CN112469438A - 制备和输送凝胶的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了向表面输送凝胶的系统和方法。在一个实施例中，所述系统可具有第一容器，其内容纳含粘结剂/交联剂的第一低粘度水溶液；第二容器，其内容纳包含胶凝组分的第二低粘度水溶液。将单独的第一低粘度水溶液和第二低粘度水溶液喷雾到表面上，这些溶液在所述表面上混合形成凝胶。

Description

制备和输送凝胶的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求Hutchins等人于2018年7月10日提交的美国临时申请62/696,261的权益，通过引用，该临时申请的全部内容纳入本申请中。本申请涉及发明人J·哈钦斯(JamesHutchins)等于2019年7月10日提交的共同未决的PCT申请No.PCT/US19/41178。此共同未决PCT申请通过引用全文纳入本申请中。

1.技术领域

本发明提供了在表面上形成凝胶的系统和方法。在一个实施例中，所述系统可具有第一容器，其内容纳包含粘结剂/交联剂的第一低粘度水溶液；第二容器，其内容纳包含胶凝组分的第二低粘度水溶液。将单独的第一溶液和第二溶液喷雾，或以其他方式施加到一表面上，这些溶液在所述表面上混合形成凝胶。除系统之外，本发明还提供了方法。在一个实施例中，至少一种低粘度水溶液包含可输送的目标产品，例如疫苗。

2.背景技术

2.1.简介

本文提供的“背景”描述是为了总体上呈现本发明的背景。在本文背景技术部分中所描述的范围内，当前署名的发明人的工作以及在申请时未被视为现有技术的描述方面，均未被本发明明确或暗示承认为现有技术。

凝胶的好处在于，制剂可粘附于表面上并停留在其施用位置。凝胶将使目标产品定位在特定区域。因此，许多药物、预防剂和治疗剂都以凝胶形式配制。例如，用于局部输送麻醉剂(如利多卡因)的凝胶将使活性成分定位在期望的目标区域并且远离其他区域。水溶性凝胶还具有水合产物的优点，如果它们变干，它们的性能可能变差。通常，生物制剂和疫苗在干燥后会失活或失效。

可能很难将活性成分均匀地混合到凝胶中。大多数基于凝胶的应用是在生产设施中以最终浓度的凝胶形式制备，利用自动混合设备来确保活性成分均匀分散在凝胶中；或者，某些凝胶在加热时粘度可能会降低，从而有助于混合，但许多产品并不能耐受较高的温度。

此外，由于凝胶的高粘度而使凝胶的输送复杂化，这使某些输送方法(如喷雾法)复杂化，并且需要高压。因此，需要改进方法来输送包含活性成分的凝胶或凝胶制剂。

在动物养殖设施(如孵化场)中，高产量要求每天需要处理数十万、数百万或更多的对象。这些过程可能包括疫苗接种。在家禽养殖设施中，这些疫苗是浓缩液，使用前需要稀释。疫苗通常以5至10升的批次制备。一天中需要多个批次。对于某些疫苗，优选稀释为凝胶后进行施用。有效地将小瓶浓缩疫苗均匀地混合到更大体积的粘稠凝胶中是一项挑战。将小瓶疫苗混合到低粘度水溶液中比较容易。由于需要高压，高粘度溶液很难进行均匀分配。

2.2.疫苗、顶复门、艾美球虫和球虫病

疫苗是保护人类和动物免受病原微生物(包括病毒、细菌和寄生虫)侵害的重要组分。简而言之，疫苗刺激免疫系统识别特定的病原体，从而建立防御系统，阻止将来遇到的自然界中的这种微生物。疫苗可以分为几大类，具体来说是：灭活疫苗、亚单位疫苗、野生型疫苗和减毒或改良活疫苗。野生型疫苗和减毒疫苗会给受体动物带来轻度感染。轻度感染通常会产生免疫反应，从而阻止将来发生更大的甚至致命的感染。

顶复门是具有复杂生命周期的单细胞孢子形成寄生虫的一类门。顶复门引发的人类常见疾病包括巴贝西虫病(巴贝西虫)、隐孢子虫病(隐孢子虫)、疟疾(疟原虫)和弓形虫病(弓形虫)。顶复门疾病也影响动物和牲畜。某些顶复门，例如隐孢子虫和弓形虫，对人和动物都有影响。其他顶复门，例如艾美球虫或泰勒虫只会影响动物。顶复门的生命周期很复杂，因为它具有有性和无性繁殖阶段。生命周期通常包括将其排泄到环境中的阶段以及存在于动物宿主内的其他阶段。对于许多顶复门而言，生命周期的某些阶段发生在一种宿主物种中，而其他阶段发生在另一种宿主物种中。

另一方面，顶复门寄生虫艾美球虫通常具有宿主特异性，并且是单主寄生性的，即生命周期是特定于单一宿主物种的。孢子囊是卵囊中包含的艾美球虫的生命阶段，可在输送前被释放出来，以提高疫苗的感染力。艾美球虫会在野生和驯养的脊椎动物(例如牛、鸡、鱼、山羊、猪、兔、爬行动物、绵羊和火鸡)中引发球虫病。不同的艾美球虫物种具有优选的胃肠道(GI)区域，在这些区域中它们进行繁殖并损坏胃肠道的上皮。

