TWI476041B

TWI476041B - Microsphere manufacturing device

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Publication number: TWI476041B
Application number: TW102149005A
Authority: TW
Original assignee: Metal Ind Res & Dev Ct
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-03-11
Also published as: TW201524592A

Description

微球製造裝置

本發明係有關於一種微球製造裝置，特別是有關於一種應用流道中嵌設長細針管，以利於兼可形成中空微球或實心微球的微球製造裝置。

目前一般業界都是以乳化法、溶膠凝膠法...等傳統方法去製作實心微球。其製造微球是利用機械式攪拌的方法，在均勻攪拌過程中自然形成微球。其缺點：微球尺寸範圍過廣，需篩選才可得到固定尺寸範圍之微球。非規格內的球體也等同廢料。反應效率不佳、製作過程冗長。

近年來，微流控制技術發展迅速，它開啟另一個嶄新的技術平台，即液滴控制和粒徑可控的微球技技術。微流道控制技術其優點為可控性佳、反應效率高、製程時間短，操作簡單及可批次生產、放大規模微小工廠等優點。

如中華民國專利第I301422號「載體微球之預固化方法及裝置」發明專利所述，請參照圖1A所示，該裝置係用於製作一球狀載體，其中該習知的載體微球之預固化裝置10設置有一Y型分岔流道11、一固化劑注入孔12、一材料溶液注入孔13及一十字型微流道14，該Y型分岔流道11與該十字型微流道14連接，其中該Y型分岔流道11之分流道與該固化劑注入孔12連通，該固化劑注入孔12可注入一固化劑溶液，及該Y型分岔流道11之另一分流道與該材料溶液注入孔13連通，供一材料溶液注入，該固化劑與該材料溶液於第三端形成一預固化混合溶液，且該第三端與該十字型微流道14連通；此外，一油相溶液由該十字型微流道14之其中二端注入，利用該油相溶液注入該十字型微流道14之剪應力使流入該十字型微流道14之該預固化混合溶液形成各自分離之乳膠晶球，最終形成一載體微球。

如台灣專利I384999號「載體之製作方法及其裝置」，其載體之製作裝置係包含一基板15，該基板15上係設有一第一混合流道16、一材料溶液注入孔17a、一稀釋液注入孔17b、一固化劑溶液注入孔17c、一第二混合流道18及至少一或二調控液體注入孔19。

被動法微流道(台階式微流道結構、交叉結構微流道結構)操控其原理是透過對流體微流道形狀的獨特設計以及對流體參數(流速、黏度)的控制，利用流體中的剪切力、黏力和表面張力的相互作用，使分散相流體在微流道局部產生速度梯度，從而進行剪切，融合生成微液滴，產生的微液滴均勻地分佈在互不相溶的連續相液體中。

目前利用微流道技術是以油包水原理製作中空微球，後續是經過鍛燒處理，才會的到中空微球。

目前利用微流道技術無法打入可用氣體，因此有些中空微球無法製作，例如各大醫院都在使用的超音波顯影劑。

本發明的目的在於提供一種微球製造裝置，係用於製成中空微球或實心微球的載體裝置。

為達成上述提供微球製造裝置的目的，本發明的包含：一基板、一第一微流道、二第二微流道、一第一混合微流道以及至少一第三微流道。第一微流道設置於該基板內，其包含前後相連接的一前引微流道與嵌附在該基板內的一長細管之管內微流道空間，該長細管的尾端具有一細管出口端，該第一微流道包括設置在該前引微流道並與該基板外界空間連通的一第一注入口；二第二微流道，係設置於該基板內，其分別具有一與該基板外界空間連通的第二注入口，且該第二微流道分別由該第一微流道的左右二側連通該第一微流道之該細管出口端而形成三方匯合形態；一第一混合微流道，係設置於該基板內，連接於該細管出口端與該二第二微流道匯合處並延續該第一微流道的流向，該第一混合微流道具有與該基板外界空間連通的一出口端；至少一第三微流道，係設置於該基板內，其具有一與該基板外界空間連通的第三注入口，且該第三微流道由該第一混合微流道之該出口端之前的一側連通該第一混合微流道。

在一實施例中，該細管出口端的管內區域形成一空間漸縮之錐狀結構。

在一實施例中，該些第二微流道與該第一微流道連通的三方匯合區域形成有一空間漸縮之錐狀結構。

為達成前述的之目的，本發明提供的技術手段係包含下列：。

在一實施例中，每個該第二微流道呈L型，而該些第二微流道的該L型之一段係鄰靠於該長細管之管身。

在一實施例中，該第三微流道為一對，並分別由該第一混合微流道的左右二側連通該第一混合微流道。該對第三微流道與該第一混合微流道可呈十字型連接。

在一實施例中，該第一混合微流道呈L型且該第三微流道係連接該第一混合微流道的L型轉角，並與該第一混合微流道的L型後段呈一直線。

在一實施例中，該細管出口端的注入孔為多個。

如上所述，本發明的特點包含有：本發明結構設計精巧，操作簡單，成本低且可控性佳、反應效率高、製程時間短，操作簡單及可批次生產、放大規模，微小工廠生產等優點。本發明可直接打入空氣，減少後續處理製程(鍛燒過程)。本發明預期將能改善傳統乳化製程之粒徑分佈不均、製程時間長、廢料多等缺點，達成均一直徑微米級中空微球粒徑。本發明反應物保留時間少、重複性好，達到高安全性能等優勢，有助於降低對於環境所造成的污染。

