CN111054097A - 气泡分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气泡分离装置，其至少包含有：本体、位于该本体一侧的流入管及流出管；本体具有容置空间且顶部并配置有相通的管柱；流入管深入到容置空间中设有孔洞，且流出管的位置低于流入管；另有连接管位于容置空间，连接管的第一端连接于流入管，连接管的第二端对应于流出管且两者之间具有间隙；使用时，分散有多个气泡的液体由流入管流入，气泡随着小部分液体由孔洞排出并往上浮升至该容置空间顶部，且经由该管柱汇集多个气泡。而大部分液体则由该流入管继续流动至该连接管，并经由该流出管流出该本体。由孔洞排出的小部分液体也由该间隙进入该流出管。此装置可将全部液体得以汇集一起流出该本体，将气泡与气体相互分离。

Description

气泡分离装置

技术领域

本发明涉及一种将气泡由液体中分离出来的分离装置。

背景技术

“组织工程”(Tissue engineering)的目的是希望能恢复、保持甚至提升组织(器官)的功能性。每年有许多人受到器官衰竭的困扰，然而捐赠的器官往往供不应求，加上手术移植后的副作用等因素使得器官捐赠移植无法满足医疗的需求，组织工程结合了生命科学和工程的跨领域新兴科技，目前的做法是由人体取出目标细胞后，在体外培养直到细胞成长到足够的量，再将细胞植入人工支架上形成特定形状的组织或器官，最后将人工组织移植到人体受损处，使其修复、恢复原本的功能，为医治器官衰竭带来新的愿景。

在进行组织工程时，为了提供一个可以让细胞较顺利生长和分化的环境，必须使用“组织工程支架(Tissue scaffold)”，组织工程支架为供细胞移行长入(the cellmigration and cell growth therein)，或本身含有细胞、生长因子、胞外基质成份，可于体外或体内进行细胞生长、组织分化及重塑，最终可产生具实验用途或进一步做移植应用的组织。支架的功能是提供一个适宜细胞生长的立体框架结构，也就是一般所称的三维支架，其具有大量的微小孔洞堆叠组织并且整体形成一个特定外型以供应细胞附着或接种，再藉此导引细胞朝依规划的三维方向进行生长分化，产生拟似的再生组织或器官。公知的支架制备技术包括有盐析法(salting-out process)、冷冻干燥法(freeze dryingprocess)以及固体自由成型法(solid freeform fabrication process)等。

而目前相关研究并出现了一种利用微流控法进行制造，这种制造方法是将液体和气体通过流量聚焦微流控器，类似吹气泡的方法制成，分散于液体内的多个气泡，再将多个气泡堆叠成三维支架；这种制造方法不仅置成本低且有生产快速的优点。此外，由于此方法利用稳定的空气流量通过流量聚焦微流控器吹制气泡，因此所产生的气泡大小一致，孔洞成形均一，控制组织支架的密度也相对容易许多。

上述微流控法所制造出多个气泡分散于液体中，且气泡的比例较低，此时需要将气泡由液体中分离，并加以收集后堆叠成三维支架。然而，由于大量气泡收集堆叠后形成所谓的气泡体(foam)，其流变行为呈现滞后现象(hysteresis)；其中，气泡体流动的黏度随着气泡含量增加(液体相对含量减少)而急遽增加，当外在压力有大幅变化时气泡体极易被破坏，以及个别小气泡的密度与质量几乎为零，容易受液体扰流所驱动而难以控制规范。上述种种因素使得处理气泡流程与处理一般流体大不相同，急需要新的技术来解决。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种将气泡由液体中分离出来的分离装置。

本发明提供一种气泡分离装置其包含：一本体，具有一容置空间且其顶部并配置有一相通的管柱；一流入管，位于该本体一侧，该流入管深入到该容置空间中设有一孔洞；一流出管，位于该本体一侧且其位置低于该流入管的位置；一连接管，位于该容置空间，该连接管的第一端连接于该流入管，该连接管的第二端对应于该流出管且两者之间具有一间隙。

依据本发明，分散有多个气泡的液体由该流入管流入，该气泡随着小部分液体由该孔洞排出并往上浮升至该容置空间顶部，且经由该管柱汇集多个气泡；而大部分液体则由该流入管继续流动至该连接管，并经由该流出管流出该本体。上述由孔洞排出的小部分液体也由该间隙进入该流出管，因此全部液体得以汇集一起流出该本体，将气泡与气体相互分离。

依据上述技术特征，进一步配置有一气泡产生装置，并连接于该流入管，提供分散有多个气泡的该液体。

依据上述技术特征，进一步配置有一液体回收装置，并连接于该流出管，用以接收该液体。

依据上述技术特征，所述液体回收装置具有一回收槽用以容置该液体，该回收槽并配置有一流入口以及一流出口，该流入口连接于该流出管，该流出口则由一出水管连接于该气泡产生装置。