球虫病是家禽的常见疾病。球虫病通常通过饲料中的离子载体或化学药品来控制。由于离子载体和化学药品的成本较高、消费者需求以及耐药性生物(如球虫和其它生物)的发展，因此，人们目前正在寻求替代控制措施。球虫病疫苗可能会大大减少或消除饲料中对控制球虫病的离子载体或化学药品的需求。由于缺乏大规模疫苗接种的一致性，疫苗并未得到广泛使用。如目前所提供的，家禽的艾美球虫疫苗第一轮感染和免疫效率低下，并且通常导致大量未免疫群体易感疾病。随后未免疫群体依赖于养殖场循环来诱导免疫力。第一轮感染禽类的输出造成其它大量未免疫群体发生感染。在第一轮感染后的一段时间内，消除未免疫性会产生较高的卵囊产量，从而导致易发生继发性细菌感染(例如坏死性肠炎)，需要抗生素来消除。在孵化当天对所有禽类进行有效的疫苗接种可避免艾美球虫感染所致的发病率、死亡率和体重减轻。参见Karimpour的PCT公开WO 2017/083663A1。目前，由于性能不佳，因球虫病发病率和死亡率而造成的全球损失估计为3亿美元。此外，估计美国在球虫病控制方面每年花费9000万美元，而全球花费30亿美元(5m Editor,2013,HighCost of Coccidiosis in Broilers,The Poultry Site,https://thepoultrysite.com/ news/2013/02/high-cost-of-coccidiosis-in-broilers)。

3.发明内容

与将活性成分混合到预先形成的凝胶中相反，本发明提出了一种双组分凝胶体系。所述体系由两种低粘度水溶液组成，两者混合后会形成凝胶。这种体系的优点是易于混合、低压输送以及在施用时能防止脱水。

一个实施例涉及一种用于输送目标产品的系统。所述系统包括：第一容器，其容纳在第一溶液中的目标产品；第二容器，其容纳第二溶液；与第一容器和第二容器流体连通的输送装置；以及输送装置出口。将第一溶液从第一容器输送至第一输送装置出口，产生第一喷雾。将第二溶液从第二容器输送至第二输送装置出口，产生第二喷雾。在输送时，第一溶液和第二溶液混合，形成包含目标产品的凝胶。第二实施例涉及用于将包含卵囊的疫苗溶液输送至动物的系统。所述系统包括：第一容器，其容纳在第一溶液中的未破裂卵囊；第二容器，其容纳第二溶液；与第一容器和第二容器流体连通的输送装置；以及输送装置出口。将第一溶液从第一容器输送至第一输送装置出口，产生第一喷雾。将第二溶液从第二容器输送至第二输送装置出口，产生第二喷雾。输送时，第一溶液和第二溶液反应，形成包含卵囊溶液的凝胶。

另一个实施例涉及一种用于破坏卵囊外膜，释放出至少一些完整的孢子囊，然后将所得混合物输送至动物的系统。参见J·哈钦斯等人2019年7月10日提交的共同未决的PCT申请No.PCT/US19/41178。该系统包括容纳含未破裂卵囊的第一溶液的第一容器、处理室及具有第一输送出口的第一输送装置。该系统还包括容纳第二溶液的第二容器，以及具有第二输送出口的第二输送装置。将第一溶液从第一容器输送至处理室，在该处理室中至少一些卵囊膜破裂，得到卵囊和孢子囊混合物的第一溶液。将第一溶液输送到第一输送出口以产生第一喷雾，并且将第二溶液从第二容器输送至第二输送装置出口以产生第二喷雾。第一溶液和第二溶液在输送时混合，形成包含卵囊和孢子囊的凝胶。

用于输送基于卵囊的疫苗的制剂可以是水溶液或更复杂的溶液，包括凝胶。简单的水溶液通常不提供防止卵囊在喷雾后干燥的成分。凝胶制剂可以保护卵囊免于变干，但是，很难将疫苗均匀地混合到高粘度凝胶中，同样，也可能难以将高粘度产品分配到接受者身上。处理卵囊从而释放出孢子囊可以提高疫苗效力，但是，由于孢子囊不再被密封在其天然保护性载体卵囊壁中，因此提供保护环境以确保其活性非常重要。为了形成孢子囊的保护性凝胶，可以使用双组分体系进行喷雾输送，其中两种组分都是如下文所述的低粘度水溶液。混合后，这两种组分形成围绕孢子囊的保护性凝胶。这种方案避免了将疫苗混合到粘稠溶液中或在高粘度溶液(例如，凝胶)中分配/喷雾预混合疫苗存在的困难。

本发明方法接种疫苗的优选经济禽类是鸡。

给鸡施用的优选组合物包括一种物种或多种物种艾美球虫的孢子囊或孢子囊与卵囊的混合物，所述艾美球虫选自由柔嫩艾美球虫、堆形艾美球虫、巨型艾美球虫、毒害艾美球虫、和缓艾美球虫、早熟艾美球虫、哈氏艾美球虫、变位艾美球虫和布氏艾美球虫组成的组。

本发明方法接种疫苗的另一种优选经济禽类是火鸡。

给火鸡施用的优选组合物包括一种物种或多种物种艾美球虫的孢子囊或孢子囊与卵囊的混合物，所述艾美球虫选自由火鸡和缓艾美球虫、腺样艾美球虫、孔雀艾美球虫、分散艾美球虫、珠鸡艾美球虫、无毒艾美球虫、亚圆艾美球虫组成的组。

