RU2688586C1 - Устройство для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро- или субмикронных структур - Google Patents

Устройство для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро- или субмикронных структур Download PDF

Info

Publication number
RU2688586C1
RU2688586C1 RU2017142974A RU2017142974A RU2688586C1 RU 2688586 C1 RU2688586 C1 RU 2688586C1 RU 2017142974 A RU2017142974 A RU 2017142974A RU 2017142974 A RU2017142974 A RU 2017142974A RU 2688586 C1 RU2688586 C1 RU 2688586C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
micro
polymer
electrode
housing
structures
Prior art date
Application number
RU2017142974A
Other languages
English (en)
Inventor
Павел Альбертович Некрашевич
Дмитрий Александрович Горин
Глеб Борисович Сухоруков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
Priority to RU2017142974A priority Critical patent/RU2688586C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2688586C1 publication Critical patent/RU2688586C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/03Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by the use of gas, e.g. electrostatically assisted pneumatic spraying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C3/00Assembling of devices or systems from individually processed components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройствам коаксиального электроформования полимерных капсул или тонких волокон микро- и субмикронного размера. Техническим результатом является обеспечение возможности формирования микро- и субмикронных структур определенной геометрической формы из полимерных растворов низкой вязкости и улучшение качества покрытий микро- и субмикронных структур за счет равномерного распыления полимерного раствора. Технический результат достигается устройством для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро- или субмикронных структур, содержащим коаксиально расположенные внешний капилляр для подачи полимерного раствора и внутренний капилляр для подачи инкапсулируемого вещества, закрепленные в корпусе и соединённые с первым источником высокого напряжения, осадительный электрод. При этом устройство дополнительно содержит расположенный между корпусом и заземленным осадительным электродом конфузор с каналами для подачи газа в пространство между конфузором и заземленным осадительным электродом, а также второй источник высокого напряжения, соединенный с осадительным электродом. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам коаксиального электроформования полимерных капсул или тонких волокон, микро- и субмикронного размера, и инкапсуляции в них терапевтических препаратов, биологически активных и других веществ и может быть использована в химической, фармацевтической, текстильной, пищевой и других видах промышленности.
Известно устройство для получения полимерных частиц микро- или субмикронного размера методом коаксиального электроформования растворов полимеров (см. патент ЕР 2529761, МПК A61L 27/00, A61L 29/00, A61L 31/00). Устройство состоит из коаксиально расположенных внешнего капилляра для воздуха и внутреннего -для полимера, закрепленных в корпусе и соединенных с источником высокого электрического напряжения, узла подачи полимерного раствора, узла подачи воздуха и осадительного электрода, имеющего кольцевидную геометрическую форму.
Однако устройство не позволяет инкапсулировать терапевтические, биологически активные и другие вещества в полимерную оболочку капсул.
Известно устройство получения многослойных частиц, волокон и спреев (см. патент ЕР 2724718, МПК А61К 47/48, А61К 49/00). Устройство состоит из узла подачи полимерного раствора и узла подачи инкапсулируемого вещества во внешний и внутренний капилляр соответственно, закрепленные в корпусе, и соединенные с источником высокого напряжения, и осадительного электрода, выполненного в виде металлической пластины.
Недостатком известного устройства является неравномерное распределение полимерного раствора при формировании полимерной оболочки вокруг инкапсулируемого вещества, что не позволяет регулировать геометрическую форму формируемых многослойных частиц, волокон и спреев.
Наиболее близким к заявленному решению является устройство коаксиального электроформования полимерных капсул или тонких волокон, микро- или субмикронного размера (см. патент ЕР 1364718, МПК A23L 01/00, A23L 01/22). Устройство состоит из осадительного электрода, имеющего кольцевидную геометрическую форму, внутреннего капилляра для инкапсулированного вещества и внешнего - для полимерного раствора, закрепленных в корпусе, соединенных с источником высокого электрического напряжения.
Недостатком прототипа является неравномерное распыление полимерного раствора с содержанием инкапсулируемого вещества с концов, коаксиально расположенных внешнего и внутреннего капилляров, а также отсутствие возможности формирования капсул или тонких волокон, микро- и субмикронного размера из полимерных растворов низкой вязкости, и создания определенной геометрической формы с дополнительной модификацией поверхности уже сформированных структур.