依据上述技术特征，所述流入口的位置高于该流出口。

依据上述技术特征，所述流入口的位置高于该连接管的第二端。

依据上述技术特征，所述液体回收装置进一步设有一动力件，其连接于该出水管处。

依据上述技术特征，所述连接管的第一端位置高于该连接管的第二端。

依据上述技术特征，所述管柱由该容置空间的顶部往上延伸。

依据上述技术特征，所述孔洞位于该流入管的上方位置处。

附图说明

图1为本发明中的气泡分离装置的结构示意图。

图2为本发明中的气泡分离装置的使用示意图。

图3为本发明中的气泡分离装置的使用示意放大图。

图4为本发明中的气泡分离装置的另一个结构示意图。

附图标记说明:

本体1 液体52

容置空间11 气泡产生装置6

管柱12 液体回收装置7

流入管2 回收槽71

孔洞21 第一槽体711

流出管3 第二槽体712

连接管4 管体713

第一端41 流入口72

第二端42 流出口73

间隙43 出水管74

气泡51 动力件75。

具体实施方式

除非另外说明，否则本申请说明书和权利要求书中所使用的下列用语具有下文给予的定义。请注意，本申请说明书和权利要求书中所使用的单数形用语“一”意欲涵盖在一个以及一个以上的所载事项，例如至少一个、至少二个或至少三个，而非意味着仅仅具有单一一个所载事项。此外，权利要求书中使用的“包含”、“具有”等开放式连接词是表示权利要求中所记载的元件或成分的组合中，不排除权利要求未载明的其他组件或成分。亦应注意到用语“或”在意义上一般也包括“及/或”，除非内容另有清楚表明。本申请说明书和权利要求书中所使用的用语“约”(about)或“实质上”(substantially)，是用以修饰任何可些微变化的误差，但这种些微变化并不会改变其本质。

请参阅图1所示，本发明的气泡分离装置至少包含：一本体1、一流入管2、一流出管3以及一连接管4，其中：本体1为一刚性结构体，该本体1内具有一容置空间11且其顶部配置有一相通的管柱12，该管柱12由该容置空间11的顶部往上延伸。

流入管2位于该本体1一侧，该流入管2深入到该容置空间11中设有一孔洞21，而该孔洞21位于该流入管2的上方位置处。

流出管3位于该本体1一侧且其位置低于该流入管2的位置。

连接管4位于该容置空间11，该连接管4的第一端41连接于该流入管2，该连接管4的第二端42对应于该流出管3且两者之间具有一间隙43，且该连接管4的第一端41位置高于该连接管4的第二端42。

使用时，请同时参阅图2及图3所示，提供分散有多个气泡51的液体52由该流入管2流入，该多个气泡51随着小部分的液体52由孔洞21一起喷出并往上浮升至该容置空间11顶部，且经由该管柱12汇集多个气泡51。在该流入管2的管内与管外的压力差是该小部分液体喷出孔洞21的动力来源。大部分液体52则经由该流入管2的第一端41以及该连接管4的第二端42，进入该流出管3而流出该本体1。上述由孔洞21喷出的小部分的液体52也可经由该间隙43进入该流出管3而流出该本体1，由流入管2流入的全部液体得以汇集一起流出该本体1。所以该本体1内的液体体积不会导致持续累积而无止境的增加。在稳定操作状态下，该本体1内的液体体积几乎恒定不变。在上述过程中，该流入管2所携带的大部分液体都经由连接管4直接往下流动至流出管3，避免了对上方气泡收集产生严重干扰作用。

本发明中的气泡经由收集后，可应用于化学和生物化学分析等诸多领域外；其中，因为在收集气泡的过程中，气泡会自发性地呈球形构形而自行组装堆叠成紧密排列。气泡与气泡之间的气泡壁所含的溶液可透过化学反应进而发生胶化，以固定相邻两气泡间彼此的相对位置，而形成一有弹性的三维支架。相邻两气泡间的气泡壁可经由低压膨胀过程产生小孔，可使该二气泡形成贯通的连续空间。此气泡集合体是具有似海绵状或蜂巢状的结构，而内部具有大量适于附着或接种细胞的连续贯通的圆形孔洞。

上述的三维支架具有特殊的物理性质，如重量轻、热传导性低、多孔性等等，因此常应用于诸多工程、医学领域上，其中最受瞩目的是作为培养细胞的组织支架，其功用为模仿细胞外基质(extracellular matrix)，使细胞可在支架中生长，将选用的细胞附着、或灌注或接种至此支架上，或三维支架本身即为细胞的培养基，让细胞于支架中生长。之后，给予细胞合适的生长信号及化学刺激，使细胞在模拟的环境下增殖、生长与分化，进而组成拟似治疗标的再生组织或器官，当移植入病患体内后，即可取代原有的受损、或具功能障碍或坏死的组织器官以达成医疗的目的。最常被作为组织支架的天然材料为动物身上所取得的胶原蛋白或含水胶质的植物，例如明胶(gelatin)、胶原蛋白(collagen)、甲壳素(chitosan)或海藻酸钠(sodium alginate)等等，而人造材料则包含聚乳酸(polylactate,PLLA)、聚甘醇酸(polyglycolate,PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly-lactic co-glycolic acid,PLGA)等等。组织支架除了供应细胞生长环境之外，还可以调节细胞之间的连结并防止挤压，使细胞得到最好的生长空间。