4.附图说明

在概括地描述了本发明的各种实施例之后，现在将参考附图，这些附图没有按比例绘制并且未包括系统的所有组件。

图1是凝胶实施例(1)的示意图。

图2A是艾美球虫卵囊和疫苗生命周期的图示。

图2B是鸡中艾美球虫卵囊生命周期的图示。

图3是凝胶实施例(2)的示意图。

图4是凝胶实施例(3)的示意图。

5.具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述本发明的各个方面，附图中示出了本发明的一些方面，但并非所有方面。事实上，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的各个方面，相反，提供这些实施例是为了使本发明公开充分和完整，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。

在整篇发明中，类似的数字表示类似的元件。在附图中，为了清晰起见，可以放大某些线的粗细度、各个层、组件、元件或特征。本文提到的所有出版物、专利申请、专利和其它文献都通过引用而纳入本申请中。

5.1.定义

本文使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，并不是用于限制本发明的范围。

本文所述词语“艾美球虫”是指并且包括感染鸡的艾美球虫种属，包括巨型艾美球虫、和缓艾美球虫、柔嫩艾美球虫、堆形艾美球虫、布氏艾美球虫、毒害艾美球虫、早熟艾美球虫、哈氏艾美球虫、变位艾美球虫及它们的任何组合。艾美球虫包括感染火鸡的种属，例如火鸡和缓艾美球虫、腺样艾美球虫、孔雀艾美球虫、分散艾美球虫、无毒艾美球虫、珠鸡艾美球虫、亚圆艾美球虫及它们的任何组合。艾美球虫还包括感染牛的种属，例如邱氏艾美球虫、牛艾美球虫、椭圆艾美球虫及它们的任何组合。艾美球虫还包括阿沙塔艾美球虫、巴库艾美球虫、槌状艾美球虫、福氏艾美球虫、颗粒艾美球虫、错乱艾美球虫、马耳斯卡艾美球虫、类绵羊艾美球虫、苍白艾美球虫、小型艾美球虫、威布里吉艾美球虫及它们的任何组合。此外，词语艾美球虫包括肠艾美球虫、维氏艾美球虫、梨形艾美球虫、盲肠艾美球虫、无残艾美球虫、黄艾美球虫、微小艾美球虫、大型艾美球虫、穿孔艾美球虫、中等艾美球虫、啮齿艾美球虫及它们的任何组合。

词语“动物”和“动物受试者”包括但不限于哺乳动物和/或禽类受试者。合适的哺乳动物受试者包括但不限于灵长类受试者(例如，人类受试者和非人类灵长类受试者，如猿猴)、猪、牛科动物(例如牛)、山羊、马、猫科动物、绵羊、犬科动物、鼠科动物(例如，小鼠、大鼠)和兔形目动物受试者。

本文使用的词语“禽类”和“禽类受试者”(即“鸟类”和“鸟类受试者”)旨在包括任何禽类物种的雄性和雌性，但主要包括商业饲养提供蛋、肉的家禽或宠物家禽。因此，词语“禽类”和“禽类受试者”特别包括但不限于鸡、火鸡、鸭子、鹅、鹌鹑、雉鸡、长尾鹦鹉、鹦鹉、凤头鹦鹉、鸵鸟、鸸鹋等。在具体实施例中，所述禽类受试者是鸡或火鸡。

本文所述词语“低粘度”定义为在20摄氏度下约1厘泊。

本文所述词语“整理”或“梳理”定义为鸡或其他动物自己或由另一动物用嘴整理摄取卵囊或其他材料，并随后消耗被整理的材料而引发感染的行为。

在疫苗感染性的背景下，本文所述词语“摄取”、“摄取百分比”或“％摄取”定义为接种疫苗后已经显示出顶复门(包括但不限于艾美球虫)感染阳性的受试者。

在本发明中，除非上下文中清楚表明，否则，单数形式“一”、“这个”也包括复数形式。应该进一步理解的是，在本说明书中，词语“包括”和/或“包含”指的是存在指定的特征、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或加入一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。本发明可以适当地“包括”、“由”或“基本上由”权利要求中所述的步骤、元件和/或试剂组成。

还应指出的是，权利要求书编制时排除了任何可选要素。这样，此陈述旨在作为与权利要求要素的叙述结合使用诸如“仅”、“只”等排他性术语或使用“否定”限制的先行基础。

本文所述词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。本文所述词语诸如“在X和Y之间”和“大约在X与Y之间”之类的词语应被解释为包括X和Y。本文所述诸如“大约在X和Y之间”之类的词语是指“大约X与大约Y之间”。本文所述诸如“从大约X到Y”的词语表示“从大约X到大约Y”。

除非特别规定，本发明使用的所有术语(包括技术名词和科学术语)的意义与本发明所属领域技术人员通常理解的相同。应该进一步理解的是，除非本发明明确定义，词语，例如常用字典中定义的词语，其意义应与其在本说明书和相关领域背景中的意义一致，不应解释为理想化的或过度正式的意义。为了简洁和/或清楚起见，可能没有详细描述众所周知的功能或构造。除非另外特别指出，否则操作(或步骤)的顺序不限于权利要求或附图中呈现的顺序。

在整个说明书中，词语“大约”和/或“近似”可以与数值和/或范围结合使用。词语“大约”应理解为是指接近所述值的那些值。例如，“大约40[单位]”可表示在40的±25％范围内(例如，从30到50)，在±20％、±15％、±10％、±9％、±8％、±7％、±6％、±5％、±4％、±3％、±2％、±1％、小于±1％或其中或其下的任何其他值或值范围的范围内。或者，根据上下文，词语“大约”可能指的是±半个标准偏差、±一个标准偏差或±两个标准偏差。此外，短语“小于大约[数值]”或“大于大约[数值]”应根据本文提供的词语“大约”的定义来理解。词语“大约”和“近似”可互换使用。

