CZ307829B6 - Method of producing nanostructured or microstructured materials and the equipment for doing this - Google Patents
Method of producing nanostructured or microstructured materials and the equipment for doing this Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307829B6 CZ307829B6 CZ2015-326A CZ2015326A CZ307829B6 CZ 307829 B6 CZ307829 B6 CZ 307829B6 CZ 2015326 A CZ2015326 A CZ 2015326A CZ 307829 B6 CZ307829 B6 CZ 307829B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- gas
- disc
- hollow shaft
- liquid
- drying
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 54
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 11
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 31
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 2
- 239000011555 saturated liquid Substances 0.000 claims description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims description 2
- 238000009688 liquid atomisation Methods 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 13
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 abstract description 3
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 abstract description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 33
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 17
- 210000001990 heterocyst Anatomy 0.000 description 15
- 108010020943 Nitrogenase Proteins 0.000 description 12
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 11
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 10
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 8
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 6
- 108010058846 Ovalbumin Proteins 0.000 description 5
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 229940092253 ovalbumin Drugs 0.000 description 5
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000006041 probiotic Substances 0.000 description 4
- 230000000529 probiotic effect Effects 0.000 description 4
- 235000018291 probiotics Nutrition 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 3
- 241000192700 Cyanobacteria Species 0.000 description 3
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 239000003613 bile acid Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 3
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 3
- HDTRYLNUVZCQOY-UHFFFAOYSA-N α-D-glucopyranosyl-α-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OC1C(O)C(O)C(O)C(CO)O1 HDTRYLNUVZCQOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000623 Cellulose acetate phthalate Polymers 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920001202 Inulin Polymers 0.000 description 2
- HDTRYLNUVZCQOY-WSWWMNSNSA-N Trehalose Natural products O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 HDTRYLNUVZCQOY-WSWWMNSNSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- HDTRYLNUVZCQOY-LIZSDCNHSA-N alpha,alpha-trehalose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 HDTRYLNUVZCQOY-LIZSDCNHSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 229940081734 cellulose acetate phthalate Drugs 0.000 description 2
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- JYJIGFIDKWBXDU-MNNPPOADSA-N inulin Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)OC[C@]1(OC[C@]2(OC[C@]3(OC[C@]4(OC[C@]5(OC[C@]6(OC[C@]7(OC[C@]8(OC[C@]9(OC[C@]%10(OC[C@]%11(OC[C@]%12(OC[C@]%13(OC[C@]%14(OC[C@]%15(OC[C@]%16(OC[C@]%17(OC[C@]%18(OC[C@]%19(OC[C@]%20(OC[C@]%21(OC[C@]%22(OC[C@]%23(OC[C@]%24(OC[C@]%25(OC[C@]%26(OC[C@]%27(OC[C@]%28(OC[C@]%29(OC[C@]%30(OC[C@]%31(OC[C@]%32(OC[C@]%33(OC[C@]%34(OC[C@]%35(OC[C@]%36(O[C@@H]%37[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O%37)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%36)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%35)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%34)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%33)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%32)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%31)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%30)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%29)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%28)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%27)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%26)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%25)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%24)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%23)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%22)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%21)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%20)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%19)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%18)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%17)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%16)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%15)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%14)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%13)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%12)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%11)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O%10)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O9)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O8)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O7)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O6)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O5)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O4)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O3)O)[C@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 JYJIGFIDKWBXDU-MNNPPOADSA-N 0.000 description 2
- 229940029339 inulin Drugs 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 2
- 238000012009 microbiological test Methods 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000013406 prebiotics Nutrition 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- QCVGEOXPDFCNHA-UHFFFAOYSA-N 5,5-dimethyl-2,4-dioxo-1,3-oxazolidine-3-carboxamide Chemical compound CC1(C)OC(=O)N(C(N)=O)C1=O QCVGEOXPDFCNHA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000192542 Anabaena Species 0.000 description 1
- 241000192531 Anabaena sp. Species 0.000 description 1
- 241000186016 Bifidobacterium bifidum Species 0.000 description 1
- 241001464430 Cyanobacterium Species 0.000 description 1
- 108010000912 Egg Proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000002322 Egg Proteins Human genes 0.000 description 1
- IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N Ethenol Chemical compound OC=C IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 1
- 241001134691 Nitrospirillum amazonense Species 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 229940002008 bifidobacterium bifidum Drugs 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 235000014103 egg white Nutrition 0.000 description 1
- 210000000969 egg white Anatomy 0.000 description 1
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 description 1
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 description 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000012543 microbiological analysis Methods 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 210000000813 small intestine Anatomy 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000037351 starvation Effects 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K35/00—Medicinal preparations containing materials or reaction products thereof with undetermined constitution
- A61K35/66—Microorganisms or materials therefrom
- A61K35/74—Bacteria
- A61K35/741—Probiotics
- A61K35/744—Lactic acid bacteria, e.g. enterococci, pediococci, lactococci, streptococci or leuconostocs
- A61K35/745—Bifidobacteria
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K35/00—Medicinal preparations containing materials or reaction products thereof with undetermined constitution
- A61K35/66—Microorganisms or materials therefrom
- A61K35/74—Bacteria
- A61K35/741—Probiotics
- A61K35/744—Lactic acid bacteria, e.g. enterococci, pediococci, lactococci, streptococci or leuconostocs
- A61K35/747—Lactobacilli, e.g. L. acidophilus or L. brevis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
- A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
- A61K9/5005—Wall or coating material
- A61K9/5021—Organic macromolecular compounds
- A61K9/5036—Polysaccharides, e.g. gums, alginate; Cyclodextrin
- A61K9/5042—Cellulose; Cellulose derivatives, e.g. phthalate or acetate succinate esters of hydroxypropyl methylcellulose
- A61K9/5047—Cellulose ethers containing no ester groups, e.g. hydroxypropyl methylcellulose
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D1/00—Evaporating
- B01D1/16—Evaporating by spraying
- B01D1/18—Evaporating by spraying to obtain dry solids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D1/00—Evaporating
- B01D1/16—Evaporating by spraying
- B01D1/20—Sprayers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
- B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
- B01D45/16—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
- B01F23/21—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media
- B01F23/213—Mixing gases with liquids by introducing liquids into gaseous media by spraying or atomising of the liquids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
- B01J2/02—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
- B01J2/04—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops in a gaseous medium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
- F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
- F26B3/10—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour carrying the materials or objects to be dried with it
- F26B3/12—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour carrying the materials or objects to be dried with it in the form of a spray, i.e. sprayed or dispersed emulsions or suspensions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Mycology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká způsobu výroby nanostrukturovaných či mikrostrukturovaných materiálů a zařízení pro jejich výrobu.The invention relates to a process for the production of nanostructured or microstructured materials and to a device for their production.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
V současné době existuje celá řada způsobů výroby nanostrukturovaných či mikrostrukturovaných materiálů a z toho vycházejí i zařízení pro jejich výrobu. Jedním z nich je způsob, jehož podstata spočívá v tom, že roztok pro výrobu těchto materiálů je uchováván v samostatné nádobě a čerpadlem je dopravován potrubím do směšovací komory, ve které se mísí s tlakovým oxidem uhličitým, který je taktéž samostatně dopravován čerpadlem do směšovací komory. Ze směšovací komory je nasycený roztok dopravován přímo do trysky. V některých případech je dokonce směšovací komora vynechána a ke smísení roztoku materiálu a plynu dochází až v samotné trysce.At present, there are a number of methods for the production of nanostructured or microstructured materials, and this is also the basis for their production. One of these is that the solution for producing these materials is stored in a separate container and is conveyed by pump through a pipeline to a mixing chamber in which it is mixed with pressurized carbon dioxide, which is also separately conveyed by a pump to a mixing chamber . From the mixing chamber, the saturated solution is conveyed directly to the nozzle. In some cases, the mixing chamber is even omitted and the mixing of the material and gas solution takes place in the nozzle itself.
