TWI392594B - 微小顆粒製造系統及製程 - Google Patents

Description

微小顆粒製造系統及製程

本案係關於一種微小顆粒製造系統及製程，尤指一種利用噴墨技術製造微小顆粒之系統及製程。

現行製造微小顆粒的方式主要分為兩種，第一種為利用機械研磨(mechanical comminution)加上過濾之方式，第二種則為噴霧乾燥(spray drying)的方式，然而這些傳統製造微小顆粒的方法皆有相當的缺點存在。

首先，以機械研磨加上過濾之方式為例，其係利用微粉粉碎機以高能球磨或氣流磨的方法，透過物料與磨料間的相互研磨與衝擊，將物料粉碎為顆粒。採用這種方式雖然設備簡單、操作容易、成本較低且可得到尺寸微小的顆粒，甚至可以達到奈米級(nanometer scale)之顆粒，但是由於製造過程中的機械碰撞易產生污染，且研磨及其產生的熱量會分別造成微小顆粒表面之磨損及物性之破壞。此外，機械研磨的方式亦有粒徑分布不均之問題，且並非所有奈米材料皆能適用機械研磨製得。

而使用噴霧乾燥的方式雖然可以大量製造微小顆粒，且較無污染之情況，但由於噴霧乾燥所產生的顆粒尺寸較大且不均勻，所以不易達到奈米級的需求。

雖然目前更發展出以氣相沈積法(vapor deposition method)、微乳液法(micro emulsion method)、共沈澱法(coprecipitation method)及溶膠一凝膠法(sol－gel method)等其他製造奈米級微小顆粒之方法，但其所需之技術設備要求較高、且具有適用材料種類有限、顆粒尺寸分布不均勻、反應時間長以及產能較低等的缺點。

有鑑於此，如何發展一種簡便的微小顆粒製造系統及製程，以解決上述缺失並製造顆粒尺寸均勻之微小顆粒，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之主要目的為提供一種製造微小顆粒之系統及製程，首先其系統係於一腔體內利用噴墨技術來控制液滴噴出裝置噴出尺寸微小且均勻之液滴，再藉由承接裝置承接液滴並蒸發液滴中的溶劑來形成奈米級的微小顆粒，可解決習知技術所製造之微小顆粒尺寸不均一、製作過程容易污染、適用材料種類有限、製作過程冗長及設備要求較高等缺失。

本案之另一目的為提供一種微小顆粒製造流程，其係於一腔體內以一噴墨技術將液體噴出成微小的液滴，並將液滴乾燥進而析出形成微小顆粒，可簡化微小顆粒之製程。

為達上述目的，本案之一較廣義實施樣態為提供一種微小顆粒製造系統，其係包含：一腔體；一供液裝置，用以容置一液體；一液滴噴出裝置，其係設置於腔體內且與供液裝置相連通，並具有複數個噴孔，用以藉由一噴墨技術將液體自噴孔噴出，以形成複數個液滴；以及一承接裝置，其係置於腔體內且與液滴噴出裝置之複數個噴孔相對應設置，用以承接複數個液滴並將複數個液滴乾燥為複數個微小顆粒。