在整个说明书中，对某些数量提供了数值范围。应该理解的是，这些范围包括其中的所有子范围。因此，范围“从50到80”包括其中所有的可能范围(例如，51-79、52-78、53-77、54-76、55-75、60-70等)。此外，在给定范围内的所有值可以是由此涵盖的范围的端点(例如，范围50-80包括端点范围，例如55-80、50-75等)。

除非特别规定，本发明使用的所有词语(包括技术名词和科学术语)的意义与本发明所属领域技术人员通常理解的相同。描述了优选的方法、装置和材料，但是，与本文描述的那些方法或材料相似或等同的任何方法和材料都可以用于本公开的实践或测试中。本文公开的所有参考文献通过引用而全文纳入本发明中。

5.2.双组分凝胶实施例

下面描述的实施例涉及双组分凝胶体系。一个实施例采用双组分体系，其中两种组分最初都不是凝胶，但是两者混合时形成凝胶。在第一个凝胶实施例中，所述体系可以包括第一组分和第二组分，所述第一组分包括在低粘度水溶液中的胶凝组分，例如藻酸钠溶液；第二组分是包含粘结剂/交联剂的低粘度水溶液，例如氯化钙液体溶液。与凝胶相比，每种喷雾组分均为粘度较低的水溶液，因此便于混合和喷雾。当将两种低粘度水溶液喷雾或以其他方式施用到目标表面上并使两者混合时，就会形成凝胶。新形成的凝胶可以保护物质免受环境影响，从而增加了凝胶在喷雾表面上停留的时间。

应当理解的是，双组分凝胶体系具有许多应用，包括但不限于食品、农业、军事、航空航天、化学、生化、制药、营养保健、化妆品、印刷和制造工业，以及可以使用凝胶涂层或凝胶应用的任何其他应用。

双组分凝胶体系的使用实例包括除草剂和农药应用，油漆和其他涂料应用。另一个预期的应用可以包括在两阶段过程中应用的药物皮肤病制剂，其中第一溶液包含第一活性成分，第二溶液包含第二活性成分。将第一溶液施加到皮肤上，然后将第二溶液施加到皮肤上。混合时，第一和第二活性成分混合，第一和第二溶液形成凝胶，但也形成完整的皮肤病制剂。

5.3.第一凝胶实施例

如图1所示，第一凝胶实施例100包括第一储器12以及出口18，所述第一储器容纳在溶液102中的粘结剂/交联剂，所述溶液可以是氯化钙溶液。第一凝胶实施例100还包括泵(未示出)。第一凝胶实施例100还包括喷雾器形式且具有第一喷嘴50的第一输送装置46。

第一凝胶实施例100还包括容纳胶凝组分溶液90的第二储器86。在一个实施例中，所述溶液可以是藻酸钠溶液。第一凝胶实施例100还包括喷雾器形式且具有第二喷嘴51的第二输送装置47。第二储器86通过第二储器出口88与第二输送装置47连接。

使用时，在溶液102中的粘结剂/交联剂从第一储器12被泵送到第一喷嘴50。胶凝组分溶液90从第二储器86被泵送到第二喷嘴51。两种溶液102和90从第一喷嘴50和第二喷嘴51被输送到表面61。通过这种方式，粘结剂/交联剂溶液102在输送时与胶凝组分溶液90在固体表面61上混合而形成凝胶。这两种喷雾可以顺序或同时输送。

本领域普通技术人员将认识到，在替代实施例中，第一储器12可以容纳胶凝组分溶液，而第二储器86可以容纳粘结剂/交联剂溶液。在该替代实施例中，当两种溶液都被喷射到表面61上时，它们将在共同的位置处形成凝胶。

可以理解的是，所述第一实施例100适用于使用水性涂料的任何地方。如上所述，这包括在食品、农业、制造、化学、生化、军事、航天航空、营养保健、化妆品、印刷和制药行业中的应用。可以预期地是，本文所述的双组分溶液在溶液中的一种或多种组分可以与溶液中的另一种组分反应时具有优势。通过以双组分溶液形式施用凝胶，可以在溶液混合形成凝胶之前避免任何反应性。

5.4.第二凝胶实施例

图2A和图2B示出了无论是野生型还是减毒型艾美球虫卵囊的生命周期的一部分。图2A描述了鸡体内艾美球虫卵囊摄取的外部过程的概况。初生雏鸡首先接种含有孢子化卵囊的疫苗(A)。然后孢子化卵囊在鸡的消化道中被处理。该过程在图2B中更详细地示出。感染持续经历多个生命阶段，最终形成未孢子化卵囊，并从鸡的粪便中排出(B)。从鸡中排出后，未孢子化卵囊随后在环境中暴露于热、水分和氧气，并在几天的时间内孢子化(C)。卵囊只有在孢子化后才具有感染力。然后，这些孢子化卵囊被鸡摄入，重复该循环。

图2B是鸡体内艾美球虫卵囊摄取内部过程的放大图。框形区域示出了卵囊繁殖生命周期的简化图，其中包含四个孢子囊的孢子化卵囊破裂，释放出孢子囊(D)。每个孢子囊内有两个子孢子。鸡的肠道内的酶促反应消化了孢子囊壁的端帽(未显示)，释放出子孢子。然后，运动的子孢子以物种特异性的方式在肠道的不同区域中寻找并感染肠道细胞(E)。例如，在鸡中，堆形艾美球虫感染上肠，巨型艾美球虫感染小肠，而柔嫩艾美球虫感染盲肠。