[先前技術部分]

10‧‧‧載體微球之預固化裝置

11‧‧‧Y型分岔流道

12‧‧‧固化劑注入孔

13‧‧‧材料溶液注入孔

14‧‧‧十字型微流道

15‧‧‧基板

16‧‧‧第一混合流道

17a‧‧‧材料溶液注入孔

17b‧‧‧稀釋液注入孔

17c‧‧‧固化劑溶液注入孔

18‧‧‧第二混合流道

19‧‧‧調控液體注入孔

[本發明部分]

20,20’,20”‧‧‧微球製造裝置

21,21a,21b‧‧‧基板

211,211’‧‧‧頂層

212,212’‧‧‧底層

213‧‧‧中間層

22,22’‧‧‧第一微流道

221,221’‧‧‧前引微流道

222,222’‧‧‧長細管

2221‧‧‧管內微流道空間

2222‧‧‧細管出口端

2223,2223’‧‧‧注入孔

223,223’‧‧‧第一注入口

23‧‧‧第二微流道

231‧‧‧第二注入口

24,24’‧‧‧第一混合微流道

241‧‧‧出口端

25,25’‧‧‧第三微流道

251‧‧‧第三注入口

A,B‧‧‧液滴

D1,D2,D1’,D2’‧‧‧寬度

F,F’,F”‧‧‧流體

V1,V2‧‧‧錐狀結構

圖1A為先前技術之實心微球之製作裝置的流道示意圖；圖1B為另一先前技術之載體的製作裝置的立體外觀圖；圖2為本發明一實施例之微球製造裝置的流道俯視圖；圖3A為本發明另一實施例之微球製造裝置的流道俯視圖；圖3B為本發明一實施例之多注入孔的微球製造裝置的流道俯視圖；圖4A為本發明一實施例之微球製造裝置的基板載體的前視分解示意圖；圖4B為圖4A的前視組合示意圖；圖5A為本發明另一實施例之微球製造裝置的基板載體的前視分解示意圖；圖5B為圖5A的前視組合示意圖。

茲配合圖式說明本發明之實施例如下。

如圖2所繪示的本發明一實施例之微球製造裝置的流道俯視圖。在此實施例中的微球製造裝置20係可兼用於製成中空微球或實心微球的載體裝置，特別針對液體包氣體的中空微球製造裝置。該微球製造裝置20包括：基板21、第一微流道22、第二微流道23、第一混合微流道24、第三微流道25。

基板21提供後述第一微流道22、第二微流道23、第一混合微流道24、第三微流道25等諸流道及長細管222的承載主體。

該設置於該基板21之內的第一微流道22，其係包含有前後互相連通的一前引微流道221與嵌附在該基板21內的一長細管222(可為一長尖嘴細管或一針管針頭)之管內微流道空間(當然，必要時在前引微流道221與長細管222之間可設置有如O型環之類的防漏裝置，以確保其流道空間的無縫銜接)，該長細管222的尾端具有一細管出口端2222，該第一微流道22包括設置在該前引微流道221並與該基板21外界空間連通的一第一注入口223，在本實施例中，該細管出口端2222為單一注入孔2223，但於其他實施例亦可設置為多個開孔。

該二第二微流道23分別具有一與該基板21外界空間連通的第二注入口231，且該第二微流道23分別由該第一微流道22的左右二側連通該第一微流道22的細管出口端2222，而形成三方匯合形態(該三方依序為該第二微流道23、該細管出口端2222、該另一第二微流道23)。

該第一混合微流道24，其一端(頭端)係連接於該細管出口端2222與該二第二微流道23匯合處，並延續該第一微流道22的流向，該第一混合微流道24的另一端(尾端)具有與該基板21外界空間連通的一出口端241。

該第三微流道係25至少設置一個，其具有一與該基板21外界空間連通的第三注入口251，且該第三微流道25由該第一混合微流道24的一側連通該第一混合微流道24，該連通位置係位於該混合微流道24之該出口端241之前。

請再次參見圖2，在該實施例中，第一混合微流道24呈L型，且該第三微流道25係連接該第一混合微流道24的L型轉角，並與該第一混合微流道24的L型後段流道呈一直線排列。