Техническая проблема заключается в разработке устройства, обеспечивающего возможность формирования микро- или субмикронных структур определенной геометрической формы (капсул или тонких волокон), из полимерных растворов низкой вязкости.
Технический результат заключается в улучшении качества покрытий микро- или субмикронных структур за счет равномерного распыления полимерного раствора.
Кроме того, устройство позволяет модифицировать поверхность сформированных микро- или субмикронных структур.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро- или субмикронных структур, содержащее коаксиально расположенные внешний капилляр для подачи полимерного раствора и внутренний капилляр для подачи инкапсулируемого вещества, закрепленные в корпусе и соединенные с первым источником высокого напряжения, осадительный электрод, согласно решению дополнительно содержит расположенный между корпусом и заземленным осадительным электродом конфузор с каналами для подачи газа в пространство между конфузором и заземленным осадительным электродом, а также второй источник высокого напряжения, соединенный с осадительным электродом.
Осадительный электрод представляет собой металлическую пластину с керамическим покрытием.
Корпус для внешнего и внутреннего капилляров, изготовлен из акрилонитрилбутадиенстирола методом 3-Д печати, а конфузор изготовлен из нейлона методом 3-Д печати.
Корпус в нижней части снабжен кольцевым электродом для подключения внешнего капилляра к первому источнику высокого напряжения.
Внешний и внутренний капилляры изготовлены из стали 12Х18М10 с тефлоновым покрытием.
Устройство выполнено с возможностью изменения расстояния между корпусом и конфузором.
Каналы для подачи газа выполнены с возможностью подачи модифицирующего агента в виде нанодисперсных частиц на поверхность формируемых структур.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 - представлена схема заявляемого устройства.
На фиг. 2 - представлено изображение полимерных капсул без модифицирующего их покрытия, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа MIRA II (TESCAN, Чехия).
На фиг. 3 - представлено изображение полимерных капсул без модифицирующего их покрытия, полученное с помощью инвертированного микроскопа Olympus IX73 (Olympus, Япония).
На фиг. 4 - представлено изображение полимерных капсул с модифицирующим их покрытием, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа MIRA II (TESCAN, Чехия).
На фиг. 5 - представлено изображение полимерных микроволокон без модифицирующего их покрытия, полученное с помощью инвертированного микроскопа Olympus IX73 (Olympus, Япония).
На фиг. 6 - представлено изображение полимерных микроволокон без модифицирующего их покрытия, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа MIRA II (TESCAN, Чехия).
Позициями на чертеже обозначены:
1 - корпус;
2 - внешний капилляр для подачи полимерного материала;
3 - внутренний капилляр для подачи инкапсулируемого вещества;
4 - кольцевой электрод;
5 - первый источник высокого напряжения;
6 - конфузор;
7 - входные каналы конфузора;
8 - заземленный осадительный электрод;
9 - второй источник высокого напряжения.
Устройство для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро-или субмикронных структур содержит коаксиально расположенные внешний 1 и внутренний 2 капилляры, закрепленные в корпусе 3. Капилляры имеют выступающие за пределы корпуса части для подключения к первому источнику высокого напряжения. Корпус 3 соединен с торцом кольцевого электрода 4. При этом внешний капилляр 2 соединен с первым источником высокого напряжения 5 через кольцевой электрод 4. Устройство дополнительно содержит конфузор 6 с входными каналами 7 для подачи газа (воздуха), в том числе с модифицирующими агентами в пространство между конфузором и заземленным осадительным электродом 8, соединенным со вторым источником высокого напряжения 9. Капилляры и осадительный электрод подключены к источникам высокого напряжения разной полярности.
Осадительный электрод 8 представляет собой заземленную металлическую пластину с керамическим покрытием.
Корпус 1 изготовлен из АБС-пластика (Акрилонитрилбутадиенстирол) методом 3-Д печати. Внешний 2 и внутренний 3 капилляры изготовлены из металлических трубок (сталь 12Х18М10) с тефлоновым покрытием, внешний диаметр которых составляет от 0,5 до 2 мм.
Конфузор 6 представляет собой трубу с плавным переходом от большего сечения в меньшее (сверху вниз) и имеет два параллельно расположенных канала для дополнительного подвода газа (воздуха), в том числе с модифицирующим агентом.
Конфузор изготовлен из нейлона (синтетического полиамида) методом 3-Д печати. При этом материал для изготовления конфузора может изменяться, в соответствии с применением устройства.