子孢子感染肠道细胞后，寄生虫的生命周期将继续经历无性繁殖的几个阶段。这些周期由几轮繁殖和扩增组成，导致艾美球虫的数量在其选定的肠道区域内大幅增加。在无性繁殖阶段进行扩增后，发生有性繁殖并导致产生卵囊，然后，卵囊会脱落在鸡的粪便中，被另一只鸡食用，如图2A所示。

整个过程大约需要7天，准确的时间因艾美球虫物种而异。脱囊过程和随后入侵宿主细胞发生在第0天至第3天之间。无性繁殖周期发生在第3天和第5天之间。有性繁殖阶段和随后卵囊脱落在粪便中发生在第5天和第7天之间。

在商业家禽业中，疫苗的大量应用可能无法优化疫苗接种的频率，因为许多禽类被遗漏或仅部分接种了疫苗。由于需要高产出并且缺乏替代的疫苗接种方法，因此通常采用大规模施用。高产出、直接接种到目标区域的单独疫苗接种新方法可能会大大改善疫苗接种情况。参见Karimpour的PCT公开WO 2017/083663A1。将卵囊或孢子囊直接喷入到通向消化道的孔中时，例如眼睛、嘴巴或鼻腔，它们很可能会被摄入并被处理到感染性子孢子的生命阶段。.喷在羽毛上的卵囊或孢子囊可能会受到有限的存活时间限制，因为如果不保持在水性环境中，活卵囊和孢子囊会迅速脱水死亡。如果将卵囊和/或孢子囊密封在凝胶中以限制脱水，则可以延长存活性。然而，由于高粘度，对凝胶进行喷雾存在问题，将疫苗均匀地混合到凝胶中也一样存在问题。

如图3所示，第二凝胶实施例110包括第一储器12，其容纳包含悬浮在氯化钙溶液中的卵囊的卵囊疫苗溶液82。第二凝胶实施例110还包括泵(未示出)。第二凝胶实施例110还包括喷雾器形式且具有第一喷嘴50的第一输送装置46。第一储器12通过第一储器出口18与第一输送装置46连接。

第二凝胶实施例110还包括容纳藻酸钠溶液90的第二储器86及喷雾器形式且具有第二喷嘴51的第二输送装置47。第二储器86通过第二储器出口88与第二输送装置47连接。

使用时，包含卵囊的氯化钙溶液82从第一储器12被泵送到第一喷嘴50。藻酸钠溶液90从第二储器86被泵送到第二喷嘴51。两种溶液82、90分别从第一喷嘴50和第二喷嘴51同时被输送到初生禽类的面部粘膜使其直接摄入，或被输送到身体的其他区域使其在整理过程中摄入。通过这种方式，卵囊氯化钙溶液82在输送时与藻酸钠溶液90混合，从而形成凝胶62。在溶液82、90被输送到动物身体表面上时或在动物整理期间，凝胶62被初生禽类摄入。悬浮在凝胶62中的卵囊避免了因时间长而脱水，因而进一步为初生禽类整理时摄入凝胶，从而摄入卵囊提供了机会。

应该理解的是，氯化钙或藻酸钠溶液可以与基于卵囊的疫苗混合。此外，溶液82、90可以按顺序或同时独立地喷雾以获得相同的结果，即形成基于凝胶的混合物。另外，第一储器12可以容纳藻酸钠溶液，而第二储器86可以容纳氯化钙溶液。卵囊可以加入到凝胶形成体系的两种组分的任一种组分中。

优选的制剂包括2％的藻酸钠和3％至4％，最优选3.5％至3.8％，的氯化钙，以确保快速形成具有足够粘度的凝胶，从而在整理期间保持卵囊或孢子囊密封。

藻酸丙二醇酯(PGA)可以替代藻酸钠。藻酸钠和氯化钙的另一种替代制剂包括通过将乳酸钙或葡萄糖酸钙溶液与合适的含果胶溶液如低甲氧基(LM)果胶或酰胺化低甲氧基(LMA)果胶混合而形成果胶酸钙凝胶。

5.5.第三凝胶实施例

图4中所示的第三凝胶实施例120涉及以上第一凝胶实施例100和第二凝胶实施例110所述的双组分溶液。但是，第三凝胶实施例120结合使用处理系统24来破坏至少一些卵囊膜，从而将至少一些孢子囊释放到两种溶液中的一种溶液中，随后将两种溶液以喷雾形式输送，两种溶液混合时形成凝胶。第三凝胶实施例120包括第一储器12，其容纳包含悬浮在氯化钙溶液中的卵囊的卵囊疫苗溶液82。第三凝胶实施例120还包括泵20。泵出口22固定在泵20和处理系统24之间。

第三凝胶实施例120包括配有均质机32的处理系统24。第一喷嘴50与处理系统24连接。

第三凝胶实施例120还包括容纳藻酸钠溶液90的第三储器86。第三凝胶实施例120还包括喷雾器形式且具有第二喷嘴51的第二输送装置47。第二喷嘴51与第三储器86连接。第一输送装置46和第二输送装置47均与未示出的增压空气源连接。

均质机32的进口与第一储器出口18流体连接。均质机32的出口与第二储器40流体连接，输送至第一输送装置46。第三储器86的出口与第二输送装置47流体连接。

使用时，卵囊溶液82通过泵20从第一储器12被泵送通过处理系统24。均质机包括由压力阀28控制的高压源26。高压均质机32将溶液82中的卵囊通过进口36输送到容器30中。均质机32使溶液82移动通过小孔(未示出)，从而导致至少一些卵囊膜被破坏，从而释放出至少一些孢子囊。溶液经出口38通过进口42进入到第二容器40中。卵囊、破裂的膜和孢子囊的氯化钙溶液形成改良溶液85。将改良溶液85直接输送到第一喷嘴50。

