CN216499235U - 一种基于微流控技术制备微球的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于微流控技术制备微球的生产系统，属于微流控法制备微球技术领域。包括微流控装置、交联装置和清洗装置，微流控装置设置在交联装置工位后侧，微流控装置与交联装置之间设置有预交联固化装置，交联装置设置在预交联固化装置工位前侧，清洗装置设置在交联装置工位前侧；微流控装置、预交联固化装置、交联装置和清洗装置之间形成剪切、预交联固化、交联及清洗的通路。实现将微球的制备装置系统化，而有效提高微球生产工艺的连续性，保证终产物微球质量和生产效率，进而为微球生产工艺提供有效的生产条件。

Description

一种基于微流控技术制备微球的生产系统

技术领域

本实用新型涉及一种微球的生产系统，尤其涉及一种基于微流控技术制备微球的生产系统，属于微流控法制备微球技术领域。

背景技术

微流控液滴技术是近年来在微流控芯片上发展起来的一种研究几微米至数百微米尺度范围内微液滴的生成、操控及应用的新技术。在微流控法生成液滴过程中，互不相溶的两种（或三种以上）液体分别作为连续相和分散相，在固定体积流率的注射泵的驱动下，各自进入微流控芯片中不同的微通道，当两股（或三股以上）流体在交叉点处相遇后，分散相流体继续延伸形成“塞状”或“喷射状”的液柱后在连续相流体的剪切和挤压作用下，由于自由界面不稳定性而破裂，“塞状”或“喷射状”的液柱被夹断，以微小体积单元的形式分散于连续相中形成液滴，后将液滴进行交联和清洗后，得到微球。其中，微流控芯片作为微反应器，可实现生化反应、试剂快速混合以及微颗粒合成等，极大程度地强化了微流控芯片的低消耗、自动化和高通量等优点。

目前，由于微球生产工艺的特殊性、已有设备条件等受限，导致微球生产工艺难以实现连续化、批量化及产业化，且微球制备过程中人为操作程序较多，容易引起产品性能不统一，并增加了产品污染风险。比如：在栓塞微球制备过程中，内相液体和外相液体分别通过注射泵注入至微流控芯片，在微流控芯片中剪切成液滴，然后，再进行后续的交联和清洗。目前，大部分微流控、交联、清洗设备仅是处于实验室阶段的小型设备，需要人为的衔接各处理步骤，这就很难投入到工厂中进行大规模化、工业化连续生产，并成为限制微流控生产微球技术走向工业化生产的瓶颈。

现有技术CN105709696A中公开“用于重金属废水处理的壳聚糖微球微流控一步合成法”，包括：配制壳聚糖水溶液作为分散相；配制加入交联剂的油相作为连续相；将所得的连续相与分散相通入微流控芯片进行剪切，形成壳聚糖液滴，并交联固化；将所得的交联固化的壳聚糖颗粒进行清洗后，烘干得到壳聚糖微球，其中，并未涉及或公开对应的生产设备。

此外，CN208732742U中公开“自动化微生物固定化成型设备”，其中，载体滴入到反应桶中，与固化剂反应，形成固定化微生物微球，从出料口排出；以及自动化微生物固定化成型设备，还包括清洗装置，清洗装置设置在反应桶的出料口下方，形成的固定化微生物微球从出料口排入清洗装置后，通过去离子水进行清洗。CN102211008A中公开“可拆卸T型微通道装置及其制备单分散聚合物微球的方法”，仅仅涉及在摇床的作用下，有机溶剂从液滴中扩散出来，液滴固化后形成粒径均匀的聚合物微球；CN104829851A中公开“一种精确控制粒径的单分散明胶栓塞微球的制备方法”，其中，将分散相I、分散相II和连续相分别装入注射器中，分别通过微量注射泵连接微通道反应器，微通道反应器结构是由Θ管、收集管和外管组成，明胶液滴形成过程在微通道反应器中完成，分散相与连续相流通方向相同或相反；明胶水溶液和交联剂水溶液作为两路分散相，同时平行进入微通道反应器；收集生成的明胶液滴，置于烘箱中保温，明胶发生交联固化反应，得固化的明胶微球，然后进行微球分离、干燥，即得。