根據本案之構想，其中噴墨技術係為一熱汽泡式噴墨技術、一壓電式噴墨技術或一機械式噴墨技術，用以將液體自噴孔噴出以形成複數個液滴。

根據本案之構想，其中微小顆粒製造系統更包含一電控裝置，其係與液滴噴出裝置連接，用以控制液滴噴出裝置運作時之電壓、電流、頻率及操作時間等複數個參數。

根據本案之構想，其中微小顆粒製造系統更包含一溫度控制裝置，其係與承接裝置連接，用以控制承接裝置之一加熱裝置，以加熱承接裝置達於液滴之沸點。

根據本案之構想，其中微小顆粒製造系統更包含一收集裝置，其係連接於承接裝置，用以收集已乾燥之微小顆粒。

根據本案之構想，其中該微小顆粒製造系統更包含一壓力調節裝置，其係設置於腔體上，用以調節腔體內部之壓力。

根據本案之構想，其中該供液裝置具有一壓力調節功能以防止液體洩漏。

根據本案之構想，其中液滴之體積可由5兆分之一公升(picoliter)至35兆分之一公升(picoliter)，而液體之溶質濃度可為0.01%至20%。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施樣態為提供一種微小顆粒製造之製程，其係於一腔體內製造複數個微小顆粒，包含下列步驟：利用一噴墨技術將一液體噴出，以形成複數個液滴；以及承接複數個液滴並將複數個液滴乾燥形成複數個微小顆粒。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第一圖，其係為本案較佳實施例之微小顆粒製造系統之結構示意圖。如圖所示，本案之微小顆粒製造系統1主要由供液裝置11、液滴噴出裝置12、電控裝置13、承接裝置15、溫度控制裝置16、收集裝置18以及腔體19所構成，其中液滴噴出裝置12、承接裝置15及收集裝置18可設置於腔體19內，而供液裝置11、電控裝置13及溫度控制裝置16則設置於腔體19外。

於本實施例中，供液裝置11內部包含有一容置空間，主要用來容納預定噴出之液體，而液體主要由溶劑與溶質混合所形成。此外，供液裝置11本身具備壓力調節的功能，可防止預定噴出之液體洩漏所造成物料浪費的問題。而供液裝置11係利用一管線111與液滴噴出裝置12相連通，因此預定噴出之液體得以自供液裝置11經由管線111而流至液滴噴出裝置12中。

而液滴噴出裝置12除了透過管線111接收來自供液裝置11的液體外，尚與電控裝置13電性連接，電控裝置13主要用來控制液滴噴出裝置12作動時的電壓、電流、頻率、操作時間等的參數。請配合參閱第二圖，其係為第一圖所示之液滴噴出裝置之結構示意圖。如圖所示，液滴噴出裝置12的底部表面具有複數個噴孔121，可使容置於液滴噴出裝置12中的液體因液滴噴出裝置12受到電控裝置13驅動而經由噴孔121噴出，以形成複數個微小的液滴14(如第一圖所示，但液滴及微小顆粒大小未依實際比例圖示)。

本案之液滴噴出裝置12主要利用噴墨技術(inkjet technology)來形成液滴14，所使用的噴墨技術可為熱汽泡式噴墨(bubble inkjet)技術，其係利用加熱的方法使液體產生氣泡，再透過氣泡的推擠，將液體自噴孔121推擠而出。此外，本案亦可利用壓電式噴墨(piezoelectronic inkjet)技術，使液滴噴出裝置12產生固定的震盪頻率，藉此液滴噴出裝置12將液體自噴孔121推出，或是利用機械式噴墨技術(mechanical inkjet)直接將液體自噴孔121噴出。當然，本案可適用的噴墨技術並不侷限於上述的方式，任何可達到使液體由噴孔121中噴出，以形成複數個液滴14之噴墨技術，均為本案所保護之範圍。

請再參閱第一圖，本案之承接裝置15係相對應於液滴噴出裝置12之複數個噴孔121的位置設置，主要用來承接液滴噴出裝置12經由複數個噴孔121所噴出的液滴14。而承接裝置15的溫度可由內部加熱裝置(未圖示)以電能、熱能、或其他加熱方式加熱，再藉由外部設定，例如連接一溫度控制裝置16來控制承接裝置15的溫度，使承接裝置15的溫度可維持在接近液滴14之溶劑與溶質分離所需的溫度，換言之即為液滴14的沸點，因此當液滴14滴落於承接裝置15上時，液滴14中的溶劑得以藉由承接裝置15之溫度迅速蒸發，而液滴14中的溶質析出進而形成複數個微小顆粒17。另外，為了收集承接裝置15上乾燥析出的微小顆粒17，微小顆粒製造系統1具有一收集裝置18，其係連結於承接裝置15。

請再參閱第一圖，本實施例之壓力調節裝置191係設置於腔體19上，當腔體19內部的壓力過高時，壓力調節裝置191可向腔體19外部釋放壓力，以調節腔體19的壓力，進而防止腔體19因內部壓力過高而發生爆炸。

由於本案之微小顆粒製造系統1將液滴噴出裝置12、承接裝置15以及收集裝置18容置於腔體19內部以與外界環境隔絕，並使腔體19內維持潔淨且乾燥的狀態，因此可避免於液滴噴出裝置12噴出液滴14以及液滴14掉落至承接裝置15乾燥而製成微小顆粒17的過程中遭到污染。當然，供液裝置11、電控裝置13及溫度控制裝置16亦可一併容置於腔體19內部，以藉由腔體19與外界環境隔離來防止製造微小顆粒17過程中任何可能遭到外界環境污染的狀況。