在替代布置中，高压均质机32可以直接与输送装置46连接。为此，均质机32产生的溶液直接经输送装置46输送，而不是临时储存在第二储器40中。

当需要喷射到动物，特别是初生动物时，打开第一喷嘴50和第二喷嘴51。在第一喷嘴50和第二喷嘴51处的增压空气产生溶液85、90的各自喷雾方式，溶液85、90在初生动物身体表面混合并形成凝胶。当两种溶液85、90在初生动物身上混合时，它们形成含有卵囊和被释放的孢子囊的凝胶87。这种凝胶降低了脱水速率，并通过动物进一步的身体整理增加了被动物摄入的机会。优选将溶液85、90喷雾到初生动物的一个或多个粘膜区域，即眼睛和/或喙上。

如以上关于第二凝胶实施例110或第三凝胶实施例120所述，应当理解的是，氯化钙或藻酸钠溶液可以在被泵送通过输送装置之前与基于卵囊的疫苗混合。此外，溶液85、90可以按顺序或同时独立地喷雾以获得相同的结果，即在被喷的动物受试者表面形成基于凝胶的混合物。

还应理解的是，尽管第三凝胶实施例120以均质机32作为处理系统24进行了描述，但是，可以预期地是，可以采用其他处理系统代替来获得第三凝胶实施例120的改良溶液85。还应理解的是，尽管上述第三凝胶实施例120涉及溶液85和90分别直接从处理系统24和第三储器86输送，但是应理解的是，溶液85、90中的任一种溶液或两种溶液都可以在输送之前首先被送到临时容纳罐中，如图4所示和所述。其它处理系统参见James Hutchinset等人2019年7月10日提交的PCT申请No.PCT/US19/41178。

还应指出的是，本文所述的所有实施例可单独或整体应用于动物。应当理解的是，如凝胶实施例(1)、(2)或(3)所述，本文所述的实施例可以应用于装在板条箱或其他容器中并接受凝胶形式溶液输送的大量的初生动物或其他动物。

本文公开的系统和方法可以适于在水产养殖中使用。含有营养成分、药物或疫苗的凝胶珠可以原位生产，并引入到鱼缸或含有养殖鱼类的开放水域中食用。感染鱼类的艾美球虫的例子包括但不限于E.aurati、E.baueri、E.lepidosirenis、E.leucisci、E.rutili和E.vanasi。在适当的情况下，可以对这些物种进行剪切过程，以促进为疫苗接种目的释放更多的感染性生命阶段。感染鱼的艾美球虫疫苗可以使用凝胶形成方法，将凝胶珠粒分配到鱼缸或水中供鱼食用而进行施用。

5.6.双组分凝胶法的应用

通过将两种低粘度组分混合而原位形成保护性凝胶涂层可能使多种应用受益，例如植物的防冻或人或动物的伤口敷料。无人机可以将视觉系统与空中双组分凝胶输送相结合，有针对性且高效地向果园中的所有植物或树木或甚至单个植物花朵施用，或向牧群中受灾或受伤的动物施用。与直接输送凝胶所需的高压系统相比，低粘度单液体组分将有助于低压输送。

凝胶体系可以用作植物的防冻剂体系，可以在喷雾瓶中小规模施用，也可以通过无人机以商业规模施用。所述体系可用于向畜群中的单个动物输送药物。可以通过无人机将疫苗或药品输送到牲畜群，例如牛或马。所述体系还可能用于向人类输送药物。应用可能包括伤口或烧伤治疗。用于治疗伤口或烧伤的双组分凝胶输送的一个优点是将敏感组织的接触和/或磨损降至最低。对于烧伤治疗，可将两种含有抗生素或局麻药的水溶液喷雾，原位形成凝胶，而无需直接接触烧伤处。

下述实施例进一步阐明本发明，但并非限制本发明的范围。应该理解的是，本发明不限于所描述的特定实施例，因为这些实施例当然可以变化。还应该理解的是，本文所用的术语仅用于描述具体的实施例，而不是用于限制本发明的范围，本发明的范围仅受所附权利要求书的限制。

6.示例

6.1.双组分凝胶的初步研究

在研究不同喷嘴将卵囊疫苗向初生雏鸡施用时，我们想要找到一种方法来可视化喷嘴产生的喷雾模式。最初使用水敏纸卡(Syngenta)，但发现形成的图案容易回弹，尤其是在喷雾中心附近。作为替代方案，我们开发了一种方法，其中在培养皿中装入2mL 2％藻酸钠酸钠溶液。喷雾溶液中包含约3％的氯化钙、红色食用色素，以及在某些情况下还包含了卵囊疫苗。喷雾从喷嘴输送到藻酸钠溶液中，两种溶液接触后形成红色凝胶。在分析最终的凝胶模式时，尤其是在显微镜下可视化凝胶中包含的卵囊后，开发了使用这种双组分凝胶体系将疫苗输送到禽类的方案。凝胶在卵囊周围形成保护屏障，并可能使卵囊可以进行更长时间的整理。制剂的两种组分均为低粘度，这相对于目前用于卵囊疫苗输送的高粘度凝胶制剂是有利的。与当前的高粘度凝胶相比，低粘度水溶液的优势包括易分散、分散均匀以及易于分配。除了保护疫苗组分之外，预期凝胶制剂还可以减少回弹，并有助于将施用的疫苗或物质维持在疫苗接种对象身上。