由上述可知，在微球生产过程中，涉及的生产设备多为处于实验室阶段的小型设备，而在工业化应用中，无法进行成套的、系统的布置，进而使得微球生产工艺不连续，也无法实现规模化生产等。同时，由于工艺的不连续性，容易在剪切、交联、清洗及收集等过程中引入外来杂质，最终使得终产物微球质量较差和生产效率较低。

发明内容

本实用新型旨在解决现有技术问题，提出一种基于微流控技术制备微球的生产系统。在本技术方案中，通过微流控装置、交联装置、预交联固化装置和清洗装置等设置，实现将微球的制备装置系统化，而有效提高微球生产工艺的连续性，保证终产物微球质量和生产效率，进而为微球生产工艺提供有效的生产条件。

为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：

一种基于微流控技术制备微球的生产系统，包括微流控装置、交联装置和清洗装置，微流控装置设置在交联装置工位后侧，微流控装置与交联装置之间设置有预交联固化装置，清洗装置设置在交联装置工位前侧；

微流控装置通过内相液管连接有内相液储罐，内相液管上设置有内相液注射泵，内相液注射泵与微流控装置中内相液进口连接；微流控装置通过外相液管连接有外相液储罐，外相液管上设置有外相液注射泵，外相液注射泵与微流控装置中外相液进口连接，微流控装置中液滴出口与预交联固化装置连接；

交联装置设置在预交联固化装置工位前侧，预交联固化装置上微球出口与交联装置连接，交联装置上交联液进口通过交联液管Ⅰ连接有交联液储罐；

清洗装置上清洗液进口通过清洗液管连接有清洗液储罐，清洗装置上清洗废液出口通过废液管连接有清洗废液储罐；

微流控装置、预交联固化装置、交联装置和清洗装置之间形成剪切、预交联固化、交联及清洗的通路。

进一步的，所述微流控装置为基于3D打印技术制备而成的微流控芯片、PDMS微流控芯片或玻璃毛细管微流控芯片，可以实现微流控芯片的精细化、产量化制备，进而保证本生产系统可以规模化、批量化生产微球。

进一步的，所述液滴出口通过液滴排放管与预交联固化装置连接。

进一步的，所述预交联固化装置包括用于接收交联液和液滴的槽体，微球出口设置在槽体前侧底部，待微流控装置剪切而形成的液滴经交联液进行预交联固化后，再有序的排出。

进一步的，所述微球出口通过微球排放管与交联装置连接。

进一步的，所述交联装置上交联废液出口通过回收管连接有交联液回收罐，预交联固化装置通过交联液管Ⅱ与交联液回收罐连接，交联液管Ⅱ上设置有混合槽，混合槽连接有高浓度交联液储罐，将经交联装置中回收的交联废液与高浓度交联液混合后，再用于预交联固化装置中的预交联固化；或者，直接将经交联装置中回收的交联废液回用于预交联固化工序中。

进一步的，所述混合槽、交联装置和清洗装置中均设置有搅拌机构。

在本技术方案中，根据实际需求，在对应管线上设置液体泵、隔膜泵、电磁阀、电导率检测仪等，以及设置对应的电机等，根据实际需求，可在混合槽、预交联固化装置、交联装置、清洗装置及各罐体中设置液位传感器。

本技术方案中，涉及“工位前侧”、“工位后侧”、“之间”等位置关系，是根据实际使用状态下的情况而定义的，为本技术领域内的常规用语，也是本领域术人员在实际使用过程中的常规用语。

在本技术方案的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是便捷式连接，或一体地连接；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，除非为本实用新型中特别限定或定义。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实用新型中的具体含义。

