CN108579631B - 一种批量制备微胶囊的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种批量制备微胶囊的设备及方法，包括供液容器，供液容器通过连接管连接水泵连通至旋转布料器，旋转布料器上部与固定圆环连接，下部对应到固定圆环下方的承接反应容器中，承接反应容器内部设有塑料网；旋转布料器内腔设有与连接管连通的Z形塑料管，在Z形塑料管侧设有电机，电机连接一个与Z形塑料管共同延伸到配料短管内部的T形转轴；配料短管上连接两个旋转布料横杆，旋转布料横杆的下方开有若干个细小布料小孔。本发明具有流程简单、具有较好经济成本以及可批量生产的优点，该设备可包埋不同菌体及酶，提高生物浓度，所制备的微胶囊可为微胶囊固定化科学实验、化工材料生产实际应用领域的生产工艺与流程提供良好的操作平台。
Description
技术领域
本发明属于生物技术、医疗载药以及材料生产领域，主要涉及微胶囊批量生产的装置及制备方法。
背景技术
通过微胶囊固定微生物一种新兴的固定化技术。它用一层亲水半透的囊膜将微生物、酶、蛋白质等生物大分子包封在膜内，而微生物必需的碳源、氮源、无机盐等小分子物质可以扩散入囊膜，为微生物在囊内提供了一个良好的生长环境，从而有利于细胞的重复利用以及提高生产效率及产物的分离提纯。此外，微胶囊固定化技术还具有低污染、后处理简单的优势。因此，其具备很好的应用前景，并得到了广泛关注。
目前，已经开发的生物微胶囊体系包括海藻酸钠类、聚丙烯酸脂类、壳聚糖类、纤维素硫酸钠和聚二甲基二烯丙基氯化铵等。微胶囊具有稳定的物理化性质、机械强度高、良好的生物互适性等优点，这些优点使其在菌体培养、医疗载药、器官移植等方面得到广泛应用。
研究报道中，利用微胶囊进行包埋各种微生物以及酶的实验已经取得成功。但开展的实验研究大多数仅针对少量特定菌体的微胶囊包埋实验以及胶囊传质性能的测定上，对于批量生产该微胶囊的设备的研究却很少。目前已有喷雾制备微胶囊的产品和技术，但存在不少缺陷，如装置过于复杂，装置在空气中雾化容易产生污染，成型微胶囊取出不便利。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种批量生产微胶囊的设备，该设备操作简单、成本低，易于实现、实用性强，可根据具体实施场地的大小进行调整。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种批量制备微胶囊的设备，包括供液容器、旋转布料器、固定圆环、承接反应容器和塑料网；所述供液容器通过连接管连接水泵连通至旋转布料器，旋转布料器上部与固定圆环连接，下部对应到固定圆环下方的承接反应容器中，承接反应容器内部设有塑料网；
所述旋转布料器内腔设有与连接管连通的Z形塑料管，在Z形塑料管侧设有电机，电机连接一个与Z形塑料管共同延伸到配料短管内部的T形转轴；配料短管上连接两个旋转布料横杆，旋转布料横杆的下方开有若干个细小布料小孔；
通过电机带动旋转布料器旋转，通过旋转布料横杆上的布料小孔喷射出粒径均匀的混合液滴落到不同的承接反应容器中进行投料并固化形成微胶囊。
对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
进一步，所述供液容器内设有液位控制器和搅拌器。
进一步，所述配料短管上设有塑料盖，配料短管顶部表面具有呈长矩形的凹槽，凹槽中间部分为圆形孔洞；塑料盖通过法兰连接将T形转轴固定在具有凹槽的配料短杆上；Z形塑料管下部穿过圆形孔洞伸入到配料短杆内。
进一步，在旋转布料器上部设有固定外壳，固定外壳上部连接一个带有滑轮的竖杆，滑轮连接在不锈钢固定圆环上。
进一步，通过钢筋丝将旋转布料横杆的末端固定在配料短管的上端。
进一步，Z形塑料管上端部包裹着水银封。
进一步，所述旋转布料器的轴心与承接反应容器的中心对应，旋转布料器的轴心与固定圆环垂直。
本发明进而给出了批量制备微胶囊的方法，包括以下步骤：
a.在供液容器中人工投加一定量包含菌液和反应溶液的混合液，在搅拌器的作用下混合液被混合均匀；
b.在水泵的作用下混合液经过塑料管进入旋转布料器；
c.旋转布料器中的电机工作将其旋转，料液通过旋转布料横杆上的布料小孔喷射出并形成粒径均匀的混合液滴，液滴下落到下方的装有固化液的第一个承接反应容器内；