Uvedené způsoby výroby jsou charakterizovány častým ucpáváním trysek, což vede k přerušení výroby a omezení produktivity práce.Said production methods are characterized by frequent clogging of the nozzles, which results in production interruption and reduced labor productivity.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Uvedené nevýhody způsobu výroby nanostrukturovaných či mikrostrukturovaných materiálů a zařízení k provádění tohoto způsobu lze do značné míry odstranit řešením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že roztok, emulze či kapalná suspenze jedné látky či směsi látek nebo mikroorganizmů popřípadě nasycené plynem, zkapalněným plynem nebo superkritickou kapalinou, se přivádí do vnitřního prostoru disku dutým hřídelem a kombinací odstředivé síly a tlaku kapaliny dochází k výstupu kapaliny expanzní mezerou za vzniku mikroskopických kapiček. Mikroskopické kapičky jsou následně v sušicí komoře sekundárně desintegrovány expanzí v nich přítomného plynu na menší kapičky, za vzniku aerosolu. Aerosol je následně usušen proudem sušicího plynu za vzniku pevných částic. Ve speciálních případech mohou při sušení některých polymerů za určitých podmínek místo částicových forem vznikat mikrovlákna či nanovlákna.The disadvantages of the process for producing nanostructured or microstructured materials and the apparatus for carrying out the process can be largely overcome by the solution according to the invention, which consists in the solution, emulsion or liquid suspension of one substance or mixture of substances or microorganisms optionally saturated with gas, liquefied gas or supercritical fluid, is introduced into the inner space of the disc through a hollow shaft and a combination of centrifugal force and fluid pressure exits the fluid through an expansion gap to form microscopic droplets. The microscopic droplets are subsequently disintegrated in the drying chamber by expansion of the gas present therein into smaller droplets to form an aerosol. The aerosol is then dried with a drying gas stream to form solid particles. In special cases, microfibers or nanofibers can be formed instead of particulate forms when drying some polymers under certain conditions.
Roztok, emulze či kapalná suspenze jedné látky či směsi látek nebo mikroorganizmů případně nasycené plynem, zkapalněným plynem nebo superkritickou kapalinou se čerpá do vnitřního prostoru disku pod tlakem 10 až 400 bar a vystupuje expanzní mezerou do sušicí komory, přičemž tlak v sušicí komoře se rovná tlaku atmosférickému nebo je zde tlak nižší, než je tlak nasyceného roztoku. Do komory je vháněn sušicí plyn o definovaných vlastnostech. Sušicím plynem může být vzduch nebo dusík o teplotě 20 až 200 °C s definovanou vlhkostí.A solution, emulsion or liquid suspension of a single substance or mixture of substances or microorganisms optionally saturated with gas, liquefied gas or supercritical fluid is pumped into the interior of the disk under a pressure of 10 to 400 bar and exits through the expansion gap into the drying chamber. atmospheric or the pressure is lower than the saturated solution. A drying gas of defined properties is blown into the chamber. The drying gas may be air or nitrogen at a temperature of 20 to 200 ° C with a defined humidity.
Vytvořené nanostruktury či mikrostruktury se v pevném skupenství oddělují z proudu sušicího plynu a plynu sloužícího pro nasycení kapaliny za použití filtru, cyklonu, nebo elektricky nabitého sběrače.The formed nanostructures or microstructures are separated in solid form from the drying gas stream and the gas saturating gas using a filter, a cyclone or an electrically charged header.
V případě dvojdílného rotujícího disku se velikost expanzní mezery tvoří deformací minimálně jedné části disku v závislosti na tlaku kapalného média ve vnitřním prostoru disku a tlaku vytvářeného přítlačným prvkem.In the case of a two-piece rotating disk, the amount of expansion gap is formed by deforming at least one portion of the disk as a function of the pressure of the liquid medium in the interior of the disk and the pressure generated by the pressure member.
- 1 CZ 307829 B6- 1 GB 307829 B6
Plynem, zkapalněným plynem nebo superkritickou kapalinou může být ve výhodném provedení oxid uhličitý.The gas, liquefied gas, or supercritical fluid may preferably be carbon dioxide.
Podstatou zařízení pro výrobu nanostrukturovaných či mikrostrukturovaných materiálů podle vynálezu je to, že sestává z komory, ve které je uložen dutý hřídel, na kterém je upevněn nejméně jeden disk, opatřený expanzní mezerou, přičemž dutý hřídel je opatřen otvory, které propojují vnitřní prostor dutého hřídele s expanzní mezerou. Komora může být opatřena navíc nezávislou nástřikovou tryskou.The essence of the device for producing nanostructured or microstructured materials according to the invention is that it consists of a chamber in which a hollow shaft is mounted, on which at least one disk having an expansion gap is mounted, the hollow shaft being provided with openings connecting the inner space of the hollow shaft with expansion gap. The chamber may additionally be provided with an independent spray nozzle.
Je výhodné, když alespoň jeden disk je rotující a je tvořen dvěma na sebe navazujícími díly, kde mezi horním dílem a spodním dílem je po obvodu vytvořena expanzní mezera. Je výhodné, aby expanzní mezera byla vytvořena po celém obvodu alespoň jednoho disku.It is preferred that the at least one disk is rotating and is formed by two adjacent parts, wherein an expansion gap is formed circumferentially between the upper part and the lower part. Preferably, the expansion gap is formed over the entire circumference of the at least one disk.
Nejméně jeden z dílů rotujícího disku je opatřen přítlačným prvkem. Je výhodné, aby přítlačným prvkem byla přítlačná matice. Nejméně jedna část disku či rotujícího disku může mít tvar komolého kužele.At least one of the parts of the rotating disc is provided with a thrust element. Preferably, the pressing element is a pressing nut. At least one portion of the disc or the rotating disc may be frustoconical.