Устройство обеспечивает возможность варьирования (регулирования) размеров частиц путем изменения расстояния между капиллярами и конфузором или между конфузором и осадительным электродом.
Формируемые структуры представляют собой капсулы или тонкие волокна, микро- и субмикронного размера, содержащие инкапсулированное вещество, покрытое полимерной оболочкой.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Полимерный раствор на основе биополимеров синтетического происхождения, например, Полилактид (ПЛА) и Поликапролактон (ПКЛ), растворенные в смеси растворителей Хлороформ - Дихлорэтан подают во внешний капилляр 2 из первого узла подачи (на фиг. не показан), а предназначенное для инкапсуляции вещество, например, водный раствор Флуоресцеина (ВРФ), во внутренний капилляр 3 под избыточным давлением из второго узла подачи (на фиг. не показан). Полимерный раствор ПЛА-ПКЛ и ВРФ, на выходе из коаксиально расположенных внешнего 2 и внутреннего 3 капилляров, образуют коаксиальный поток, который за счет электростатического взаимодействия между внутренним капилляром 3, кольцевым электродом 4 и осадительным электродом 8, расщепляется на высокодисперсные капли или волокнистые структуры. Поток дрейфует под действием собственных электростатических сил сквозь выходное отверстие конфузора 6. В конфузор, через входные каналы 7 подают под избыточным давлением воздух или воздух с модифицирующим агентом (например, нанодисперсными частицами серебра, стабилизированными Поливинилпироллидоном). Частицы адсорбируются на поверхность капсул или тонких волокон, микро- или субмикронного размера и осаждаются на заземленный осадительный электрод 8. Для изменения размеров получаемых микро- или субмикронных структур регулируют электростатическое взаимодействие между внутренним капилляром 3, кольцевым электродом 4 и осадительным электродом 8 за счет величины подаваемого высокого напряжения.
За счет дополнительного подвода газа (воздуха) через боковые каналы увеличивается динамическое давление в направлении движения потока газа (воздуха), проходящего сквозь конфузор, что обеспечивает равномерное распыление структур. Дополнительно, в конфузор может подаваться газ (воздух) с модифицирующим агентом, что способствует его адсорбции на поверхность структур и изменению их свойств.
Варьируя геометрические параметры конфузора и расстояние между корпусом и конфузором, можно регулировать толщину модифицирующего слоя на поверхности структур, а также управлять процессом распыления, добиваясь равномерности получаемых структур.
Введение второго независимого источника высокого напряжения обеспечивает подачу напряжения противоположной полярности, что позволяет независимо от первого источника дополнительно управлять процессом распыления и регулировать размер получаемых структур.
В примерах конкретного выполнения для формирования капсул или тонких волокон, микро- и субмикронного размера методом коаксиального электрогидродинамического формования (электроформования) использовали ПЛА и ПКЛ, смешанные в соотношении 20/80 по массе, и растворенные в смеси органических растворителей Хлороформ-Дихлорэтан, смешанных в объемном соотношении 70/30. Концентрация смеси полимеров в растворителе - 1,5 мг/мл (для микрокапсул) и 4,5 мг/мл (для микроволокон). Вещество для инкапсуляции - водный раствор Флуоресцеина, концентрацией - 0,025 мг/мл. Полимеры, концентрации и вещество для инкапсуляции могут варьироваться в зависимости от предназначения конечного продукта.
Для адсорбции (модификации) на поверхность капсул использовали коллоидный раствор наночастиц серебра в этиленгликоле, стабилизированного Поливинилпироллидоном. Концентрация наночастиц серебра - 0,5 мг/мл. Концентрация Поливинилпиролидона - 1 мг/мл.
Вещество для адсорбции на поверхность капсул или тонких волокон, микро- и субмикронного размера можно изменять в зависимости от предназначения конечного продукта.
Величина подаваемого высокого напряжения на внутренний капилляр и кольцевой электрод составляет - 15 кВ. Величина подаваемого высокого напряжения на заземленный осадительный электрод - 5 кВ. Данные величины соответствуют рабочему расстоянию между двумя электродами - 25 см, и могут варьироваться в зависимости от увеличения расстояния или уменьшения.
Размер полученных капсул - от 10 до 25 мкм. Размер полученных тонких волокон - от 2 до 5 мкм.
Устройство позволяет формировать оболочку микро-или субмикронных структур из полимерного раствора низкой вязкости.
Итак, заявляемое устройство позволяет равномерно распылять полимерный раствор с веществом для инкапсуляции, при одновременной возможности регулировать форму и размер сформированных микро- или субмикронных структур, и осуществлять модификацию их поверхности в процессе осаждения на осадительный электрод.
Равномерное распыление обеспечивается за счет образования равномерного вихревого потока в конфузоре, обусловленного его геометрическими размерами.