采用本技术方案，带来的有益技术效果为：

本实用新型包括微流控装置、交联装置和清洗装置，微流控装置设置在交联装置工位后侧，微流控装置与交联装置之间设置有预交联固化装置，交联装置设置在预交联固化装置工位前侧，清洗装置设置在交联装置工位前侧；微流控装置、预交联固化装置、交联装置和清洗装置之间形成剪切、预交联固化、交联及清洗的通路。实现将微球的制备装置系统化，有效提高微球生产工艺的连续性，保证终产物微球质量和生产效率，进而为微球生产工艺提供有效的生产条件。

本实用新型将各部件进行有效的布置，能较好的配合于规模化和工业化的微球生产工艺，提高微球生产工艺的连续化、稳定性和可控性。

附图说明

图1为本实用新型中各部件根据工作原理的布置图；

其中：1、微流控装置，11、内相液管，12、内相液储罐，13、内相液注射泵，14、外相液管，15、外相液储罐，16、外相液注射泵，17、液滴排放管，2、预交联固化装置，21、槽体，22、微球排放管，3、交联装置，31、交联液管Ⅰ，32、交联液储罐，33、回收管，34、交联液回收罐，4、清洗装置，41、清洗液管，42、清洗液储罐，43、废液管，44、清洗废液储罐，5、交联液管Ⅱ，6、混合槽，7、高浓度交联液储罐，8、搅拌机构。

具体实施方式

下面通过对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示：一种基于微流控技术制备微球的生产系统，包括微流控装置1、交联装置3和清洗装置4，微流控装置1设置在交联装置3工位后侧，微流控装置1与交联装置3之间设置有预交联固化装置2，清洗装置4设置在交联装置3工位前侧；微流控装置1通过内相液管11连接有内相液储罐12，内相液管11上设置有内相液注射泵13，内相液注射泵13与微流控装置1中内相液进口连接；微流控装置1通过外相液管14连接有外相液储罐15，外相液管14上设置有外相液注射泵16，外相液注射泵16与微流控装置1中外相液进口连接，微流控装置1中液滴出口与预交联固化装置2连接；交联装置3设置在预交联固化装置2工位前侧，预交联固化装置2上微球出口与交联装置3连接，交联装置3上交联液进口通过交联液管Ⅰ31连接有交联液储罐32；清洗装置4上清洗液进口通过清洗液管41连接有清洗液储罐42，清洗装置4上清洗废液出口通过废液管43连接有清洗废液储罐44；微流控装置1、预交联固化装置2、交联装置3和清洗装置4之间形成剪切、预交联固化、交联及清洗的通路。

在本实施例中，根据实际需求，在对应管线上设置液体泵、隔膜泵、电磁阀、电导率检测仪等，以及设置对应的电机等，根据实际需求，可在混合槽、预交联固化装置、交联装置、清洗装置及各罐体中设置液位传感器。

此外，可在交联装置3工位后侧及清洗装置4工位后侧分别设置用于收集微球的收集机构，其中，收集机构包括聚四氟乙烯滤网（100目）。

实施例2

基于实施例1，本实施例更进一步的，

微流控装置1为基于3D打印技术制备而成的微流控芯片、PDMS微流控芯片或玻璃毛细管微流控芯片。可以实现微流控芯片的精细化、产量化制备，进而保证本生产系统可以规模化、批量化生产微球。

实施例3

基于实施例1-2，本实施例更进一步的，

液滴出口通过液滴排放管17与预交联固化装置2连接。

其中，预交联固化装置2包括用于接收交联液和液滴的槽体21，微球出口设置在槽体21前侧底部，待微流控装置1剪切而形成的液滴经交联液进行预交联固化后，再有序的排出。

此外，微球出口通过微球排放管22与交联装置3连接。

实施例4

基于实施例1-3，本实施例更进一步的，

交联装置3上交联废液出口通过回收管33连接有交联液回收罐34，预交联固化装置2通过交联液管Ⅱ5与交联液回收罐34连接，交联液管Ⅱ5上设置有混合槽6，混合槽6连接有高浓度交联液储罐7，将经交联装置3中回收的交联废液与高浓度交联液混合后，再用于预交联固化装置2中的预交联固化；或者，直接将经交联装置3中回收的交联废液回用于预交联固化工序中。