d.旋转布料器在第一个承接反应容器上部旋转投料完成后，通过滑轮依次移动到下一个承接反应容器上部进行步骤c的投料；
e.混合液滴与固化液反应30～50min后固化形成微胶囊；
f.固化成形的微胶囊在承接反应容器下方塑料网的网捕下被带出溶液完成微胶囊的制备。
当旋转布料器的投料或停止通过供液容器上部的液位控制器进行控制，供液不足时，暂停投料或由人工补料；当承接反应容器内固化溶液需要补充或更换时暂停工作。
本发明的有益效果在于：
1.本发明流程简单且具有较好经济成本，可批量生产微胶囊。
2.该设备可包埋不同菌体及酶，提高生物浓度，所制备的微胶囊可用于科学实验、化工材料生产以及医疗配药的实际应用领域，这将为后续微胶囊固化研究的生产工艺与流程提供良好的操作平台。
3.该设备承接反应器内部放置塑料网，待微胶囊成型后拿出即完成固定化步骤，操作简便经济。
4.用于供料的旋转布料器上方与之相连的滑轮也便利供料，此外，由于位置的可变性和可控性使供料步骤容易实现自动化。
上述优点使得微胶囊批量生产成为可能，此外，由于现有研究大多针对微胶囊生产的方法而非设备，这也弥补现有微胶囊固定化研究中针对制备设备研究的空缺。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是批量生产微胶囊整体结构图；
图2是旋转布料器构造图；
图3是旋转布料器上部内部主视图的局部放大图；
图4是旋转布料器上部内部右视图的局部放大图；
图5是旋转布料器下部A部分的局部放大图。
图中：1为液位控制器，2为供液容器，3为搅拌器，4为出水短管，5为水泵，6为塑料管，7为固定圆环，8为旋转布料器，9为承接反应容器，10为塑料网，11为滑轮，12为竖杆，13为固定外壳，14为水银封，15为Z形塑料管，16为轴承，17为电机，18为T形转轴，19为塑料盖，20为凹槽，21为配料短管，22为三通，23为钢筋丝，24为旋转布料横杆，25为布料小孔。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明批量制备微胶囊的设备整体结构可参见图1，设备包括：供液容器2、液位控制器1、搅拌器3、出水短管4、水泵5以及水泵后连接的塑料管6、不锈钢固定圆环7、滑轮11、(不锈钢)竖杆12和旋转布料器8、承接反应容器9以及塑料网10。
如图1所示，供液容器2内设有液位控制器1和搅拌器3，供液容器2通过出水短管4依次连接着水泵5以及塑料管6，塑料管6连通至旋转布料器8，旋转布料器8上连接有一个固定圆环7，与固定圆环7对应有若干个承接反应容器9，承接反应容器9下方设有塑料网10。在一个实施例中，承接反应容器数量为4个，径高比大约为5:1。
如图1所示，承接反应容器9为PE材质，其横断面的中心向上依次对应旋转布料器8的轴心，旋转布料器8的轴心上连接一个固定圆环7。塑料网10为聚乙烯材质，平铺设置在反应容器底部，微胶囊固化完成后被网捕拿出。
如图2所示，旋转布料器8包括与塑料管6连接的固定外壳13，在固定外壳13上部连接一个带有滑轮11的竖杆12，竖杆12上部与滑轮11固定连接，下部和旋转布料器8固定连接，连接后的组合通过滑轮11设置在不锈钢固定圆环7上。竖杆12采用不锈钢材质。
在固定外壳13中设有Z形塑料管15，和与Z形塑料管15平行分布的T形转轴18，在Z形塑料管15弯曲端下方设有通过轴承16固定的电机17，T形转轴18上端与电机17连接；Z形塑料管15的上端伸出与水泵5连接的塑料管6相连，下端与T形转轴18竖直平行延伸到配料短管21内部；配料短管21通过三通22与两个旋转布料横杆24连接，钢筋丝23将旋转布料横杆24的末端固定在配料短管21的上端。旋转布料横杆24的下方开有若干个细小布料小孔25，布料小孔25的直径大小可根据微胶囊的实际尺寸要求设计。旋转布料横杆的水平总长度略小于承接反应容器的直径。
如图3、4所示，与塑料管6连接的Z形塑料管15上端部包裹着水银封14。
如图5所示，配料短管21上配有塑料盖19，配料短管21顶部为封口，封口表面具有呈长矩形的凹槽20，凹槽中间部分为圆形孔洞；旋转布料器8上下两端为T字转轴结构，T字转轴穿过塑料盖19上的中心圆孔，再通过法兰连接将T形转轴18固定在具有长矩形凹槽的配料短杆21上；Z形塑料管15下部穿过圆形孔洞伸入到配料短杆21内。
