CN112192797A - 一种制膜装置及制膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物膜制备技术领域，公开了一种制膜装置及制膜方法，所述制膜装置包括：机台；振动机构，设置于所述机台；模具，设置于所述振动机构的振动端，所述模具表面设置有成膜槽；上样机构，被配置为向所述成膜槽注入定量的制膜胶样；及固化机构，被配置为固化所述成膜槽内的制膜胶样。本发明提供的制膜装置及制膜方法通过振动机构振动模具，使模具内的制膜胶样流延均匀，从而解决制膜胶样由于黏度过大，难以形成均匀膜的问题，且匀膜过程无需人工辅助，便于保证各批次制备的膜层厚度的均匀性，确保生物膜的性能稳定。

Description

一种制膜装置及制膜方法

技术领域

本发明涉及生物膜制备技术领域，尤其涉及一种制膜装置及制膜方法。

背景技术

透明质酸(Hyaluronic acid，简称HA)是细胞外基质的重要组成成分，广泛存在于人和动物体内。它是一种透明的多醣体，是由葡萄醛酸-N-乙酸氨基葡萄糖为双糖分子单位组成的直链高分子多醣，具有优异的生物相容性、生物可降解性、生物活性以及流变学特性，并且含有自由羧基和羟基，易于进行化学修饰，因而透明质酸是广泛使用的生物材料之一。

生物材料膜剂型具有宏观尺寸稳定的三维网络结构和良好的力学强度、降解性能和生物相容性，适用于美容、人造器官、各种补片、角膜、防粘连膜、伤口敷料、给药制剂以及组织工程支架等方面应用。

生物材料膜一般通过胶样流延成膜后经固化等工艺制成，由于用于制备生物材料膜的胶样较为粘稠，现有的制膜工艺中，生物材料膜的制膜装置大多辅以人工匀膜，难以保证各批次制备的膜层厚度的均匀性。更重要的是，生物材料膜制备过程中涉及多个工艺的配合协调，过多的手工操作影响不同制备批次的透明质酸膜的性能稳定，包括膜的厚度尺寸、力学性能、降解性能、生物相容性等等，进而影响透明质酸膜应用的准确性，尤其在生物膜的医疗应用中可能会直接影响治疗效果。

因此，上述问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制膜装置及制膜方法，该制膜装置能够无需人工辅助地制得厚度均匀的膜产品。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种制膜装置，包括：

机台；

振动机构，设置于所述机台；

模具，设置于所述振动机构的振动端，所述模具表面设置有成膜槽；

上样机构，被配置为向所述成膜槽注入定量的制膜胶样；及

固化机构，被配置为固化所述成膜槽内的制膜胶样。

作为优选，所述模具与所述振动机构的振动端可拆卸连接。

作为优选，所述振动机构的所述振动端设置有多个所述模具。

作为优选，所述制膜装置还包括移载机构，所述移载机构被配置为将多个所述模具的所述成膜槽与所述上样机构逐一对应。

作为优选，多个所述模具呈阵列排布；所述移载机构包括：

支架，固定于所述机台，并架设于所述振动机构上方；

第一滑动部，固定于所述机台，并沿第一方向延伸，所述振动机构固定连接于所述第一滑动部的活动端；及

第二滑动部，固定于所述支架，并沿与所述第一方向垂直的第二方向延伸，所述上样机构固定连接于所述第二滑动部的活动端。

作为优选，多个所述模具呈线性排布；所述移载机构包括：

支架，固定于所述机台，并架设于所述振动机构上方，所述上样机构固定于所述支架；及

第三滑动部，固定于所述机台，并沿平行于多个所述模具的排布方向延伸，所述振动机构固定连接于所述第三滑动部的活动端。

作为优选，所述上样机构包括安装座和第一升降部，所述安装座固定连接于所述第二滑动部的活动端，所述第一升降部固定连接于所述安装座，所述第一升降部具有能够沿竖直方向升降的第一升降端，所述上样机构还包括：