实施例5

基于实施例1-4，本实施例更进一步的，

混合槽6、交联装置3和清洗装置4中均设置有搅拌机构8，搅拌机构8可采用现有成熟技术中的搅拌器（比如：SR-MS-20L磁力搅拌器）。

其中更，在混合槽6中，将回收的交联废液与高浓度交联液混合均匀后，通入至预交联固化装置中，对液滴进行预交联固化；

在交联装置3中，搅拌机构8一方面可以使新加入的交联液混合均匀，以及避免交联装置3中存在交联液出现分层、偏析等情况；另一方面通过搅拌交联液，来带动交联装置3中的微球不停运动，使微球交联更均匀、更完全；

在清洗装置4中，搅拌器一方面通过搅拌使清洗出的废弃物质均匀分散在清洗液中，以避免清洗装置4内出现废弃物质的聚集；另一方面通过搅拌清洗液，来带动清洗装置4中的微球不停运动，提高清洗效果。

Claims (7)

1.一种基于微流控技术制备微球的生产系统，其特征在于，包括微流控装置（1）、交联装置（3）和清洗装置（4），微流控装置（1）设置在交联装置（3）工位后侧，微流控装置（1）与交联装置（3）之间设置有预交联固化装置（2），清洗装置（4）设置在交联装置（3）工位前侧；

微流控装置（1）通过内相液管（11）连接有内相液储罐（12），内相液管（11）上设置有内相液注射泵（13），内相液注射泵（13）与微流控装置（1）中内相液进口连接；微流控装置（1）通过外相液管（14）连接有外相液储罐（15），外相液管（14）上设置有外相液注射泵（16），外相液注射泵（16）与微流控装置（1）中外相液进口连接，微流控装置（1）中液滴出口与预交联固化装置（2）连接；

交联装置（3）设置在预交联固化装置（2）工位前侧，预交联固化装置（2）上微球出口与交联装置（3）连接，交联装置（3）上交联液进口通过交联液管Ⅰ（31）连接有交联液储罐（32）；

清洗装置（4）上清洗液进口通过清洗液管（41）连接有清洗液储罐（42），清洗装置（4）上清洗废液出口通过废液管（43）连接有清洗废液储罐（44）；

微流控装置（1）、预交联固化装置（2）、交联装置（3）和清洗装置（4）之间形成液滴生成、预交联固化、交联及清洗的通路。

2.根据权利要求1所述的基于微流控技术制备微球的生产系统，其特征在于，所述微流控装置（1）为基于3D打印技术制备而成的微流控芯片、PDMS微流控芯片或玻璃毛细管微流控芯片。

3.根据权利要求1所述的基于微流控技术制备微球的生产系统，其特征在于，所述液滴出口通过液滴排放管（17）与预交联固化装置（2）连接。

4.根据权利要求1所述的基于微流控技术制备微球的生产系统，其特征在于，所述预交联固化装置（2）包括用于接收交联液和液滴的槽体（21），微球出口设置在槽体（21）前侧底部。

5.根据权利要求1或4所述的基于微流控技术制备微球的生产系统，其特征在于，所述微球出口通过微球排放管（22）与交联装置（3）连接。

6.根据权利要求1所述的基于微流控技术制备微球的生产系统，其特征在于，所述交联装置（3）上交联废液出口通过回收管（33）连接有交联液回收罐（34），预交联固化装置（2）通过交联液管Ⅱ（5）与交联液回收罐（34）连接，交联液管Ⅱ（5）上设置有混合槽（6），混合槽（6）连接有高浓度交联液储罐（7）。

7.根据权利要求6所述的基于微流控技术制备微球的生产系统，其特征在于，所述混合槽（6）、交联装置（3）和清洗装置（4）中均设置有搅拌机构（8）。

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