Dutý hřídel je napojen na rotační jednotku, která propojuje stacionární část zařízení s dutým hřídelem a umožňuje vstup kapaliny ze stacionární části zařízení.The hollow shaft is connected to a rotary unit that connects the stationary part of the device to the hollow shaft and allows fluid to enter from the stationary part of the device.
Řešení podle vynálezu vychází z použití disku, který je opatřen výstupními tryskami či vnitřním prostorem s expanzní mezerou, do které se přivádí kapalina dutým rotujícím hřídelem. Pokud je tento disk dvoudílný, otevírá se expanzní mezera roztažením nejméně jednoho dílu disku deformací materiálu na šířku 1 až 500 mikrometrů při přetlaku v rozmezí 10 až 400 bar, který je regulován přítlačným prvkem, například maticí.The solution according to the invention is based on the use of a disk which is provided with outlet nozzles or an internal space with an expansion gap, into which liquid is supplied by a hollow rotating shaft. If the disc is two-piece, the expansion gap opens by expanding at least one disc part by deforming the material to a width of 1 to 500 microns at an overpressure in the range of 10 to 400 bar, which is controlled by a thrust element, such as a nut.
Tlakový rotující disk kombinuje rozprašování kapaliny tryskami či expanzní mezerou vlivem odstředivé síly a přetlaku kapaliny ve vnitřním prostoru disku se sekundární atomizací způsobenou následnou rychlou expanzí oxidu uhličitého ze vzniklých mikrokapiček v sušicí komoře za vzniku velmi jemného aerosolu.A pressure rotating disk combines spraying of liquid through nozzles or expansion gap due to centrifugal force and liquid overpressure in the interior of the disk with secondary atomization caused by subsequent rapid expansion of carbon dioxide from the formed microdroplets in the drying chamber to form a very fine aerosol.
V porovnání se zařízeními využívajícími statické trysky, nové předkládané technické řešení umožňuje významné zvýšení průtoku roztoku, rychlosti sušení, a tedy i produktivity celé výroby. Zařízení je obzvlášť vhodné pro rychlé šetrné sušení termolabilních molekul či mikroorganismů při zachování jejich aktivit či vitality.Compared to devices using static nozzles, the present invention provides a significant increase in solution flow, drying rate and hence productivity in the entire production. The device is particularly suitable for quick gentle drying of thermolabile molecules or microorganisms while maintaining their activity or vitality.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Příkladné provedení zařízení pro výrobu nanostrukturovaných či mikrostrukturovaných materiálů je znázorněno na přiložených výkresech, kde obr. 1 znázorňuje celkové zapojení celého zařízení, obr. 2 znázorňuje dutý hřídel s diskem v axonometrickém pohledu a částečném podélném řezu a obr. 3 znázorňuje konkrétní provedení disku podle vynálezu.An exemplary embodiment of a device for producing nanostructured or microstructured materials is shown in the accompanying drawings, wherein Fig. 1 shows the overall engagement of the entire device, Fig. 2 shows the hollow shaft with the disc in axonometric view and partial longitudinal section; .
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Příklad 1. Sušení NaClExample 1. Drying of NaCl
Chlorid sodný byl vybrán jako modelová anorganická sůl. Bylo připraveno 5 litrů 10% (hmotn./hmotn.) roztoku NaCl. Roztok byl čerpán ze zásobníku 11 kapaliny vysokotlakým čerpadlem 12, při průtoku 80 ml/min. přes pojistný ventil 13 a první zpětný ventil 14 do směšovací komůrky 15. Současně byl z tlakové nádoby 16 čerpadlem 17 na oxid uhličitý, vybaveným chladičem 13 přes druhý zpětný ventil 12 čerpán do směšovací komůrky 15 oxid uhličitý. Roztok chloridu sodného, který byl ve směšovací komůrce 15 nasycen oxidemSodium chloride was chosen as a model inorganic salt. 5 L of a 10% (w / w) NaCl solution was prepared. The solution was pumped from the liquid reservoir 11 by a high pressure pump 12 at a flow rate of 80 ml / min. via a relief valve 13 and a first check valve 14 to the mixing chamber 15. At the same time, a carbon dioxide pump 17 equipped with a condenser 13 was pumped from the pressure vessel 16 through the second check valve 12 to the mixing chamber 15 with carbon dioxide. Sodium chloride solution which was saturated with oxide in the mixing chamber 15
-2CZ 307829 B6 uhličitým, postupoval přes ohřívač 20 a vstup 21 kapaliny do rotační jednotky 10, ze které postupoval dále do vnitřního prostoru dutého hřídele 3, uloženého v tubusu 22 v základním rámu 23 sušicí komory 1. Z vnitřního prostoru dutého hřídele 3 vstupoval roztok nasycený oxidem uhličitým otvory dutého hřídele do vnitřního prostoru disku 2 mezi jeho horním dílem 7 a spodním dílem 8. Byl použit disk 2 kónického tvaru o průměru 120 mm, s přítlačným prvkem 9 ve formě matice, jak je patrno z obr. 3. Tlak přítlačné matice byl postupně měněn tak, aby docházelo k otevření výstupní expanzní mezery 4 při přetlaku v rozmezí 10 až 400 bar. Rotující disk 2 s dutým hřídelem 3 byl roztáčen přes vložený převod 24 hnacím motorem 25 rychlostí v rozmezí 0 až 10 tisíc otáček za minutu. Základním rámem 23 byl do sušicí komory ]_ vháněn rychlostí 0,8 m3/min. sušicí vzduch předehřátý na teplotu 35 °C ze zdroje 26 sušicího plynu, který byl tvořen kompresorem a ohřívačem. Kombinací odstředivé síly a přetlaku kapaliny ve vnitřním prostoru disku 2 docházelo v expanzní mezeře 4 k primární atomizaci kapaliny na mikroskopické kapičky. Mikroskopické kapičky byly následně v sušicí komoře 1 sekundárně desintegrovány expanzí oxidu uhličitého, unikajícího z nasycené kapaliny, na menší kapičky, za vzniku velmi jemného aerosolu. Tento aerosol byl usušen v sušicí komoře 1. v proudu předehřátého vzduchu. Vznikající mikrokrystaly chloridu sodného byly z proudu sušicího vzduchu a oxidu uhličitého separovány v cyklonu 21 pro separaci částic. Horní část cyklonu pod výstupem 29 sušicího plynu byla vybavena prodyšnou filtrační membránou 28 s nanovlákennou vrstvou a usušené mikrokrystaly chloridu sodného byly shromažďovány ve sběrné nádobě 30 na usušený materiál. Účinnost separace částic chloridu sodného byla vyšší, když byla sběrná nádoba 30 vybavena elektricky nabitým sběračem 31.It proceeded through the heater 20 and the liquid inlet 21 to the rotary unit 10, from which it proceeded to the interior of the hollow shaft 3, housed in the tube 22 in the base frame 23 of the drying chamber 1. From the interior of the hollow shaft 3 saturated with carbon dioxide holes in the hollow shaft into the interior of the disc 2 between its upper part 7 and the lower part 8. A conical shaped disc 2 with a diameter of 120 mm was used, with a thrust element 9 in the form of a nut as shown in FIG. the nut was gradually changed to open the expansion gap 4 at an overpressure in the range of 10 to 400 bar. The rotating hollow shaft disk 2 was spun through the intermediate gear 24 by the drive motor 25 at a speed of 0 to 10,000 rpm. Through the base frame 23, it was blown into the drying chamber at a rate of 0.8 m 3 / min. the drying air preheated to a temperature of 35 ° C from a drying gas source 26 consisting of a compressor and a heater. By combining the centrifugal force and the overpressure of the liquid in the inner space of the disk 2, primary expansion of the liquid into microscopic droplets occurred in the expansion gap 4. The microscopic droplets were subsequently disintegrated in the drying chamber 1 by expanding the carbon dioxide escaping from the saturated liquid into smaller droplets to form a very fine aerosol. This aerosol was dried in the drying chamber 1 in a preheated air stream. The resulting sodium chloride microcrystals were separated from the drying air and carbon dioxide stream in a particle separation cyclone 21. The upper part of the cyclone under the drying gas outlet 29 was equipped with a breathable nanofiber layer filtration membrane 28 and the dried sodium chloride microcrystals were collected in a collection vessel 30 for the dried material. The separation efficiency of the sodium chloride particles was higher when the collecting vessel 30 was equipped with an electrically charged header 31.