請參閱第三圖並配合第一圖，其中第三圖係為本案製造微小顆粒之製作流程圖，首先，利用供液裝置11將液體經由管線111供應至液滴噴出裝置12(步驟S11)，再利用電控裝置13控制液滴噴出裝置12之電壓、電流、頻率、操作時間等的參數，使液體自噴孔121噴出形成複數個液滴14(步驟S12)，接著以承接裝置15承接經由噴孔121噴出之液滴14，同時利用溫度控制裝置16控制承接裝置15內部之加熱裝置(未圖示)，使承接裝置15接近液滴14之沸點，因此液滴14內的溶劑得以蒸發而乾燥析出溶質形成複數個微小顆粒17(步驟S13)，最後利用連接於承接裝置15的收集裝置18來收集已製成之微小顆粒17(S14)。

於本實施例中，為了避免製程中外界環境對微小顆粒造成的汙染，步驟S12－S14係於一腔體19中進行，並以腔體19上之壓力調節裝置191控制壓力，以防止製程中腔體19壓力過大而發生爆炸。當然亦可將供液裝置11置於腔體19中，使供液裝置11向液滴噴出裝置12提供液體的步驟(S11)可於腔體19中進行，以進一步避免製程中任何可能污染的狀況。

當然，為了因應各種需求，本案亦可藉由改變液滴噴出裝置12之電壓、電流、頻率、操作時間等參數或噴孔121的尺寸來調節噴出液滴14的大小，或是改變容置於供液裝置11中之液體的溶質濃度來製造不同尺寸之微小顆粒17。舉例而言，當噴出的液滴14體積較大或液體中的溶質濃度較高時，所製造出的微小顆粒17之尺寸將較大；反之，當液滴14尺寸較小或液體中的溶質濃度較低時，所製造出的微小顆粒17尺寸便較小，根據實驗溶質濃度可由0.01%至20%。此外，本案係以噴墨技術來形成液滴14並製造微小顆粒17，而由於目前噴墨技術所能噴出之液滴14的體積大小已經可到達10 pl(picoliter，兆分之一公升)以下，因此當液滴14掉落在承接裝置15上再經過溶劑蒸發步驟後，即可析出奈米級的微小顆粒17，依據實驗其液滴體積可由5 pl至35 pl(picoliter，兆分之一公升)均可。

綜上所述，本案之微小顆粒製造系統及製程，其液滴噴出裝置係利用噴墨技術使噴孔噴出複數個液滴，並使液滴滴落於承接裝置上，再利用承接裝置的溫度來蒸發液滴內的溶劑便可形成微小顆粒，由於噴墨技術所產生的液滴尺寸變異性較小，因此所形成之微小顆粒粒徑及大小較為均勻，因此可改善習知噴霧乾燥技術之缺失。此外，由於本案之液滴噴出裝置及承接裝置係設置於腔體中，因此使用本案之技術所製造的微小顆粒係於潔淨乾燥之腔體中完成，且利用噴墨技術製造微小顆粒並無機械性之碰撞及磨損，故無污染之虞。再者，本案可直接藉由調整液滴的大小或液體的濃度以得到不同尺寸的微小顆粒，且使用噴墨技術可使微小顆粒的尺寸達到奈米級，相較於其他習知製造奈米微粒之技術，本案不僅可製成尺寸均勻之奈米級微小顆粒，且使用的設備結構簡單、製造方式簡便，可大幅簡化製程。因此本案極具產業之價值，爰依法提出申請。縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1．．．微小顆粒製造系統

11．．．供液裝置

111．．．管線

12．．．液滴噴出裝置

121．．．噴孔

13．．．電控裝置

14．．．液滴

15．．．承接裝置

16．．．溫度控制裝置

17．．．微小顆粒

18．．．收集裝置

19．．．腔體

191．．．壓力調節裝置

S11－S14．．．微小顆粒之製作流程

第一圖：其係為本案較佳實施例之微小顆粒製造系統之結構示意圖。

第二圖：其係為第一圖所示之液滴噴出裝置之結構示意圖。

第三圖：其係為本案製造微小顆粒之製作流程圖。

1．．．微小顆粒製造系統

11．．．供液裝置

111．．．管線

12．．．液滴噴出裝置

121．．．噴孔

13．．．電控裝置

14．．．液滴

15．．．承接裝置

16．．．溫度控制裝置

17．．．微小顆粒

18．．．收集裝置

19．．．腔體

191．．．壓力調節裝置

Claims (17)