再者，本发明可进一步配置有一气泡产生装置6以及一液体回收装置7，如图4所示，该气泡产生装置6连接于该流入管2，可提供分散有多个气泡51的该液体52；而该液体回收装置7并连接于该流出管3，用以接收与气泡分离后的液体52，该液体回收装置7具有一回收槽71用以容置该液体52，该回收槽71并配置有一流入口72以及一流出口73，该流入口72的位置高于该流出口73，同时也高于该连接管4的第二端42。该流入口72连接于该流出管3，该流出口73则由一出水管74连接于一动力件75(可以为泵)，其连接于该出水管74处，可提供动力让液体持续流过该气泡产生装置6、该流入管2、连接管4以及流出管3，并返回该回收槽71。

如图所示的实施例中，该回收槽71具有上下配置的第一槽体711以及第二槽体712，以及配置于该第一、第二槽体711、712间的管体713，该流入口72配置在该第一槽体711，而该流出口73配置在该第二槽体712，该管体713直立配置在该第一、第二槽体711、712之间，该管体713的顶端低于该第一槽体711的顶端，液体由该流出管3经该流入口72流入该第一槽体711，当液体高度高于该管体713的顶端时，液体则可自该管体713顶端进入该管体713再流入第二槽体713，最后再由该流出口73流出。

本发明中气泡产生装置产生多个气泡分散于液体的装置及其方法，大致上涉及利用申请人申请在先且核准公告的中国台湾发明专利第I630956号，专利名称“产生实质上具有单分散性的微滴的方法及装置”中述及的方法及装置，该件专利被完整地纳入于本文，以作为参考。

图4的实施例在使用时，先于第一槽体711注入液体52且高于该管体713顶端，液体52由该管体713流入第二槽体712，再由该流出口73经出水管74并利用动力件75注入该气泡产生装置6，经由气泡产生装置6产生多个气泡51分散于该液体52且输送于该流入管2。在该流入管2输送时，请同时参阅图2所示，因气泡51密度较低会慢慢地移动至该流入管2上方位置处，当分散有多个气泡的液体流经孔洞21时，位于该流入管2上方位置处的气泡51会随小部分液体喷出孔洞21，而往该容置空间11顶部浮升。当越来越多气泡51被喷出孔洞21时，前方气泡51会受到后方气泡51的浮力推挤而朝管柱12内移动，移动至管柱12内的多个气泡则在往上移动的过程中，形成最密堆叠的状态，完成气泡的分离及收集。

流入管2所含的该液体52大部分经由该连接管4进入该流出管3而流出该本体1。由孔洞21喷出的一小部分的液体52也可经由该间隙43进入该流出管3而流出该本体1。因此，该流出管3内的该液体52再经由该流入口72流入回收槽71的第一槽体711，进而形成液体循环再利用。

综上所述，本发明提供一种较佳可行的气泡分离装置，提呈发明专利的申请；本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的揭示而作各种不背离本发明的发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的权利要求书所涵盖。

Claims (10)

1.一种气泡分离装置，其包含：

一本体，其具有一容置空间且其顶部并配置有一相通的管柱；

一流入管，位于该本体一侧，该流入管深入到该容置空间中设有一孔洞；

一流出管，位于该本体一侧且其位置低于该流入管的位置；以及一连接管，位于该容置空间，该连接管的第一端连接于该流入管，该连接管的第二端对应于该流出管且两者之间具有一间隙；

其中，分散有多个气泡的液体由该流入管流入，该气泡随着小部分液体由该孔洞排出并往上浮升至该容置空间顶部，且经由该管柱汇集多个气泡；而大部分液体则由该流入管继续流动至该连接管，并经由该流出管流出该本体，由孔洞排出的小部分液体也由该间隙进入该流出管，全部液体得以汇集一起流出该本体。

2.根据权利要求1所述的气泡分离装置，其中，进一步配置有一气泡产生装置，并连接于该流入管，提供分散有多个气泡的该液体。

3.根据权利要求2所述的气泡分离装置，其中，进一步配置有一液体回收装置，并连接于该流出管，用以接收该液体。

4.根据权利要求3所述的气泡分离装置，其中，该液体回收装置具有一回收槽用以容置该液体，该回收槽并配置有一流入口以及一流出口，该流入口连接于该流出管，该流出口则由一出水管连接于该气泡产生装置。

5.根据权利要求4所述的气泡分离装置，其中，该流入口的位置高于该流出口。

6.根据权利要求4所述的气泡分离装置，其中，该流入口的位置高于该连接管的第二端。

7.根据权利要求4所述的气泡分离装置，其中，该液体回收装置进一步设有一动力件，其连接于该出水管处。

8.根据权利要求1至7任一项所述的气泡分离装置，其中，该连接管的第一端位置高于该连接管的第二端。

9.根据权利要求1至7任一项所述的气泡分离装置，其中，该管柱由该容置空间的顶部往上延伸。

10.根据权利要求1至7任一项所述的气泡分离装置，其中，该孔洞位于该流入管的上方位置处。

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