CN1194806C - 一种凝胶珠制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种凝胶珠制备系统，主要由储料罐、输送及微液滴制滴等三部分组成；储料罐部分带有温控和控制搅拌装置；输送部分由蠕动泵与胶管构成；微液滴制滴部分由多嘴喷头与液滴发生器及凝胶化容器构成。该制备系统在生产过程中所得凝胶珠均匀且产率可调，便于连续生产。

Description

一种凝胶珠制备系统

技术领域

本发明涉及一种用于生产凝胶珠的制备系统。

背景技术

微胶囊作为组织细胞移植治疗神经/内分泌疾病的免疫隔离工具、基因治疗的运载工具、药物控制释放的新剂型以及生产特定产物的细胞培养载体，在生物、医学、制药及生物工程领域有着十分重要的作用。而制备上述微胶囊性能的控制手段之一是凝胶珠的制备，凝胶珠决定了所制备微胶囊规格、粒径、粒径分布、对称性等性能，随着微胶囊在各领域的应用研究拓展，对高质量凝胶珠大规模制备技术的需要显得越来越显著。但目前凝胶珠的制备系统产率极低，如：将水凝胶液体与被包埋物混合于注射器内，在注射器泵的推动下，在针尖处形成液滴，利用液滴发生器产生可控高频交变电场拉动液滴，形成微粒可控微液滴(150-2000μm)，滴入凝固液形成凝胶珠，凝胶珠再经成膜等一系列化学反应过程形成微胶囊。另外，现有的制备系统的储料罐无温控保护，细菌只存活约40分钟，其它活性物质容易丢失；无搅拌装置，细胞等包埋物难于保持均匀分散，此条件下，细胞沉积时间20分钟，不利于成膜和保持适宜的包埋量；采用注射器的柱塞杆推动，一次处理量＜40mL，不能连续输送物料；单针头产生液滴，产率＜60mL/h。因此现有的制备系统不适于大规模、连续生产，无法满足工业生产的需求。

发明内容

本发明的目的在提供一种凝珠胶制备系统，该制备系统在生产过程中所得凝胶珠均匀且产率可调，便于连续生产。

为实现上述目的，本发明提供的一种凝胶珠制备系统包括有：

一个带有温控和控制搅拌装置的储料罐，温控采用控温水浴，温控范围为-5～30℃；搅拌装置的速率控制在5-40转/分钟。

一个用于连续输送储料罐物料的蠕动泵，通过胶管连接储料罐和多嘴喷头之间；

一个多嘴喷头，使由蠕动泵输送至此的物料产生液滴，多嘴喷头由连通器与固定器螺合或卡合地将设有针状喷嘴旋钮的多孔卡板固定于内，且于内部形成一个可以容置物料的空间；多孔卡板可为圆形卡板，孔呈中心对称，且在径向等间距分布，也可为矩形卡板，孔分布在矩形边的等分线交点处，呈矩形的轴对称分布；固定针状喷嘴的旋钮有一轴向贯通插设针状喷嘴的细孔，该旋钮的一端为外设螺纹的细径，螺合固定于卡板上的孔内；在旋钮与卡板间有一垫片，该垫片可用聚四氟乙烯或硅橡胶制成。

一液滴发生器，用于提供可调高频交变电场，使多嘴喷头在该电场拉动下产生粒径可控的微液滴，微液滴在凝胶化容器内与凝固液反应形成凝胶珠，凝胶珠再经成膜等一系列化学反应过程形成微胶囊。本系统中液滴发生器提供的可调高频交变电场为幅度15～35kv，频率500～1000Hz时，微液滴粒径的可控范围为100-2000μm。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明制备系统的示意图；

图2为本发明微液滴制滴部分的多嘴喷头分解示意图；

图3a为本发明圆形多孔卡板上的孔分布方式示意图；

图3b为本发明矩形多孔卡板上的孔分布方式示意图；

图4a-图4c为本发明针状喷嘴高度对称分布方式示意图；

图5为本发明多孔卡板的局部剖面示意图。

具体实施方式

本发明一种凝胶珠制备系统主要由储料罐、输送和微液滴制滴三部分组成，如图1所示，其中：

储料罐10内可一次加入大量可凝胶化液体(如海藻酸钠溶液)与包埋物(如天然细胞、基因重组细胞、真菌、蛋白等具生物活性以及合成或天然药物)，由可控转速电机11带动搅拌桨12进行搅拌，控制转速为5-40转/分；通过搅拌使包埋物均匀分布于可凝胶化液体中，保障凝胶珠的包埋效果，温控装置13采用硅热电设备调控水浴，较合适的调控温度范围在-5-30℃，以保持所得凝胶珠质量及所包埋天然物质的活性。

输送部分由蠕动泵20与胶管21构成，该蠕动泵20通过胶管21将储料罐10的储料输送至多嘴喷头25以制备液滴，采用小功率泵速可调得蠕动泵20，其输送速率保持在100-2000毫升/分范围内。这种构成便于灭菌、隔菌，而且可以可调的输送速率稳定、连续地供应物料，以达到产率可调、连续生产的目的。