Byly testovány různé podmínky sušení chloridu sodného. V jednom případě bylo sušení realizováno bez rotace disku 2. Primární atomizace roztoku chloridu sodného zde byla omezena pouze na rozprašování v úzké expanzní mezeře 4 vlivem přetlaku ve vnitřním prostoru disku 2 bez použití odstředivé síly, analogickým mechanismem jako při rozprašování na trysce, sekundárně docházelo k desintegraci vzniklých mikrokapiček expanzí oxidu uhličitého za vzniku ještě menších kapiček. Testován byl také vliv rychlosti rotace disku 2 při konstantním průtoku roztoku chloridu sodného a oxidu uhličitého systémem na velikost vznikajících mikrokrystalů chloridu sodného. Dále bylo testováno, jak je velikost vznikajících mikrokrystalů ovlivňována změnami tlaku ve vnitřním prostoru disku 2. Tlak ve vnitřním prostoru disku 2 byl regulován utažením či povolením přítlačného prvku 9. Sušení chloridu sodného bylo také realizováno při nulovém průtoku oxidu uhličitého pouze primární atomizací odstředivou silou vznikající rotací disku 2 a přetlakem kapaliny ve vnitřním prostoru disku 2. V tomto případě nedocházelo k sekundární atomizaci vlivem expanze oxidu uhličitého ze vzniklých mikrokapiček. Nakonec byla testována možnost umístění dvou rotujících disků 2 nad sebou na stejném dutém hřídeli 3, nebo na dvou nezávislých dutých hřídelích 3.Various drying conditions for sodium chloride were tested. In one case, the drying was carried out without rotation of the disc 2. The primary atomization of the sodium chloride solution was limited to spraying in a narrow expansion gap 4 due to overpressure in the inner space of the disc 2 without centrifugal force, analogous to that of spraying on a nozzle. disintegrating the resulting microdroplets by expanding the carbon dioxide to form even smaller droplets. The effect of disk 2 rotation rate at a constant flow rate of sodium chloride and carbon dioxide through the system on the size of the sodium chloride microcrystals formed was also tested. Further, it was tested how the size of the formed microcrystals is influenced by the pressure changes in the interior of the disc 2. The pressure in the interior of the disc 2 was controlled by tightening or loosening the pressure element 9. Drying of sodium chloride was also performed at zero carbon dioxide flow only by primary centrifugal force In this case, there was no secondary atomization due to the expansion of carbon dioxide from the formed microdroplets. Finally, the possibility of placing two rotating disks 2 one above the other on the same hollow shaft 3 or on two independent hollow shafts 3 was tested.
V případě sušení bez rotace disku 2 se distribuce velikosti mikrokrystalů, vyjádřená jako délka stěny kubických mikrokrystalů, pohybovala v rozmezí od 2 do 8 mikrometrů, v závislosti na tlaku ve vnitřním prostředí disku 2, který byl utahováním přítlačného prvku 9 regulován v rozsahu 10 až 400 bar. Velikost vznikajících mikrokrystalů se zmenšovala se stoupajícím tlakem ve vnitřním prostoru disku 2. Při nulovém průtoku oxidu uhličitého se distribuce velikosti mikrokrystalů pohybovala v rozmezí od 30 do 150 mikrometrů v závislosti na rychlosti rotace, která se pohybovala v rozmezí 100 až 10 tisíc otáček za minutu. Se zvyšující se rychlostí rotace disku 2 se velikost vznikajících mikrokrystalů zmenšovala. Při konstantním průtoku roztoku chloridu sodného a oxidu uhličitého systémem byla distribuce velikosti mikrokrystalů v rozmezí v rozmezí od 0,5 do 3 mikrometrů v závislosti na rychlosti rotace disku 2 a tlaku ve vnitřním prostoru disku 2. Velikost vznikajících mikrokrystalů se opět zmenšovala se stoupajícím tlakem ve vnitřním prostoru disku 2 a se zvyšujícími se otáčkami disku 2.In the case of drying without rotation of the disc 2, the microcrystalline size distribution, expressed as the cubic microcrystalline wall length, ranged from 2 to 8 microns, depending on the pressure in the internal environment of the disc 2 which was controlled between 10 and 400 bar. The size of the resulting microcrystals decreased with increasing pressure in the internal space of the disk 2. At zero carbon dioxide flow, the microcrystal size distribution ranged from 30 to 150 microns depending on the rotation speed ranging from 100 to 10,000 rpm. As the speed of rotation of the disk 2 increased, the size of the microcrystals formed decreased. At a constant flow of sodium chloride and carbon dioxide solution through the system, the microcrystal size distribution ranged from 0.5 to 3 microns depending on the rotation speed of disk 2 and the pressure in the interior of disk 2. The size of the resulting microcrystals decreased again with increasing pressure in the inner space of the disc 2 and with increasing speed of the disc 2.