Claims (7)

1. Устройство для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро- или субмикронных структур, содержащее коаксиально расположенные внешний капилляр для подачи полимерного раствора и внутренний капилляр для подачи инкапсулируемого вещества, закрепленные в корпусе и соединенные с первым источником высокого напряжения, осадительный электрод, отличающееся тем, что дополнительно содержит расположенный между корпусом и заземленным осадительным электродом конфузор с каналами для подачи газа в пространство между конфузором и заземленным осадительным электродом, а также второй источник высокого напряжения, соединенный с осадительным электродом.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что осадительный электрод представляет собой металлическую пластину с керамическим покрытием.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус для внешнего и внутреннего капилляров изготовлен из акрилонитрилбутадиенстирола методом 3D-печати, а конфузор изготовлен из нейлона методом 3D-печати.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус в нижней части снабжен кольцевым электродом для подключения внешнего капилляра к первому источнику высокого напряжения.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внешний и внутренний капилляры изготовлены из стали 12Х18М10 с тефлоновым покрытием.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью изменения расстояния между корпусом и конфузором.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каналы для подачи газа выполнены с возможностью подачи модифицирующего агента в виде нанодисперсных частиц на поверхность формируемых структур.
RU2017142974A 2017-12-08 2017-12-08 Устройство для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро- или субмикронных структур RU2688586C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017142974A RU2688586C1 (ru) 2017-12-08 2017-12-08 Устройство для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро- или субмикронных структур

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017142974A RU2688586C1 (ru) 2017-12-08 2017-12-08 Устройство для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро- или субмикронных структур

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2688586C1 true RU2688586C1 (ru) 2019-05-21

Family

ID=66636668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017142974A RU2688586C1 (ru) 2017-12-08 2017-12-08 Устройство для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро- или субмикронных структур

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2688586C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU200333U1 (ru) * 2019-06-14 2020-10-16 Сергей Сергеевич Занин Прецизионный экструдер для 3d печати

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94022725A (ru) * 1994-06-10 1996-06-20 Акционерное общество закрытого типа "Суперпор" Способ получения нетканого волокнисто-пористого материала
US6825464B2 (en) * 2001-10-05 2004-11-30 Yale University Method and apparatus to produce ions and nanodrops from Taylor cones of volatile liquids at reduced pressures
EP1364718B1 (en) * 2001-01-31 2007-10-10 Universidad de Sevilla Device and method for producing stationary multi-component liquid capillary streams and micrometric and nanometric sized capsules
US20080006604A1 (en) * 2005-04-07 2008-01-10 Keady John P Devices and methods for using electrofluid and colloidal technology
US7914714B2 (en) * 2003-05-14 2011-03-29 The Regents Of The University Of Colorado Methods and apparatus using electrostatic atomization to form liquid vesicles
AU2012200366A1 (en) * 2006-05-03 2012-02-16 Terapia Celular, Ln, Inc. Systems and methods for producing multilayered particles, fibers and sprays and methods for administering the same
WO2016140570A1 (en) * 2015-03-05 2016-09-09 Technische Universiteit Delft Tailored micro-particles

