其长度方向与X轴方向一致，导流板131将液体导流到该铺颗粒台132上的同时，通过点击1333的带到，沿着铺颗粒台132的长度方向移动，使液体能够在该铺颗粒台132的台面形成均匀的分布。该铺颗粒台132设有给台面加热的加热装置(图中为示出)，当微颗粒悬浮液被铺设到铺颗粒台132之后，加热装置给台面进行加热，使微颗粒悬浮液中的液体被蒸发，而微颗粒则沉积到该铺颗粒台132的台面上。

请参见图3，在一种实施方式中，该铺颗粒台132的台面为平面结构。此时微颗粒沉积到该台面之后，形成层状的堆积结构。通过这种结构的铺颗粒台获得的微颗粒产品，适用于需要紧密排列，且对颗粒排序要求不高的场合。

请参见图4，在另一种实施方式中，该铺颗粒台132的台面上设有阵列孔，该阵列孔中每个孔的直径小于待生产微颗粒的直径。此时微颗粒沉积到铺颗粒台132之后，会对应到每个孔上，形成与阵列孔排布规则相同的微颗粒阵列。进一步地，通过在台面下方增加一个抽负压装置，可以将微颗粒固定在阵列孔上。通过这种方式制得的微颗粒产品，具有较好的排布次序，容易操控。

进一步地，在铺颗粒台132的下方，还设有一个调平装置134，用来调节铺颗粒台132的水平度，使铺颗粒台132能够保持在一个较高的水平度上，这样一来，铺设在该铺颗粒台132上的液体就不会因为倾斜而在重力的影响下往比较低的地方流动。该调平装置134具体包括4个可以由电机控制伸缩的伸缩柱，分别位于铺颗粒台132的4个台角下。当发现铺颗粒台132的台面不够水平时，可以通过电机控制某一个伸缩柱进行伸缩，使得比较低的一角调高，从而达到水平。

进一步地，机座11上还设有用于控制送液系统送液和铺球系统工作的操控面板112。该操控面板包括若干开关按钮以及参数设定按钮，分别用来控制送液泵，X轴运动机构、调平装置、加热装置等器件的运作。

在使用上述的生产设备进行微颗粒生产时，包括步骤：

1）制作微颗粒悬浮液，将该为颗粒溶液装载至送液泵中；

2）控制送液泵对导流板进行送液，使该微颗粒悬浮液沿着导流板流到铺颗粒台上；

3）控制导流板沿着铺颗粒台长度方向移动，使所述微颗粒悬浮液平铺在铺颗粒台上；

4）对铺颗粒台的台面进行加热，将微颗粒悬浮液中的溶剂蒸发，使微颗粒沉积在铺颗粒台的台面上；

5）收集上述微颗粒，得到批量化、均与有序的微颗粒产品。

其中，步骤1）中的微颗粒悬浮液选取直径在100um至200um的微球兑入酒精中配置成微颗粒悬浮液。

步骤2）中送液泵的送液速度为1ml/min至2ml/min。

所述步骤3）中导流板的移动速度为10mm/h至100mm/h。

下面将通过两个具体实施方式对上述方法做出说明。

实施方式一：层铺式铺颗粒

采用尺寸为110mm×60mm平面板作为铺颗粒台，所制作的微颗粒为直径100μm微米的微球，采用酒精配置悬浮液，送液速度51μl/min，导流板角度45-60°，X轴运动速度为10mm/h，加热温度50℃，实现微球的层铺操控。

实施方式二：阵列式铺颗粒

采用100×50个微孔的阵列控板作为铺颗粒台，每个孔的直径为100μm，所制作的微颗粒为直径200μm微米的空心微球，采用酒精配置微颗粒悬浮液，送液速度1μl/min，导流板角度30-45°，X轴运动速度为100mm/h，真空压力为100Pa，加热温度50℃，实现5000个微球的阵列操控。

综上所述，本发明提出了一种微颗粒生产设备以及生产方法，该微颗粒生产设备通过将待生产的微颗粒配置成悬浮液，使微颗粒悬浮在液体中。然和针对该微颗粒悬浮液，通过导流板移动平铺到一个平台上，之后把悬浮液中的液体蒸发，等到一定规模的排布均匀的微颗粒，实现批量生产的目的。由于整个过程全部通过电机自动化实现，具有高精度和高效率，适合工业化生产。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种微颗粒生产设备，用于批量化生产微颗粒，其特征在于：包括送液系统和铺球系统，所述送液系统包括送液泵和送液管路，所述铺球系统包括导流板、铺颗粒台和X轴运动机构，其中所述导流板装载在所述X轴运动机构上，该导流板沿所述铺颗粒台长度方向能动地立于该铺颗粒台上，且该导流板的板面与所述铺颗粒台的台面之间成倾斜设置，所述铺颗粒台设有给台面加热的加热装置，所述送液管路的端口对准该导流板，该送液管路送出的液体沿着导流板平铺到铺颗粒台上。

2.如权利要求1所述的微颗粒生产设备，其特征在于：所述铺颗粒台的台面为平面结构。

3.如权利要求1所述的微颗粒生产设备，其特征在于：所述铺颗粒台的台面上设有阵列孔，该阵列孔中每个孔的直径小于待生产微颗粒的直径。

4.如权利要求1所述的微颗粒生产设备，其特征在于：所述导流板有液体流过的一面与所述铺颗粒台的台面之间形成锐角。

5.如权利要求1所述的微颗粒生产设备，其特征在于：进一步包括调节所述铺颗粒台水平度的调平装置，设置于该铺颗粒台的下方。

6.如权利要求5所述的微颗粒生产设备，其特征在于：所述调平装置包括4个伸缩柱，分别位于铺颗粒台的4个台角下。

7.如权利要求1所述的微颗粒生产设备，其特征在于：进一步包括机座，该机座上设有用于放置所述铺球系统的壳体，该壳体为至少一面透明的密闭结构，壳体内的压强小于100pa。

8.如权利要求7所述的微颗粒生产设备，其特征在于：所述机座上进一步设有用于控制送液系统送液和铺球系统工作的操控面板。

9.如权利要求1所述的微颗粒生产设备，其特征在于：所述导流板与铺颗粒台之间间隔0.1mm-1mm。

10.一种微颗粒生产方法，该生产方法使用如权利要求1所述的生产设备进行微颗粒的批量生产，其特征在于，包括步骤：

1）制作微颗粒悬浮液，将该微颗粒悬浮液装载至送液泵中；

2）控制送液泵对导流板进行送液，使该微颗粒悬浮液沿着导流板流到铺颗粒台上；

3）控制导流板沿着铺颗粒台长度方向移动，使所述微颗粒悬浮液平铺在铺颗粒台上；

4）对铺颗粒台的台面进行加热，将微颗粒悬浮液中的悬浮液蒸发，使微颗粒沉积在铺颗粒台的台面上；

5）收集上述微颗粒，得到批量化、均与有序的微颗粒产品。

11.如权利要求10所述的微颗粒生产方法，其特征在于：所述步骤1）中的微颗粒悬浮液选取直径在100um至200um的微球兑入酒精中配置成微颗粒悬浮液。

12.如权利要求10所述的微颗粒生产方法，其特征在于：所述步骤2）中送液泵的送液速度为1ml/min至2ml/min。

13.如权利要求10所述的微颗粒生产方法，其特征在于：所述步骤3）中导流板的移动速度为10mm/h至100mm/h。

Images