Výtěžky chloridu sodného se při všech pokusech pohybovaly v rozmezí 80 až 95 %. Ztráty vznikaly ulpíváním chloridu sodného na stěnách a v potrubí sušicí komory 1_. Bylo prokázáno, že dvoustupňová atomizace realizovaná kombinací primární atomizace odstředivou silou vznikající rotací disku 2 a přetlakem kapaliny ve vnitřním prostoru disku 2 a sekundární atomizací expanzíSodium chloride yields ranged from 80 to 95% in all experiments. The losses were caused by the adherence of sodium chloride to the walls and to the duct of the drying chamber 7. It has been shown that two-stage atomization realized by a combination of primary atomization by centrifugal force resulting from the rotation of disk 2 and the overpressure of the liquid in the inner space of disk 2 and secondary atomization by expansion
-3 CZ 307829 B6 oxidu uhličitého ze vzniklých mikrokapiček, umožňuje snížit velikost vznikajících mikrokrystalů chloridů sodného. Účinky primární atomizace a sekundární atomizace se tedy sčítají a umožňují produkci menších suchých částic, než kdyby tyto metody primární a sekundární atomizace byly použity samostatně. Umístěním více disků 2 na stejném dutém hřídeli 3, či na nezávislých dutých hřídelích 3, ve stejné sušicí komoře 1 umožňuje zvýšit rychlost sušení.The carbon dioxide from the formed microdroplets allows to reduce the size of the sodium chloride microcrystals formed. Thus, the effects of primary atomization and secondary atomization add up and allow the production of smaller dry particles than if these primary and secondary atomization methods were used alone. By placing multiple disks 2 on the same hollow shaft 3, or independent hollow shafts 3, in the same drying chamber 1, it allows to increase the drying rate.
Příklad 2. Sušení polyvinylalkoholuExample 2. Drying of polyvinyl alcohol
Polyvinylalkohol byl vybrán jako modelový zvláknitelný polymer. Pro pokusy byl použit komerční roztok polyvinylalkoholu Sloviol R 16, 16 % (hmotn. / hmotn.) sušiny (Fichema). Uspořádání pokusu, podmínky a zařízení bylo stejné jako v příkladu 1. Průtok roztoku polyvinylalkoholu byl 70 ml/min. V expanzní mezeře 4 rotujícího disku 2 docházelo odstředivou silou k tvorbě nanovláken a mikrovláken. Rychlost tvorby vláken se postupně zvyšovala v rozsahu rychlosti rotace disku 2. Tlak ve vnitřním prostoru disku 2 rychlost tvorby vláken významným způsobem neovlivňoval. Výtěžky polyvinylalkoholu ve vláknech byly v rozsahu 75 až 90 % v závislosti na podmínkách. Ztráty vznikaly ulpíváním polyvinylalkoholu na stěnách a v potrubí sušicí komory E Byla získána vlákna o průměru v rozsahu 0,1 až 1 mikrometr, v závislosti na podmínkách pokusu, ve formě připomínající jemnou hustou vatu. Průměr vláken se snižoval se stoupajícím tlakem ve vnitřním prostoru disku 2 a se zvyšujícími se otáčkami disku 2 v rozsahu 500 až 3000 otáček za minutu. Při dalším zvyšování rychlosti rotace disku 2 docházelo již k převládající tvorbě mikrokapiček a tvorbě částic nepravidelného tvaru.Polyvinyl alcohol was chosen as a model spinnable polymer. A commercial solution of polyvinyl alcohol Sloviol R 16, 16% (w / w) dry matter (Fichema) was used for the experiments. The experimental design, conditions and apparatus were the same as in Example 1. The flow rate of the polyvinyl alcohol solution was 70 ml / min. In the expansion gap 4 of the rotating disk 2, nanofibers and microfibers were formed by centrifugal force. The fiber formation rate gradually increased over the rotational speed range of the disc 2. The pressure in the internal space of the disc 2 did not significantly affect the fiber formation rate. The yields of polyvinyl alcohol in the fibers were in the range of 75 to 90% depending on the conditions. Losses were due to the adhesion of the polyvinyl alcohol to the walls and in the duct of the drying chamber. The diameter of the fibers decreased with increasing pressure in the inner space of the disc 2 and with increasing speed of the disc 2 in the range of 500 to 3000 rpm. Further increase in the speed of rotation of the disc 2 resulted in the predominant formation of microdroplets and irregularly shaped particles.
Příklad 3. Sušení ovalbuminu jako modelové bílkoviny.Example 3. Drying of ovalbumin as a model protein.
Ovalbumin z vaječného bílku (Sigma-Aldrich) byl vybrán jako modelová bílkovina. Uspořádání pokusu, podmínky a zařízení bylo stejné jako v příkladu 1. V destilované vodě byl připraven roztok obsahující 5 % (hmotn./hmotn.) ovalbuminu a 5 % (hmotn./hmotn.) trehalózy (Fluka). Trehalóza byla použita jako stabilizační činidlo. Průtok roztoku ovalbuminu byl 90 ml/min. Byly získány částice sférického tvaru o průměru v rozsahu 0,4 až 2 mikrometrů v závislosti na podmínkách pokusu. Průměr částic se zmenšoval se stoupajícím tlakem ve vnitřním prostoru disku 2 a se zvyšujícími se otáčkami disku 2. V alternativním provedení byl pro primární atomizaci roztoku ovalbuminu místo disku 2 s expanzní mezerou použit disk o průměru 120 mm s deseti výstupními tryskami po obvodu. Průměr jednotlivých výstupních trysek byl 100 mikrometrů. V tomto případě byla při zachování stejných podmínek velikost sférických částic v rozsahu 1 až 3 mikrometry.Ovalbumin from egg white (Sigma-Aldrich) was selected as a model protein. The experimental set-up, conditions and apparatus were the same as in Example 1. A solution containing 5% (w / w) ovalbumin and 5% (w / w) trehalose (Fluka) was prepared in distilled water. Trehalose was used as a stabilizing agent. The flow rate of the ovalbumin solution was 90 ml / min. Spherical particles with a diameter in the range of 0.4 to 2 microns were obtained, depending on the conditions of the experiment. The particle diameter decreased with increasing pressure in the interior of disk 2 and with increasing speed of disk 2. In an alternative embodiment, a 120 mm disk with ten outlet nozzles circumferentially was used for primary atomization of the ovalbumin solution instead of the expansion gap disk 2. The diameter of the individual outlet nozzles was 100 microns. In this case, under the same conditions, the spherical particle size was in the range of 1 to 3 microns.
Příklad 4. Sušení heterocystů izolovaných z kyanobakterií a enzymu nitrogenáza.Example 4. Drying of the heterocysts isolated from cyanobacteria and the enzyme nitrogenase.