通过双组分凝胶法向雏鸡输送疫苗的初始实验采用3％氯化钙和2％藻酸钠。在某些情况下，据观察，凝胶在小鸡的羽毛上几分钟后就失去稳定性。将氯化钙浓度从3％增加到5％会得到更稠的凝胶，所述凝胶更均匀地保持其结构，并可能形成更强的卵囊或孢子囊保护性环境。将藻酸盐分配在培养皿上，并将3％、4％或5％氯化钙溶液施用于藻酸盐上。立即形成凝胶。但是，当将板向上倾斜时，3％氯化钙形成的凝胶沿板向下流动，而4％和5％氯化钙形成的凝胶则留在原位。现在使用的氯化钙浓度约为3.5至3.8％。

6.2.疫苗的凝胶输送(Gel delivery)

通过滴眼(阳性对照)或喷眼向初生肉鸡施用1倍剂量的球虫病疫苗。喷眼小鸡被置于两个喷嘴之间的静态位置。喷嘴采用雾化空气配置。将喷雾喷向鸡的眼睛。处理包括通过手动摇动玻璃珠得到释放孢子囊与残留卵囊的混合物。有关更多详细信息，参见JamesHutchinset等2019年7月10日提交的PCT申请No.PCT/US19/41178。对于一种处理，使用两组喷嘴，第一组施用2％藻酸钠溶液，第二组施用含疫苗的3.5％氯化钙溶液。喷雾施用疫苗的总量为100uL(每只眼睛50uL)。滴眼施用疫苗的总量为50uL(每只眼睛25uL)。还包括不进行处理的组。接种疫苗后，将鸡放在笼中并在标准条件下生长直至第7天。对鸡实施安乐死，并在第7天收获每只鸡肠中的内容物。粪便中的卵囊采用McMaster的浮选室技术计数。感染率列于下表。

表1.喷眼疫苗接种的鸡按物种计的传染率

结果表明，凝胶处理后感染性得到改善，特别是巨型艾美球虫和堆形艾美球虫。阳性和阴性对照结果均符合预期。

6.3.含孢子囊的疫苗的凝胶输送

在另一个实验中，可以看到接种孢子囊和卵囊的区别。在该实验中，通过用手摇动含4mm玻璃珠的多种卵囊悬浮液来释放孢子囊。将这种孢子囊/残留卵囊溶液及仅含卵囊的溶液向初生雏鸡的面部粘膜施用。使用两组喷嘴，第一组使用溶于2％海藻酸钠溶液中的疫苗，第二组使用溶于3.0％氯化钙溶液中的疫苗。当这两种溶液在鸡的表面接触时，就会形成凝胶。根据假设，与一般的水喷雾相比，凝胶的产生可以使卵囊/孢子囊疫苗保持更长的水合时间，延长了鸡可能的整理时间。该实验的结果参见下表。

表2：喷洒凝胶形式卵囊或含残留卵囊的孢子囊的鸡的反应频率和幅度

未处理的对照鸡的肠道内容物中均未观察到卵囊，而通过滴眼接种的阳性对照的感染率和幅度均高于实验喷雾处理组。这些结果表明，凝胶孢子囊制剂仅在反应频率和幅度上都优于卵囊。

7.本发明的一般性陈述

以下编号的陈述提供了本发明的一般描述，并且并非限制所附的权利要求。

陈述1：一种将凝胶输送到表面的系统，包括：第一容器，容纳在第一溶液中的粘结剂/交联剂；第二容器，容纳在第二溶液中的胶凝组分；与第一容器和第二容器流体连通的输送装置；所述输送装置具有输送装置出口。

陈述2：如陈述1所述的系统，其中当第一溶液从第一容器被输送到输送装置出口，在固定位置产生第一喷雾，第二溶液从第二容器被输送到输送装置出口，在所述固定位置产生第二喷雾，第一溶液和第二溶液在所述固定位置反应形成凝胶。

陈述3：如陈述1-2中任一项所述的系统，其中所述胶凝组分是藻酸钠，所述粘结剂/交联剂是氯化钙。

陈述4：如陈述1-3中任一项所述的系统，其中第一溶液或第二溶液进一步包括作为溶液或悬浮液的目标产品。

陈述5：如陈述4所述的系统，其中目标产品的应用是由以下各工业组成的群组中的至少一种：食品、农业、制造、化学、生化、军事、航空航天、制药、营养保健、化妆品、印刷工业，或它们的组合。

陈述6：如陈述4所述的系统，其中目标产品是食品、除草剂、杀虫剂、药物、生物制剂、化妆品、营养品、药品、涂料、油墨、油漆，或它们的组合。

陈述7：如陈述4所述的系统，其中所述目标产品是疫苗。

陈述8：如陈述7所述的系统，其中所述疫苗包括卵囊。

陈述9：如陈述7-8任一项所述的系统，其中所述疫苗包括孢子囊。

陈述10：如陈述3所述的系统，其中所述氯化钙的浓度是大约1％至大约5％。

陈述11：如陈述3所述的系统，其中所述藻酸钠的浓度是大约0.5％至大约5％。

陈述12：如陈述1-11任一项所述的系统，其中所述输送装置是喷雾器。

陈述13：一种将凝胶输送到表面的方法，包括以下步骤：提供第一容器，该第一容器容纳在第一溶液中的粘结剂/交联剂；提供第二容器，该第二容器容纳在第二溶液中的胶凝组分；提供与第一容器和第二容器流体连通的输送装置；将第一溶液从第一容器输送到输送装置出口并输送到固定位置处的表面上，将第二溶液从第二容器输送到输送装置出口并输送到所述固定位置处的表面上，从而形成凝胶。