微液滴制滴部分由多嘴喷头25与液滴发生器22构成，多嘴喷头25的构成如图2所示，由连通器26、固定器27、以及设有针状喷嘴旋钮35的多孔卡板30组成。连通器26与固定器27以螺合或卡合的方式固定多孔卡板30，连通器26与固定器27以及多孔卡板30组装为一体后其内部形成一个可以容置由蠕动泵20输送至此的物料的空间28；多孔卡板30可以为圆形卡板31，其孔呈中心对称，且在径向等间距分布，如图3a所示；也可以为矩形卡板32，其孔分布在矩形边的等分线交点处，呈矩形的轴对称分布，如图3b所示。旋钮35中心轴线上设有一轴向贯通的细孔用于插设针状喷嘴36，旋钮35的一端为外设螺纹的细径37，多孔卡板30上的孔相应地设有细径孔38且内设螺纹，旋钮35与细径孔38之间加设一垫片39相互螺合固定，该垫片39采用具有一定强度与柔韧性的材料制成，如聚四氟乙烯，也可以是硅橡胶。旋钮35旋紧时，垫片39受力变形，卡紧固定针状喷嘴36，同时起密封防漏作用，如图4所示。连通器26的一端有一细径进料口29，通过胶管21与蠕动泵20连接，多嘴喷头25在液滴发生器22产生的可调高频交变电场(可调部分包括电场功率、脉宽、频率及阈值)拉动下产生粒径可控的微液滴，微液滴与微液滴凝胶化容器23中的凝固液反应形成凝胶珠，凝胶珠再经成膜等一系列化学反应过程形成微胶囊。液滴发生器22提供的可调高频交变电场在为幅度15～35kv，频率500～1000Hz时，粒径的可控范围为100-2000μm。

在实际使用时，当固定在多孔卡板上的针状喷嘴距凝固液液面的高度一致时，各喷嘴产生的液滴粒径不均匀，位于卡板中间位置的喷嘴产生的液滴粒径最大，而位于卡板边缘位置的喷嘴产生的液滴粒径最小，尤其随着液体粘度及流量增大或液滴发生器电场功率及电压减小，这种现象就愈加明显。为保持液滴粒径的均匀性，可以调节各喷嘴距凝固液液面高度，通过针状喷嘴距液面高度分布来充分发挥电场作用效果，调整后的各针状喷嘴高度对称分布方式由凹向凸转变，如图5中a至c所示。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、设有温控装置，细胞及其它活性物质不易在制备过程中失活；

2、设有搅拌装置，细胞等包埋物始终保持均匀分散，有利于成膜的保持适宜的包埋量；

3、采用蠕动泵与胶管连续输送，物料供应稳定，保障生产过程中所得的凝胶珠的均匀，并且产率可调，便于连续生产；

4、采用多喷嘴滴制，凝胶珠产量高，可实现产率＞1400ml/h。

5、采用独特的孔分布与针状喷嘴高度分布，保持各喷嘴电场均匀分布，产生的凝胶珠粒径均匀。

Claims (8)

1、一种凝胶珠制备系统，包括有：

一个带有温控和控制搅拌装置的储料罐；

一个用于连续输送储料罐物料的蠕动泵，通过胶管连接于储料罐与多嘴喷头之间；

一个多嘴喷头，将蠕动泵输送至此的物料产生液滴，该多嘴喷头由连通器与固定器螺合或卡合地将设有针状喷嘴旋钮的多孔卡板固定于内，且于内部形成一个可以容置物料的空间；

一个液滴发生器，用于提供可调高频交变电场，使多嘴喷头在该电场拉动下产生粒径可控的微液滴，其中，液滴发生器的可调高频交变电场为幅度15～35kv，频率500～1000Hz，微液滴粒径的可控范围为100-2000μm；以及

一个用于容置凝固液和进行凝固反应的凝胶化容器。

2、根据权利要求1所述的凝胶珠制备系统，其特征在于，储料罐温控水浴的范围为-5～30℃。

3、根据权利要求1所述的凝胶珠制备系统，其特征在于，搅拌装置的速率为5-40转/分钟。

4、根据权利要求1所述的凝胶珠制备系统，其特征在于，多孔卡板为圆形卡板，孔呈中心对称，且在径向等间距分布。

5、根据权利要求1所述的凝胶珠制备系统，其特征在于，多孔卡板为矩形卡板，孔分布在矩形边的等分线交点处，呈矩形的轴对称分布。

6、根据权利要求1所述的凝胶珠制备系统，其特征在于，固定针状喷嘴的旋钮有一轴向贯通插设针状喷嘴的细孔，该旋钮的一端为外设螺纹的细径，螺合固定于多孔卡板上的孔内。

7、根据权利要求6所述的凝胶珠制备系统，其特征在于，在旋钮与卡板间有一垫片。

8、根据权利要求7所述的凝胶珠制备系统，其特征在于，垫片为聚四氟乙烯或硅橡胶制成。

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