Sušení heterocystů bylo vybráno jako modelový případ šetrného sušení živých buněk při zachování jejich vitality. Sušení enzymu nitrogenáza izolovaného z heterocystů ilustruje možnost šetrného sušení enzymů při zachování jejich biologické aktivity a možnost sušení v anaerobních podmínkách. Heterocysty jsou specializované buňky některých vláknitých kyanobakterií s tenkou buněčnou stěnou, světle žluté barvy. Jejich funkcí je fixace dusíku ze vzduchu v případě deficitu jiných forem tohoto prvku. Heterocysty používají pro fixaci vzdušného kyslíku enzym nitrogenázu, který je inaktivován kyslíkem. Heterocysty musí vytvářet mikroanaerobní prostředí. Heterocysty byly izolovány z vláken kyanobakterií Cyanobacterium Anabaena SP. kmen CA (ATCC 33047) postupem převzatým z publikace Smith R.L. et al. (R. L. Smith, D. Kumar, Z. Xiankong, F. R. Tabita, and C. Van Baalen. 1985. H2, N2, and 02 metabolism by isolated heterocysts from Anabaena SP. strain CA. J. Bacteriol. 162:565-570). Metabolická aktivita izolovaných heterocystů byla měřena redukcí acetylenu v anaerobních podmínkách s použitím metodiky popsané v publikaci Kumar A. et al. (A. Kumar, F.R. Tabita, and C. Van Baalen. 1983. High endogenous nitrogenase activity in isolated heterocysts of Anabeana SP. strain CA after nitrogen starvation. J. Bacteriol. 155 (2):565-570). Část získaných heterocystů byla použita pro izolaci enzymu nitrogenáza (ECI .7.99.2) postupem popsaným v publikaci Song S.-D. Et al. (Song S.-D., A. Hartmann, and R.H. Burris. 1985. Purification and Properties of the NitrogenaseThe drying of the heterocysts was chosen as a model case for gentle drying of living cells while maintaining their vitality. Drying of the enzyme nitrogenase isolated from the heterocysts illustrates the possibility of gentle drying of the enzymes while maintaining their biological activity and the possibility of drying under anaerobic conditions. Heterocysts are specialized cells of some filamentous cyanobacteria with a thin cell wall, light yellow color. Their function is to fix nitrogen from the air in case of deficiency of other forms of this element. Heterocysts use the enzyme nitrogenase, which is inactivated by oxygen, to fix air oxygen. Heterocysts must create a microanaerobic environment. Heterocysts were isolated from Cyanobacterium Anabaena SP cyanobacteria fibers. strain CA (ATCC 33047) following the procedure of Smith R.L. et al. (RL Smith, D. Kumar, Z. Xiankong, FR Tabita, and C. Van Baalen. 1985. H2, N2, and 02 metabolism by isolated heterocysts from Anabaena SP. Strain CA. J. Bacteriol. 162: 565-570) . Metabolic activity of isolated heterocysts was measured by reducing acetylene under anaerobic conditions using the methodology described by Kumar A. et al. (A. Kumar, F. R. Tabita, and C. Van Baalen. 1983. High endogenous nitrogenase activity in isolated heterocysts of Anabeana SP. Strain CA after nitrogen starvation. J. Bacteriol. 155 (2): 565-570). A portion of the obtained heterocysts was used to isolate the nitrogenase enzyme (ECI. 7.99.2) as described by Song S.-D. Et al. (Song S.-D., A. Hartmann, and R. H. Burris. 1985. Purification and Properties of the Nitrogenase
-4CZ 307829 B6 of Azospirillum amazonense. J. Bacteriol. 164 (3): 1271-1277). Aktivita izolované nitrogenázy byla měřena opět redukcí acetylenu v anaerobních podmínkách podle postupu popsaného v publikaci Shah v.K. et al. (V.K. Shah, L.c. Davis, and W.J. Brill. 1975. Nitrogenase. VI. Acetylene reduction assay: Dependence of nitrogen fixation estimates on component ratio and acetylene concentration. Biochim Biophys Acta 384 (2): 353-359).-4GB 307829 B6 of Azospirillum amazonense. J. Bacteriol. 164 (3): 1271-1277. Isolated nitrogenase activity was measured again by reducing acetylene under anaerobic conditions according to the procedure described by Shah v.K. et al. (V.K. Shah, L.c. Davis, and W.J. Brill. 1975. Nitrogenase. VI. Acetylene reduction assay: Dependence of nitrogen fixation estimates on component ratio and acetylene concentration. Biochim Biophys Acta 384 (2): 353-359).
Izolované heterocysty a nitrogenáza byly skladovány bez přístupu vzduchu pod dusíkovou atmosférou. Heterocysty byly suspendovány ve fyziologickém roztoku na sušinu 6% (hmotn./hmotn.). Suspenze byla udržována v zásobníku 11 kapaliny pod dusíkovou atmosférou. Uspořádání pokusu a zařízení bylo stejné jako v příkladu 1. Průtok buněčné suspenze byl 80 ml/min. Tlak ve vnitřním prostoru disku 2 byl přítlačnou maticí nastaven na 60 bar. Sušicím plynem byl v tomto případě dusík. Zdrojem 26 dusíku byla velkokapacitní tlaková nádoba. Průtok dusíku sušicí komorou 1 byl 0,8 m3/min., teplota dusíku vstupujícího do sušicí komory 1 byla 40 °C. Usušená buněčná kultura byla oddělena z proudu dusíku a oxidu uhličitého v cyklonu 21 a shromažďována ve sběrné nádobě 30. Produkt byl ve formě jemného prášku. Výtěžnost heterocystů v suché formě byla více než 90 %. Pokles vitality buněčné kultury byl pouze 4,7 %. Pokles metabolické aktivity, měřené jako redukce acetylenu v anaerobních podmínkách, nebyl statisticky významný.Isolated heterocysts and nitrogenase were stored without air under nitrogen atmosphere. Heterocysts were suspended in saline to dryness of 6% (w / w). The suspension was kept in the liquid reservoir 11 under a nitrogen atmosphere. The experimental set-up and equipment were the same as in Example 1. The cell suspension flow rate was 80 ml / min. The pressure in the interior of the disc 2 was set to 60 bar with the pressure nut. The drying gas in this case was nitrogen. The nitrogen source 26 was a high-capacity pressure vessel. The nitrogen flow through the drying chamber 1 was 0.8 m 3 / min, the temperature of the nitrogen entering the drying chamber 1 was 40 ° C. The dried cell culture was separated from the stream of nitrogen and carbon dioxide in cyclone 21 and collected in a collection vessel 30. The product was in the form of a fine powder. The yield of the heterocysts in dry form was more than 90%. The decrease in cell culture vitality was only 4.7%. The decrease in metabolic activity measured as acetylene reduction under anaerobic conditions was not statistically significant.
Nitrogenáza byla suspendována v destilované vodě na koncentraci 5 % (hmotn./hmotn.) s přídavkem 5 % (hmotn./hmotn.) sacharózy, která sloužila jako stabilizační činidlo. Nitrogenáza byla usušena za shodných podmínek jako heterocysty. Byly získány sférické částice o průměru přibližně 1 mikrometr. Výtěžnost nitrogenázy v suché formě byla přibližně 80 %. Ani v tomto případě nebyl pokles aktivity enzymu statisticky významný.The nitrogenase was suspended in distilled water to a concentration of 5% (w / w) with the addition of 5% (w / w) sucrose, which served as a stabilizing agent. The nitrogenase was dried under the same conditions as the heterocysts. Spherical particles having a diameter of about 1 micrometer were obtained. The nitrogenase yield in dry form was approximately 80%. Again, the decrease in enzyme activity was not statistically significant.