陈述14：如陈述13所述的方法，其中第一溶液或第二溶液进一步包括作为溶液或悬浮液的目标产品。

陈述15：如陈述14所述的方法，其中目标产品的应用是由以下各工业组成的群组中的至少一种：食品、农业、制造、化学、生化、军事、航空航天、制药、化妆品、营养保健、印刷工业，或它们的组合。

陈述16：如陈述14所述的方法，其中目标产品是食品、除草剂、杀虫剂、药物、生物制剂、化妆品、营养品、药品、涂料、油墨、油漆、染料，或它们的组合。

陈述17：如陈述14所述的方法，其中所述目标产品是疫苗。

陈述18：如陈述17所述的方法，其中所述疫苗包括卵囊。

陈述19：如陈述17-18任一项所述的方法，其中所述疫苗包括孢子囊。

陈述20：一种原位形成的凝胶溶液，其中凝胶由施加到固定位置处表面的包含粘结剂/交联剂的第一溶液及施加在固定位置处表面的包含胶凝组分的第二溶液形成。

应当理解的是，以上描述仅是说明性实施例和实例的代表。为了方便读者起见，以上描述重点关注的是教导本发明原理的所有可能实施例和实例的数量有限的代表性实例。所述描述并非详尽地列举所描述的所有可能的变化或甚至这些变化的组合。本发明的特定部分可能没有提出替代实施例，或者一部分可能没有进一步描述替代实施例，这不能被认为排除那些替代实施例。普通技术人员将理解的是，那些未描述的实施例中的许多实施例涉及技术和材料上的差异，而非本发明原理应用上的差异。因此，本发明的范围不限于小于以下权利要求和等效内容中规定的范围。

引用纳入

本文引用的所有参考文献、文章、出版物、专利、专利公开和专利申请通过引用整体并入本发明中。但是，本文中提到引用的任何参考文献、文章、出版物、专利、专利公开和专利申请并非也不应被视为承认或以任何形式建议它们构成世界上任何国家有效的现有技术或构成公知技术的一部分。应当理解的是，虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，但是前面的描述旨在阐明本发明而不是限制本发明的范围。其他方面、优点和改动都属于以下提出的权利要求的范围。本说明书中提及的所有公开、专利和专利申请以引用的方式全部纳入本申请中，其引用的程度就如同已特定地及个别地将各个公开或专利申请内容以引用的方式纳入一般。

Claims (20)

1.一种将凝胶输送到表面的系统，包括：

第一容器，容纳在第一溶液中的粘结剂/交联剂；

第二容器，容纳在第二溶液中的胶凝组分；及

与第一容器和第二容器流体连通的输送装置，所述输送装置具有输送装置出口。

2.如权利要求1所述的系统，其中，当第一溶液从第一容器被输送到输送装置出口，在固定位置产生第一喷雾，第二溶液从第二容器被输送到输送装置出口，在所述固定位置产生第二喷雾，所述第一溶液和第二溶液在所述固定位置反应形成凝胶。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述胶凝组分是藻酸钠，所述粘结剂/交联剂是氯化钙。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述第一溶液或第二溶液进一步包括作为溶液或悬浮液的目标产品。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述目标产品的应用是由以下各工业组成的群组中的至少一种：食品、农业、制造、化学、生化、军事、航空航天、制药、营养保健、化妆品、印刷工业，或它们的组合。

6.如权利要求4所述的系统，其中所述目标产品是食品、除草剂、杀虫剂、药物、生物制剂、化妆品、营养品、药品、涂料、油墨、油漆，或它们的组合。

7.如权利要求4所述的系统，其中所述目标产品是疫苗。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述疫苗包括卵囊。

9.如权利要求7所述的系统，其中所述疫苗包括孢子囊。

10.如权利要求3所述的系统，其中所述氯化钙的浓度是大约1％至大约5％。

11.如权利要求3所述的系统，其中所述藻酸钠的浓度是大约0.5％至大约5％。

12.如权利要求1所述的系统，其中所述输送装置是喷雾器。

13.一种将凝胶输送到表面的方法，包括以下步骤：

提供第一容器，其容纳在第一溶液中的粘结剂/交联剂；

提供第二容器，其容纳在第二溶液中的胶凝组分；

提供与第一容器和第二容器流体连通的输送装置；

将第一溶液从第一容器输送到输送装置出口并输送到固定位置处的表面上；及

将第二溶液从第二容器输送到输送装置出口并输送到所述固定位置处的表面上，形成凝胶。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一溶液或第二溶液进一步包括作为溶液或悬浮液的目标产品。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述目标产品的应用是由以下各工业组成的群组中的至少一种：食品、农业、制造、化学、生化、军事、航空航天、制药、营养保健、化妆品、印刷工业，或它们的组合。

16.如权利要求14所述的方法，其中目标产品是食品、除草剂、杀虫剂、药物、生物制剂、化妆品、营养品、药品、涂料、油墨、油漆、染料，或它们的组合。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述目标产品是疫苗。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述疫苗包括卵囊。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述疫苗包括孢子囊。

20.一种原位形成的凝胶溶液，其中凝胶由施加到固定位置处表面的包含粘结剂/交联剂的第一溶液及施加在固定位置处表面的包含胶凝组分的第二溶液形成。

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