胶桶，固定连接于所述安装座；

出胶嘴，设置于所述第一升降端；及

上样阀，被配置为将所述胶桶排出的所述制膜胶样定量地送入所述出胶嘴。

作为优选，所述固化机构包括：

第二升降部，固定连接于所述支架，所述第二升降部具有能够沿竖直方向升降的第二升降端；及

光固化部，设置于所述第二升降端。

作为优选，所述制膜装置还包括控制器，所述控制器与所述振动机构、所述上样机构、所述固化机构及所述移载机构电性连接。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种采用上述的制膜装置制膜的制膜方法，所述制膜方法包括：

上样机构向模具的成膜槽注入定量的制膜胶样；

振动机构向模具提供振动力，使所述成膜槽内的制膜胶样流延至厚度均匀；

固化机构固化所述制膜胶样。

作为优选，所述上样机构向模具的成膜槽注入定量的制膜胶样包括：

所述上样机构沿预设移动路径向所述模具的所述成膜槽注入所述制膜胶样，以使所述制膜胶样均匀地涂覆于所述成膜槽。

本发明的有益效果：

本发明提供的制膜装置及制膜方法通过振动机构振动模具，使模具内的制膜胶样流延均匀，从而解决制膜胶样由于黏度过大，难以形成均匀膜的问题，且匀膜过程无需人工辅助，便于保证各批次制备的膜层厚度的均匀性，确保生物膜的性能稳定。

附图说明

图1是本发明实施例中制膜装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中制膜装置另一视角的结构示意图；

图3是本发明实施例中模具的结构示意图。

图中：

1、机台；

2、振动机构；

3、模具；31、成膜槽；

4、上样机构；41、安装座；42、第一升降部；43、胶桶；44、出胶嘴；45、上样阀；

5、固化机构；51、第二升降部；52、光固化部；

6、移载机构；61、支架；62、第一滑动部；63、第二滑动部；

7、控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供了一种用于制备膜产品的制膜装置，除采用适于流延均匀的低粘度胶样外，该制膜装置还尤其适用于采用粘度较大的制膜胶样制备厚度均匀的膜产品。

下面，以制备透明质酸膜为例，对该制膜装置及采用该制膜装置的制膜方法进行详细说明。

该制膜方法包括以下步骤：

(1)透明质酸衍生物M的制备：

透明质酸水溶液：

由透明质酸与去离子水混合配成质量浓度为0.005g/mL的透明质酸水溶液。

2-甲基丙烯酸酐溶液：

每500μL2-甲基丙烯酸酐溶于2mL的丙酮溶液中配成。

透明质酸衍生物M：

将上述配制得到的2-甲基丙烯酸酐溶液与透明质酸水溶液混合，然后采用NaOH溶液调整pH值至10，在4℃的条件下反应20h，反应结束后，反应体系依次经透析和冷冻干燥，得到透明质酸衍生物M，透明质酸衍生物M的结构式如下：

其中，透析为采用去离子水透析5天，透析所用的透析袋的截留分子量为3500Da。

(2)透明质酸衍生物F的制备：

透明质酸缓冲溶液：

将2-(N-吗啉)乙磺酸颗粒溶于去离子水中，再用NaOH和/或盐酸调pH值至5.5，定容配制成2-(N-吗啉)乙磺酸缓冲溶液，配制后冷藏于4℃的条件下24h后使用；

将透明质酸加入100mM2-(N-吗啉)乙磺酸缓冲溶液中制得透明质酸缓冲溶液，透明质酸缓冲溶液的质量浓度为0.005g/mL。

透明质酸衍生物F：

在磁力搅拌的条件下，在透明质酸缓冲溶液中，加入用量为透明质酸重复单元数5倍的4-(4,6-二甲氧基三嗪-2-基)-4-甲基吗啉盐酸盐，搅拌20min后，加入用量为透明质酸重复单元数2倍的2-呋喃甲胺，在20℃的条件下反应40h，反应结束后，依次经透析和冷冻干燥，得到透明质酸衍生物F，透明质酸衍生物F的结构式如下：