Příklad 5. Enkapsulace probiotických bakterií ve vodných suspenzích derivátů celulózy.Example 5. Encapsulation of probiotic bacteria in aqueous suspensions of cellulose derivatives.
Tento příklad byl zvolen jako ukázka možnosti využití zařízení podle vynálezu pro enkapsulaci sloučenin či mikroorganismů. Probiotické mikroorganismy musí splňovat některé základní požadavky, aby mohly přinášet zdravotní prospěch svému hostiteli. Mezi tyto základní požadavky patří, že musí být dostatečně odolné proti kyselému prostředí žaludku a působení žlučových kyselin v tenkém střevě. Zdaleka ne všechny komerčně dostupné kmeny probiotických mikroorganismů však tyto požadavky plně splňují. Jedním z často používaných způsobů zvýšení jejich odolnosti proti těmto vlivům je jejich enkapsulace různými materiály.This example was chosen as an illustration of the possibility of using the device according to the invention for encapsulating compounds or microorganisms. Probiotic microorganisms must meet some basic requirements in order to benefit their host. These essential requirements include that they must be sufficiently resistant to the acidic environment of the stomach and the action of bile acids in the small intestine. However, not all commercially available strains of probiotic micro-organisms fully meet these requirements. One of the frequently used ways to increase their resistance to these effects is to encapsulate them with various materials.
V první části pokusu byla připravena suspenze obsahující 0,5 1 komerčního enterického preparátu etylcelulózy v nanočásticové formě FMCs Aquacoat ECD a 2 1 podobného preparátu obsahujícího acetát ftalát celulózy FMCs Aquacoat CPD, 2 kg mikrobiálního preparátu BA (1.109 KTJ/g) (Milcom), obsahujícího probiotické kmeny rodů Lactobacillus acidophillus a Bifidobacterium bifidum lyofilizované se sušeným mlékem, 200 g prebiotického preparátu inulinu Frutafit HP a 5 1 destilované vody. Uspořádání pokusu a zařízení bylo stejné jako v příkladu 1. Sušicím plynem byl vzduch předehřátý na teplotu 35 °C, který byl do sušicí komory 1 vháněn rychlostí 0,8 m3/min. ze zdroje 26 tvořeného kompresorem a ohřívačem. Průtok sušené suspenze byl 75 ml/min. Usušená buněčná kultura byla oddělena z proudu sušicího vzduchu a oxidu uhličitého v cyklonu 21 a shromažďována ve sběrné nádobě 30. Produkt byl ve formě jemného prášku. Bakterie byly enkapsulovány uvnitř částic derivátů celulózy. Částice byly nepravidelného tvaru. Distribuce velikosti částic byla v rozsahu 4 až 7 mikrometrů. Výtěžnost sušiny suspenze byla přibližně 80 %. Standardními metodami mikrobiologické analýzy bylo zjištěno, že nedošlo ke statisticky významnému poklesu původní vitality bakteriální kultury. Mikrobiologické testy potvrdily významný ochranný efekt enkapsulace proti simulovanému kyselému prostředí žaludku a proti působení žlučových kyselin.In the first part of the experiment, a suspension was prepared containing 0.5 L of commercial enteric ethylcellulose preparation in nanoparticulate form of FMCs Aquacoat ECD and 2 L of similar preparation containing cellulose acetate phthalate FMCs Aquacoat CPD, 2 kg of microbial preparation BA (1.10 9 KTJ / g) (Milcom) containing probiotic strains of the genera Lactobacillus acidophillus and Bifidobacterium bifidum lyophilized with milk powder, 200 g of the prebiotic inulin Frutafit HP preparation and 5 l of distilled water. The experimental set-up and the apparatus were the same as in Example 1. The drying gas was air preheated to 35 ° C, which was blown into the drying chamber 1 at a rate of 0.8 m 3 / min. from a source 26 formed by a compressor and a heater. The flow rate of the dried suspension was 75 ml / min. The dried cell culture was separated from the drying air and carbon dioxide stream in cyclone 21 and collected in a collection vessel 30. The product was in the form of a fine powder. The bacteria were encapsulated within the cellulose derivative particles. The particles were irregular in shape. The particle size distribution was in the range of 4 to 7 microns. The dry yield of the suspension was approximately 80%. It was found by standard methods of microbiological analysis that there was no statistically significant decrease in the original vitality of bacterial culture. Microbiological tests confirmed a significant protective effect of the encapsulation against the simulated acid environment of the stomach and against the action of bile acids.
V druhé části pokusu byla připravena suspenze obsahující 0,5 1 komerčního enterického preparátu etylcelulózy v nanočásticové formě FMCs Aquacoat ECD a 2 1 podobného preparátu obsahujícího acetát ftalát celulózy FMCs Aquacoat CPD v 3,8 1 destilované vody. Kromě tohoIn the second part of the experiment, a suspension was prepared containing 0.5 L of a commercial enteric preparation of ethylcellulose in nanoparticulate form FMCs Aquacoat ECD and 2 L of a similar preparation containing cellulose acetate phthalate FMCs Aquacoat CPD in 3.8 L of distilled water. Addition
-5 CZ 307829 B6 byla připravena bakteriální suspenze obsahující 2 kg mikrobiálního preparátu BA (1.109 KTJ/g) (Milcom) a 200 g prebiotického preparátu inulinu Frutafit H. Obě suspenze byly do sušicí komory 1 současně nastrikovány dvěma rotujícími disky 2 na nezávislých dutých hřídelích 3, nebo kombinací rotujícího disku a nezávislé nástřikové trysky 32. Sušicím plynem byl opět vzduch předehřátý na teplotu 35 °C, který byl do sušicí komory 1 vháněn rychlostí 0,8 m3/min. ze zdroje 26 tvořeného kompresorem a ohřívačem. Průtok suspenze každým rotujícím diskem, eventuálně tryskou, byl shodně 35 ml/min. Usušená buněčná kultura byla oddělena z proudu sušicího vzduchu a oxidu uhličitého v cyklonu 27 a shromažďována ve sběrné nádobě 30. Produkt byl ve formě jemného prášku. Bakterie byly enkapsulovány uvnitř částic derivátů celulózy. Částice byly nepravidelného tvaru. Distribuce velikosti částic byla v rozsahu 3 až 6 mikrometrů. Výtěžnost sušiny suspenze byla přibližně 85 %. Ani v tomto případě nedošlo ke statisticky významnému poklesu původní vitality bakteriální kultury. Mikrobiologické testy opět potvrdily významný ochranný efekt enkapsulace proti simulovanému kyselému prostředí žaludku a proti působení žlučových kyselin.A bacterial suspension containing 2 kg of microbial preparation BA (1.10 9 cfu / g) (Milcom) and 200 g of the prebiotic inulin Frutafit H preparation was prepared. Both suspensions were simultaneously sprayed into the drying chamber 1 with two rotating discs 2 on independent hollows. The drying gas was again preheated to 35 ° C, which was blown into the drying chamber 1 at a rate of 0.8 m 3 / min. from a source 26 formed by a compressor and a heater. The suspension flow through each rotating disc or nozzle was equal to 35 ml / min. The dried cell culture was separated from the drying air and carbon dioxide stream in cyclone 27 and collected in a collection vessel 30. The product was in the form of a fine powder. The bacteria were encapsulated within the cellulose derivative particles. The particles were irregular in shape. The particle size distribution was in the range of 3 to 6 microns. The dry yield of the suspension was approximately 85%. Again, there was no statistically significant decrease in the original vitality of the bacterial culture. Microbiological tests again confirmed a significant protective effect of the encapsulation against the simulated acid environment of the stomach and against the action of bile acids.