1. 一種微小顆粒製造系統，其係包含：一腔體；一壓力調節裝置，其係設置於該腔體上，用以調節該腔體內部之壓力；一供液裝置，用以容置一液體；一液滴噴出裝置，其係設置於該腔體內且與該供液裝置相連通，並具有複數個噴孔，用以藉由一噴墨技術將該液體自該噴孔噴出，以形成複數個液滴；以及一承接裝置，其係置於該腔體內且與該液滴噴出裝置之該複數個噴孔相對應設置，且包含一加熱裝置，該承接裝置係用以承接該複數個液滴，並透過該加熱裝置使得該承接裝置之溫度達於該液滴之溶劑與溶質分離所需之溫度，藉此將該複數個液滴乾燥為複數個微小顆粒；以及一溫度控制裝置，其係與該承載裝置連接，用以控制該加熱裝置，使該承接裝置的溫度控制於該液滴之沸點。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微小顆粒製造系統，其中該噴墨技術係為一熱汽泡式噴墨技術，用以將該液體自該噴孔噴出，以形成該複數個液滴。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微小顆粒製造系統，其中該噴墨技術係為一壓電式噴墨技術，用以將該液體自該噴孔噴出，以形成複數個液滴。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微小顆粒製造系統，其中 該噴墨技術係為一機械式噴墨技術，用以將該液體自該噴孔噴出，以形成複數個液滴。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微小顆粒製造系統，其中該微小顆粒製造系統更包含一電控裝置，其係與該液滴噴出裝置連接，用以控制該液滴噴出裝置運作以形成該複數個液滴。
6. 如申請專利範圍第5項所述之微小顆粒製造系統，其中該電控裝置係用以控制該液滴噴出裝置作動時的電壓、電流、頻率及操作時間等複數個參數。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微小顆粒製造系統，其中該微小顆粒製造系統更包含一收集裝置，其係連接於該承接裝置，用以收集已乾燥之該複數個微小顆粒。
8. 如申請專利範圍第1項所述之微小顆粒製造系統，其中該液滴之體積可由5兆分之一公升(picoliter)至35兆分之一公升(picoliter)。
9. 如申請專利範圍第1項所述之微小顆粒製造系統，其中該液體之溶質濃度可為0.01%至20%。
10. 一種微小顆粒製造之製程，其係於一腔體內製造複數個微小顆粒，且該腔體設有一壓力調節裝置，用以調節該腔體內部之壓力，該微小顆粒製造之製程包含下列步驟：利用一噴墨技術將一液體噴出，以形成複數個液滴；以及藉由一承接裝置承接該複數個液滴並將該複數個液滴乾燥，以形成該複數個微小顆粒，其中該承接裝置更包含 一加熱裝置，用以使該承接裝置之溫度達於該液滴之溶劑與溶質分離所需之溫度，且該加熱裝置係由一溫度控制裝置控制，使該承接裝置之溫度控制於該液滴之沸點。
11. 如申請專利範圍第10項所述之微小顆粒製程，其中該噴墨技術可為一熱汽泡式噴墨技術、一壓電式噴墨技術或一機械式噴墨技術。
12. 如申請專利範圍第10項所述之微小顆粒製程，其中該液體係由一液滴噴出裝置之複數個噴孔噴出。
13. 如申請專利範圍第12項所述之微小顆粒製程，其中該液滴噴出裝置係受一電控裝置控制。
14. 如申請專利範圍第12項所述之微小顆粒製程，其中該液滴噴出裝置之該液體係由一供液裝置供應。
15. 如申請專利範圍第10項所述之微小顆粒製程，其中該承接裝置與一收集裝置相連接，用以收集該複數個微小顆粒。
16. 如申請專利範圍第10項所述之微小顆粒製程，其中該液滴之體積可由5兆分之一公升(picoliter)至35兆分之一公升(picoliter)。
17. 如申請專利範圍第10項所述之微小顆粒製程，其中該液體之溶質濃度可為0.01%至20%。