其中，透析为采用去离子水透析5天，透析所用的透析袋的截留分子量为3500Da。

(3)透明质酸膜的制备：

将步骤(1)制备的透明质酸衍生物M、透明质酸衍生物F以及步骤(2)中的苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐(光引发剂)按照体积比为9:9:2进行混合；其中透明质酸衍生物M的浓度为0.03g/mL，透明质酸衍生物F的浓度为0.03g/mL，光引发剂的浓度为0.005g/mL；

混合后，避光，除去气泡，然后置于37℃的水浴锅中，避光过夜反应，得到一步交联后的水凝胶结合物，在模具中流延成膜，再经光照，光照波长为360nm，光照时间为8min，光照距离为5cm，再经冻干/风干制备得到透明质酸膜。

本实施例中，在步骤(3)透明质酸膜的制备中，水凝胶结合物在模具中流延成膜及光照具体采用一制膜装置进行。

请参阅图1至图3，该制膜装置包括机台1、振动机构2、上述模具3、上样机构4及固化机构5。振动机构2设置于机台1。模具3设置于振动机构的振动端，模具3表面设置有成膜槽31。上样机构4被配置为向成膜槽31注入定量的水凝胶结合物。固化机构5被配置为固化成膜槽31内的水凝胶结合物。

借由上述结构，上样机构4向模具3的成膜槽31注入定量的水凝胶结合物后，振动机构2向模具3提供振动力，模具3处于周期性的摆动状态，使成膜槽31内的水凝胶结合物流延至厚度均匀，随后，固化机构5固化制膜胶样，使水凝胶结合物被光照后发生光交联反应固化膜结构，再经冻干/风干后，即获得的透明质酸膜。

由此可知，本实施例提供的制膜装置可以解决制膜胶样由于黏度过大，难以形成均匀膜的问题，且匀膜过程无需人工辅助，便于保证各批次制备的膜层厚度的均匀性，确保透明质酸膜的性能稳定，进而保障透明质酸膜应用的准确性。

可以理解的是，本实施例中，模具3的成膜槽31的各部位应形成为高度均匀的结构，且模具3呈水平姿态放置。成膜槽31内的水凝胶结合物的注入量由膜厚和模具3尺寸决定。

为便于适配于制备不同尺寸、形状的膜产品，模具3优选为与振动机构2的振动端可拆卸连接。示例性地，振动机构2可以采用现有技术中常见的振动台，振动台的表面设置用于栓接模具3的连接孔，连接孔可以依阵列结构设置，以能与不同尺寸的模具3适配栓接。或者，振动台上可以设置间距可调整的夹具，通过改变夹具的夹持尺寸，适配于不同尺寸的模具3。当然地，在其他可选的实施方式中，还可以采用真空吸附、电磁吸附等方式实现可拆卸的固定治具，在此不做具体限定。

为便于批量生产，本实施例中，振动机构2的振动端可以设置有多个模具3。多个模具3可以通过多个上样机构4或单个上样机构4的多个出胶嘴44共同注入定量的水凝胶结合物。而优选地，制膜装置可以包括移载机构6，移载机构6被配置为将多个模具3的成膜槽31与上样机构4逐一对应。

在多种不同的实施方式中，基于多个模具3的排布方式、实施现场空间限制及自动化控制难易程度因素，移载机构6可以仅驱动振动机构2移动，以使多个模具3逐一地与具有固定位置的上样机构4对应，或者，移载机构6也可以仅驱动上样机构4移动，以使上样机构4逐一地与具有固定位置的多个模具3对应。进一步地，移载机构6还可以分别驱动上样机构4和多个模具3移动，以使多个模具3的成膜槽31与上样机构4逐一对应。

示例性地，如图1所示，本实施例中多个模具3呈阵列排布，相应地，移载机构6包括支架61、第一滑动部62和第二滑动部63。支架61固定于机台1，并架设于振动机构2上方。第一滑动部62固定于机台1，并沿第一方向延伸，振动机构2固定连接于第一滑动部62的活动端。第二滑动部63固定于支架61，并沿与第一方向垂直的第二方向延伸，上样机构4固定连接于第二滑动部63的活动端。