Kombinace dvou různých disků 2 na nezávislých dutých hřídelích 3, případně kombinace disku 2 s nezávislou nástřikovou tryskou 32, umožňuje současně kombinovat atomizaci a sušení dvou různých kapalin - roztoků, emulzí či suspenzí současně ve stejné sušicí komoře 1. Usušený materiál vzniká kombinací a interakcí složek těchto dvou různých kapalin v sušicí komoře.The combination of two different disks 2 on the independent hollow shafts 3, or the combination of the disk 2 with the independent spray nozzle 32, allows simultaneously the atomization and drying of two different liquids - solutions, emulsions or suspensions simultaneously in the same drying chamber 1. these two different liquids in the drying chamber.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Vynález se týká způsobu výroby nanostrukturovaných či mikrostrukturovaných materiálů a zařízení pro jejich výrobu. V porovnání se zařízeními využívajícími statické trysky, nové předkládané technické řešení umožňuje významné zvýšení průtoku roztoku, rychlosti sušení a tedy i produktivity celé výroby. Zařízení je obzvlášť vhodné pro rychlé šetrné sušení termolabilních molekul či mikroorganismů při zachování jejich aktivit či vitality.The invention relates to a process for the production of nanostructured or microstructured materials and to a device for their production. Compared to devices using static nozzles, the present invention provides a significant increase in solution flow, drying rate and hence productivity in the entire production. The device is particularly suitable for quick gentle drying of thermolabile molecules or microorganisms while maintaining their activity or vitality.
PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2015-326A CZ307829B6 (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Method of producing nanostructured or microstructured materials and the equipment for doing this |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2015-326A CZ307829B6 (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Method of producing nanostructured or microstructured materials and the equipment for doing this |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ2015326A3 CZ2015326A3 (en) | 2016-11-23 |
CZ307829B6 true CZ307829B6 (en) | 2019-06-05 |
Family
ID=57353968
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2015-326A CZ307829B6 (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Method of producing nanostructured or microstructured materials and the equipment for doing this |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ307829B6 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2165946A1 (en) * | 1971-12-30 | 1973-07-19 | Fischer Apparate Rohr | Centrifugal spray - finned element and jacket facilitates the gas cooling of drive assembly |
EP0335852A1 (en) * | 1988-03-30 | 1989-10-04 | "Raffinerie Tirlemontoise", société anonyme: | Saccharose-based products containing strong sweeteners, and processes for making the same |
WO2014017511A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-01-30 | 株式会社パウダリングジャパン | Liquid-atomizing device and liquid-atomizing method |
-
2015
- 2015-05-15 CZ CZ2015-326A patent/CZ307829B6/en unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2165946A1 (en) * | 1971-12-30 | 1973-07-19 | Fischer Apparate Rohr | Centrifugal spray - finned element and jacket facilitates the gas cooling of drive assembly |
EP0335852A1 (en) * | 1988-03-30 | 1989-10-04 | "Raffinerie Tirlemontoise", société anonyme: | Saccharose-based products containing strong sweeteners, and processes for making the same |
WO2014017511A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-01-30 | 株式会社パウダリングジャパン | Liquid-atomizing device and liquid-atomizing method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ2015326A3 (en) | 2016-11-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20160367950A1 (en) | A method for producing nanostructured or microstructured materials and a device for their production | |
Pitigraisorn et al. | Encapsulation of Lactobacillus acidophilus in moist-heat-resistant multilayered microcapsules | |
Whelehan et al. | Microencapsulation using vibrating technology | |
Vivek et al. | A comprehensive review on microencapsulation of probiotics: technology, carriers and current trends | |
Shi et al. | Encapsulation of Lactobacillus bulgaricus in carrageenan-locust bean gum coated milk microspheres with double layer structure | |
Arepally et al. | Encapsulation of Lactobacillus acidophilus NCDC 016 cells by spray drying: Characterization, survival after in vitro digestion, and storage stability | |
Kailasapathy | Microencapsulation of probiotic bacteria: technology and potential applications | |
CN110025638B (en) | Chitosan-sodium carboxymethyl cellulose layer-by-layer self-assembly probiotic microcapsule and preparation thereof | |
Vidhyalakshmi et al. | Encapsulation “the future of probiotics”-a review | |
Martín et al. | Microencapsulation of bacteria: A review of different technologies and their impact on the probiotic effects | |
Xie et al. | Polysaccharides, proteins, and their complex as microencapsulation carriers for delivery of probiotics: A review on carrier types and encapsulation techniques | |
JP5396402B2 (en) | Method for producing triple-coated lactic acid bacteria and nanoparticle coating method, triple-coated lactic acid bacteria produced by the method, and products containing the same | |
Seth et al. | Effect of microencapsulation using extrusion technique on viability of bacterial cells during spray drying of sweetened yoghurt | |
CN102228235A (en) | Method for preparing probiotics microcapsule and its application | |
CN106617093B (en) | Acid-resistant and stable probiotic microcapsule and preparation method and application thereof | |
Song et al. | Microencapsulation of Lactobacillus casei YIT 9018 using a microporous glass membrane emulsification system | |
Wang et al. | Survivability of probiotics encapsulated in kelp nanocellulose/alginate microcapsules on microfluidic device | |
CN114176227B (en) | Sodium alginate-coated layer-by-layer self-assembled probiotic microcapsule and preparation method thereof | |
Xing et al. | Effect of porous starch concentrations on the microbiological characteristics of microencapsulated Lactobacillus acidophilus | |
Chun et al. | Microencapsulation of Lactobacillus plantarum DKL 109 using external ionic gelation method | |
CN112741328A (en) | Low-temperature electrostatic spray drying method for improving activity of dried bacterial powder | |
CN114287634B (en) | Probiotic-embedded Arabic gum composite fiber/capsule as well as preparation method and application thereof | |
Demitri et al. | Encapsulation of Lactobacillus kefiri in alginate microbeads using a double novel aerosol technique | |
Dima et al. | Electric field charge polarity triggers the organization and promotes the stability of electrosprayed probiotic cells | |
CZ307829B6 (en) | Method of producing nanostructured or microstructured materials and the equipment for doing this |