請續參見圖3，在該實施例中，該第三微流道25為一對，並分別由該第一混合微流道24’的左右二側連通該第一混合微流道24’。另外，在一實施例中，該對第三微流道25與該第一混合微流道24’是呈十字型連接。

在一實施例中，該細管出口端2222的管內區域形成一空間漸縮之錐狀結構V1，以在該處形成激流，並可控製該階段所產生的粒徑大小。

同樣地，在一實施中，該些第二微流道23與該第一微流道22連通的三方匯合區域形成有一空間漸縮之錐狀結構V2，以在該處提高流速到適合連續相剪切兩相的界面處分散相生成實心液滴。

在一實施例中，該二個第二微流道23呈L型(彼此互相呈鏡射排列)，而該些第二微流道23的該L型之一段流道係鄰靠於該長細管222之管身，並與之並行。

詳細言之，如圖2所示，本發明之第二微流道23、第三微流道25等，其流道上游的寬度D1係大於流道下游的寬度D2；而第一混合微流道(24,24’)則相反地流道上游的寬度D1’係小於流道下游的寬度D2’。

且在一實施例中(如圖3B所示)，微球製造裝置20”之該基板21內所設置的該第一微流道22’係由該前引微流道221’與該長細管222’之管內通道組成，該細管出口端2222的注入孔2223’為多個，應用該多個開孔結構所製成的微球係可同時包覆多顆微球(微脂粒)，可應用於生醫、食品化妝品等領域。

藉由上述的微球製造裝置20(如圖2所示)，其使用時可同時於該第一注入口223、該第二注入口231及該第三注入口251分別地持續注入流體F、不相溶於該流體F的流體F’及不相溶於該流體F’的流體F”，其中流體 F可以為氣體或液體(本實施例以液體說明之)，其進入該第一微流道22時，可在該長細管222之細管出口端2222之注入孔2223釋出均等流量及流速的流體F，其經由第一微流道22連通至第二微流道23的交接端時，此流體F與流體F’兩相的界面處分散相被連續相剪切生成實心的液滴A，並進入該第一混合微流道24。之後，該第一混合微流道24內之由該流體F’包覆並攜帶的實心液滴A在通過與該第三微流道25交匯處，其中的流體F’與流體F”兩相的界面處分散相被連續相剪切並包覆實心液滴A生成實心的液滴B(當然，當該流體F為氣體時，此時生成的液滴B則為中空的液滴B)，最後由出口端241輸出。另外，相同於前述實施例，在圖3A、圖3B的實施例中，同樣可在第一注入口(223,223’)、該第二注入口231及該第三注入口251輸入流體F、流體F’及流體F”，其產生液滴A及液滴B的過程也與圖2相似，如圖3A、圖3B所示。

值得一提的是，前述本發明主要技術特徵為微球製造裝置(20,20’)中位於基板21載體上的流道結構設計，至於該流道結構如何形成於該基板21，其說明如下：如圖4A所示，本發明實施例中的基板21a係可由三層板體(頂層211、底層212及中間層213)層疊接合而成，如圖4B所示，頂層211上可設置貫通整層之該第一注入口223、該二第二注入口231及該第三注入口251、該底層212上可設置貫通整層之該出口端241，該中間層213上可設置貫通整層的該第一微流道22、該長細管222、該些第二微流道23、該第一混合微流道24及第三微流道25；或者，如圖5A所示，本發明實施例中的基板21b係可由雙層板體(頂層211’及底層212’)層疊接合而成，如圖5B所示，頂層211’上可設置貫通整層之該第一注入口223及該二第二注入口231、該底層212’底面上可設置約半層深的該第三注入口251，該底層213’頂面(即面對該頂層211’之一面)上可設置約半層深的該第一微流道22、該長細管222、該些第二微流道23、該第一混合微流道(24,24’)及該第三微流道25。

承上所述，本發明的優點至少有：本發明可直接打入空氣於該第一注入口，減少後續處理製程(鍛燒過程)。本發明預期將能改善傳統乳化製程之粒徑分佈不均、製程時間長、廢料多等缺點，達成均一直徑微米級中空微球粒徑。本發明反應物保留時間少、重複性好，達到高安全性能等優勢，有助於降低對於環境所造成的污染。本發明結構設計精巧，操作簡單，成本低且可控性佳、反應效率高、製程時間短，操作簡單及可批次生產、放大規模，微小工廠可生產等優點。本發明可高效處理液/液，氣/液，氣/液/固的非均相混合和反應。

前述本發明所採用的技術手段之實施方式或實施例，並非用來限定本創作專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

20’‧‧‧微球製造裝置

21‧‧‧基板

22‧‧‧第一微流道

221‧‧‧前引微流道

222‧‧‧長細管

2221‧‧‧管內微流道空間

2222‧‧‧細管出口端

2223‧‧‧注入孔

223‧‧‧第一注入口