第一方向和第二方向可以为机台1的宽度及长度方向，从而通过配合调整振动机构2及上样机构4在第一方向和第二方向上的位置，实现将呈阵列布置多个模具3的成膜槽31与上样机构4逐一对应。

示例性地，当多个模具3呈线性排布时，移载机构6可以包括支架61和第三滑动部，支架61固定于机台1，并架设于振动机构2上方，上样机构4固定于支架61。第三滑动部固定于机台1，并沿平行于多个模具3的排布方向延伸，振动机构2固定连接于第三滑动部的活动端。从而可仅通过调整振动机构2的位置，将呈线性布置多个模具3的成膜槽31与上样机构4逐一对应。

当然，在其他可选的实施方式中，还可以通过双轴以上的滑动模组、机械手等结构移载振动机构2或上样机构4实现上述目的，在此不做一一穷举。

本实施例中，上样机构4包括安装座41和第一升降部42，安装座41固定连接于第二滑动部63的活动端，第一升降部42固定连接于安装座41，第一升降部42具有能够沿竖直方向升降的第一升降端，上样机构4还包括依次连通的胶桶43、上样阀45和出胶嘴44。胶桶43用于储放水凝胶结合物，其固定连接于安装座41。出胶嘴44设置于第一升降端，以可升降地移至与模具3的成膜槽31接近注胶或远离避让模具3移动。上样阀45被配置为将胶桶43排出的水凝胶结合物定量地送入出胶嘴44，其可以为流量阀，通过检测流经其的水凝胶结合物的流量启闭，以实现定量上样的目的。

可以理解的是，上样机构4中，可通过重力作用使胶桶43内的水凝胶结合物自然流动至流量阀和出胶嘴44，而针对粘度较大的制膜胶样，胶桶43可配置注射泵等辅助增压结构，确保胶桶43内的制膜胶样稳定流出。

可选地，由于上样过程中，基于固定的支架61结构，出胶嘴44的升降高度得以确定，因此，第一升降部42可以选用成本较低且移动距离单一、确定的气缸，即将该气缸轴向竖直地固定于安装座41，并将出胶嘴44固定在该气缸的轴端即可，该气缸的伸缩长度依照其初始位置及模具3的成膜槽31的间距选定。

本实施例中，固化机构5包括第二升降部51和光固化部52，第二升降部51固定连接于支架61，第二升降部51具有能够沿竖直方向升降的第二升降端。光固化部52设置于第二升降端，通过第二升降端下降及提升光固化部52，即可使光固化部52接近或远离模具3，从而对水凝胶结合物进行UV固化。优选地，光固化部52能够覆盖所有所述模具3，以一次性固化所有模具3中的水凝胶结合物。

在针对不同剂型的制膜胶样的光固化过程中，光照波长、照时间为以及光照距离不尽相同，因此，为获得不同的光照距离，本实施例中第二升降部51优选为丝杆模组，该丝杆模组的固定端固定于支架61，其活动端固定连接光固化部52，以灵活调整制膜胶样的固化光照距离，适于获得膜产品不同的力学强度等指标。

作为优选，本实施例中制膜装置还包括控制器7，控制器7与振动机构2、上样机构4、固化机构5及移载机构6电性连接。具体地，该控制器7可以包括PLC、触控板、指示灯等控制、输入及输出模块等，以实现对振动机构2、上样机构4、固化机构5及移载机构6的匀胶、上样、固化、机械移动等过程的自动控制，涉及上述自动控制的电路结构、编程原理等皆为现有技术，在此不做具体赘述。

本实施例还提供了一种采用上述的制膜装置制膜进行制膜的制膜方法，制膜方法包括：

上样机构4向模具3的成膜槽31注入定量的制膜胶样；

振动机构2向模具3提供振动力，使成膜槽31内的制膜胶样流延至厚度均匀；

固化机构5固化制膜胶样。

为了能使单个模具3的膜槽31内被均匀地涂覆制膜胶样，上样机构4向模具3的成膜槽31注入定量的制膜胶样包括：

上样机构4沿预设移动路径向模具4的成膜槽31注入制膜胶样，具体地，该预设移动路径可以为蛇形、同心“回”字形或螺旋线形等路径，以使上样机构4排出的制膜胶样随着上样机构4的移动逐渐地涂覆在成膜槽31的各个部位。后续借由振动机构2振动匀胶，进一步使得制膜槽31内的制膜胶样流延至厚度均匀。