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94022725A (ru) * 1994-06-10 1996-06-20 Акционерное общество закрытого типа "Суперпор" Способ получения нетканого волокнисто-пористого материала
EP1364718B1 (en) * 2001-01-31 2007-10-10 Universidad de Sevilla Device and method for producing stationary multi-component liquid capillary streams and micrometric and nanometric sized capsules
US6825464B2 (en) * 2001-10-05 2004-11-30 Yale University Method and apparatus to produce ions and nanodrops from Taylor cones of volatile liquids at reduced pressures
US7914714B2 (en) * 2003-05-14 2011-03-29 The Regents Of The University Of Colorado Methods and apparatus using electrostatic atomization to form liquid vesicles
US20080006604A1 (en) * 2005-04-07 2008-01-10 Keady John P Devices and methods for using electrofluid and colloidal technology
AU2012200366A1 (en) * 2006-05-03 2012-02-16 Terapia Celular, Ln, Inc. Systems and methods for producing multilayered particles, fibers and sprays and methods for administering the same
WO2016140570A1 (en) * 2015-03-05 2016-09-09 Technische Universiteit Delft Tailored micro-particles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU200333U1 (ru) * 2019-06-14 2020-10-16 Сергей Сергеевич Занин Прецизионный экструдер для 3d печати

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mehta et al. Pharmaceutical and biomaterial engineering via electrohydrodynamic atomization technologies
JP3969746B2 (ja) 複合ろ過材料の製造装置及び製造方法
Parhizkar et al. Performance of novel high throughput multi electrospray systems for forming of polymeric micro/nanoparticles
JP2556471B2 (ja) 静電噴霧方法および装置
Kameoka et al. A scanning tip electrospinning source for deposition of oriented nanofibres
Yurteri et al. Producing pharmaceutical particles via electrospraying with an emphasis on nano and nano structured particles-A review
Brown et al. Electrospray deposit structure of nanoparticle suspensions
US20060110544A1 (en) Electrohydrodynamic spraying system
FI70678C (fi) Process och apparat foer elektrostatisk belaeggning av aemnen eller foeremaol med vaetskor eller pulver
JP2004531365A (ja) 安定した複数成分の液体毛管ストリームを生成するデバイスおよび方法、ならびにマイクロメートルおよびナノメートルサイズのカプセル
CN105369367B (zh) 一种精密供液的无针喷头静电纺丝设备
JP2004500975A (ja) 複数のノズルスプレー操作を用いた高処理量の粒子生成装置及び粒子生成方法
CZ280813B6 (cs) Způsob a zařízení pro nanášení povlaků na předměty rozprašováním kapaliny
RU2688586C1 (ru) Устройство для коаксиального электрогидродинамического формования полимерных микро- или субмикронных структур
NL2014402B1 (en) Tailored nano-meso particles.
Midhun et al. Preparation of budesonide-loaded polycaprolactone nanobeads by electrospraying for controlled drug release
US11247217B2 (en) Double-flow nozzle
KR101884775B1 (ko) 활성화된 표면을 갖는 폴리머 구조의 제조 방법과 활성화된 폴리머 구조
FR2559076A1 (fr) Dispositif pour appliquer, par voie electrocinetique, une charge a des substances pulverulentes
CN114307881A (zh) 一种微胶囊制备方法及微胶囊制备装置
US20220008888A1 (en) Production of immobilised bacteriophage
Grafahrend et al. Development and optimization of an electrospraying device for the continuous collection of nano-and microparticles
Tran et al. Electrospray technique for preparation of core-shell materials: A mini-review
Yu et al. Innovations and advances in electrospraying technology
EP3225722B1 (en) Nozzle with multiple outlets