本发明的批量制备微胶囊设备是通过以下步骤制备出微胶囊：
供液容器中的搅拌器将人工加入的一定量菌液和纤维素硫酸钠混合液混合均匀，随后在水泵的作用下混合液经过塑料管进入旋转布料器。旋转布料器中的电机工作将其旋转，料液通过旋转布水横杆上的小孔喷射出粒径均匀的混合液滴，液滴下落到下方装有聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)溶液的第一个承接反应容器后，旋转布料器通过滑轮依次移动到下一个承接反应容器上部进行投料。NaCS及菌体混合液滴与承接反应容器内的PDMDAAC溶液反应40min左右后固化形成微胶囊，成形的微胶囊在塑料网的网捕下被带出溶液完成微胶囊制备的整个流程。另外，旋转布料器的投料或停止通过供液容器上部液位控制器进行控制，供液不足时，暂停投料进行人工想供液容器内补料，另外当承接反应容器内PDMDAAC溶液需要补充或更换时也可暂停工作。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种批量制备微胶囊的设备，其特征在于，包括供液容器(2)、旋转布料器(8)、固定圆环(7)、承接反应容器(9)和塑料网(10)；所述供液容器(2)通过连接管连接水泵(5)连通至旋转布料器(8)，旋转布料器(8)上部与固定圆环(7)连接，下部对应到固定圆环(7)下方的承接反应容器(9)中，承接反应容器(9)内部设有塑料网(10)；
所述旋转布料器(8)内腔设有与连接管连通的Z形塑料管(15)，在Z形塑料管(15)弯曲端下方设有电机(17)，电机(17)连接一个与Z形塑料管(15)共同延伸到配料短管(21)内部的T形转轴(18)；配料短管(21)上连接两个旋转布料横杆(24)，旋转布料横杆(24)的下方开有若干个细小布料小孔(25)；通过钢筋丝(23)将旋转布料横杆(24)的末端固定在配料短管(21)的上端；
所述旋转布料器(8)的轴心与承接反应容器(9)的中心对应，旋转布料器(8)的轴心与固定圆环(7)垂直；
通过电机(17)带动旋转布料器(8)旋转，通过旋转布料横杆上的布料小孔喷射出粒径均匀的混合液滴落到不同的承接反应容器(9)进行投料并固化形成微胶囊。
2.根据权利要求1所述的一种批量制备微胶囊的设备，其特征在于，所述供液容器(2)上部设有液位控制器(1)，供液容器(2)内设有搅拌器(3)。
3.根据权利要求1所述的一种批量制备微胶囊的设备，其特征在于，所述配料短管(21)上设有塑料盖(19)，配料短管(21)顶部表面具有呈长矩形的凹槽(20)，凹槽(20)中间部分为圆形孔洞；塑料盖(19)通过法兰连接将T形转轴(18)固定在具有凹槽(20)的配料短管(21)上；Z形塑料管(15)下部穿过圆形孔洞伸入到配料短管(21)内。
4.根据权利要求2所述的一种批量制备微胶囊的设备，其特征在于，在旋转布料器(8)上部设有固定外壳(13)，固定外壳(13)上部连接一个带有滑轮(11)的竖杆(12)，滑轮(11)连接在不锈钢固定圆环(7)上。
5.根据权利要求1所述的一种批量制备微胶囊的设备，其特征在于，Z形塑料管(15)上端部包裹着水银封(14)。
6.一种采用权利要求4所述的设备进行批量制备微胶囊的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.在供液容器中人工投加一定量包含菌液和反应溶液的混合液，在搅拌器的作用下混合液被混合均匀；
b.在水泵的作用下混合液经过连接管进入旋转布料器；
c.旋转布料器中的电机工作将其旋转，料液通过旋转布料横杆上的布料小孔喷射出并形成粒径均匀的混合液滴，液滴下落到下方的装有固化液的第一个承接反应容器内；
d.旋转布料器在第一个承接反应容器上部旋转投料完成后，通过滑轮依次移动到下一个承接反应容器上部进行步骤c的投料；
e.混合液滴与固化液反应30～50min后固化形成微胶囊；
f.固化成形的微胶囊在承接反应容器下方塑料网的网捕下被带出溶液完成微胶囊的制备。
7.根据权利要求6所述的批量制备微胶囊的方法，其特征在于，旋转布料器的投料或停止通过供液容器上部的液位控制器进行控制，供液不足时，暂停投料或由人工补料；当承接反应容器内固化溶液需要补充或更换时暂停工作。
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