可以理解的是，上述上样机构4的移动可借由本实施例提供的移载机构6驱动进行，也即通过控制器7通过调用预先存储的涂胶移动路径控制移载机构6移动，并调用预设涂胶参数协调控制上样机构4均匀排胶。借由控制器7协调控制，可使上述加工工序自动化完成，确保不同批次制备的透明质酸膜的力学性能、降解性能等具有较好的稳定性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制膜装置，其特征在于，包括：

机台(1)；

振动机构(2)，设置于所述机台(1)；

模具(3)，设置于所述振动机构(2)的振动端，所述模具(3)表面设置有成膜槽(31)；

上样机构(4)，被配置为向所述成膜槽(31)注入定量的制膜胶样；及

固化机构(5)，被配置为固化所述成膜槽(31)内的制膜胶样。

2.根据权利要求1所述的制膜装置，其特征在于，所述模具(3)与所述振动机构(2)的振动端可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的制膜装置，其特征在于，所述振动机构(2)的所述振动端设置有多个所述模具(3)。

4.根据权利要求3所述的制膜装置，其特征在于，所述制膜装置还包括移载机构(6)，所述移载机构(6)被配置为将多个所述模具(3)的所述成膜槽(31)与所述上样机构(4)逐一对应。

5.根据权利要求4所述的制膜装置，其特征在于：

多个所述模具(3)呈阵列排布；

所述移载机构(6)包括：

支架(61)，固定于所述机台(1)，并架设于所述振动机构(2)上方；

第一滑动部(62)，固定于所述机台(1)，并沿第一方向延伸，所述振动机构(2)固定连接于所述第一滑动部(62)的活动端；及

第二滑动部(63)，固定于所述支架(61)，并沿与所述第一方向垂直的第二方向延伸，所述上样机构(4)固定连接于所述第二滑动部(63)的活动端。

6.根据权利要求5所述的制膜装置，其特征在于，所述上样机构(4)包括安装座(41)和第一升降部(42)，所述安装座(41)固定连接于所述第二滑动部(63)的活动端，所述第一升降部(42)固定连接于所述安装座(41)，所述第一升降部(42)具有能够沿竖直方向升降的第一升降端，所述上样机构(4)还包括：

胶桶(43)，固定连接于所述安装座(41)；

出胶嘴(44)，设置于所述第一升降端；及

上样阀(45)，被配置为将所述胶桶(43)排出的所述制膜胶样定量地送入所述出胶嘴(44)。

7.根据权利要求5所述的制膜装置，其特征在于，所述固化机构(5)包括：

第二升降部(51)，固定连接于所述支架(61)，所述第二升降部(51)具有能够沿竖直方向升降的第二升降端；及

光固化部(52)，设置于所述第二升降端。

8.根据权利要求4所述的制膜装置，其特征在于，所述制膜装置还包括控制器(7)，所述控制器(7)与所述振动机构(2)、所述上样机构(4)、所述固化机构(5)及所述移载机构(6)电性连接。

9.一种采用如权利要求1-8任意一项所述的制膜装置制膜的制膜方法，其特征在于，所述制膜方法包括：

上样机构(4)向模具(3)的成膜槽(31)注入定量的制膜胶样；

振动机构(2)向模具(3)提供振动力，使所述成膜槽(31)内的制膜胶样流延至厚度均匀；

固化机构(5)固化所述制膜胶样。

10.根据权利要求9所述的制膜方法，其特征在于，所述上样机构(4)向模具(3)的成膜槽(31)注入定量的制膜胶样包括：

所述上样机构(4)沿预设移动路径向所述模具(3)的所述成膜槽(31)注入所述制膜胶样，以使所述制膜胶样均匀地涂覆于所述成膜槽(31)。

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