TWI523684B - Combined microsphere manufacturing device - Google Patents

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TWI523684B
TWI523684B TW103124245A TW103124245A TWI523684B TW I523684 B TWI523684 B TW I523684B TW 103124245 A TW103124245 A TW 103124245A TW 103124245 A TW103124245 A TW 103124245A TW I523684 B TWI523684 B TW I523684B
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Zheng-Han Hong
Ying-Jie Lin
zai-fa Chen
Yan-Ting Chen
shi-zhen Lin
He-Zhong Fu
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Description

組合式微球製造裝置
本發明係有關於一種組合式微球製造裝置，特別是有關於一種具有斜進口結構之微流道的組合式微球製造裝置。
目前國內外微球都是利用乳化法、溶膠凝膠法等傳統方法製造，這些方法需購置造粒機、離心機、過篩機等製造設備，總費用十分高昂，但是以此昂貴設備所製作出來的微囊、微球分散性欠佳，微球包埋效果不理想，且其製備過程也較繁瑣。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。其缺點有：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。
台灣公告第I301422號「載體微球之預固化方法及裝置」號、第I384999號「載體之製作方法及其裝置」，都是具有快速組裝、拆解式的微流道裝置，如圖1所示之第I384999號示意圖，其載體係包含基板1，基板1係由可注入液體的第一基板11、具有十字型分岔流道121結構可處理液體而形成微球的第二基板12、可輸出所製成的微球的第三基板13層疊 後，各層之間以螺絲鎖固。上述技術所製備微球粒徑約在100μm以上，其Y字型或十字型分岔流道合流時，其注入流速無法形成平順的滑移流，且無法以流速控制膜厚。
本發明的目的在於提供一種具有斜進口的混合微流道，進而可利用流體注入流速調整微球顆粒大小的微球製造裝置。
為達成前述目的，本發明的組合式微球製造裝置包含在液體導入板件、微球導出板件之間組合的主微流道層，該主微流道層包括一主微流道、二副微流道以及一混合微流道。主微流道的頭段係連通該第一流體輸出口；二副微流道位於該主微流道兩側並與該主微流道呈十字型或Y字型結構交會於一交會口，二副流道之頭段分別對應並連通二流體輸出口，二副流道之其尾端具有一輸出端。其中，主微流道或二副微流道的流道底面形成有坡度，該坡度由其前段至後段為上升坡度而使其流道具有深淺變化。
在一實施例中，該液體導入板件包含一流體導入層及一入口流道層，流體導入層包括一主注入流道及一副注入流道，主注入流道具有一第一流體注入口和一第一流體輸出口，副注入流道具有一第二流體注入口、一對由該第二流體注入口分出之分流道和該些分流道末端之二第二流體輸出口，第一流體注入口與第二流體注入口係分別用以注入一第一流體與一第二流體；入口流道層位於該流體導入層的下方，其設有分別對應於該第一流體輸出口、該些第二流體輸出口的第一流體輸送流道和第二流體輸送流道。因此，該第一流體注入該第一流體注入口後，直接由該第一流體輸出口送出，並由該入口流道層之第一流體輸送流道承接，而該第二流體注入該第二流體注入口後，經分流道分流到二第二流體輸出口送出，並 由該入口流道層之二個第二流體輸送流道分別承接。
在一實施例中，該微球導出板件包含一微球運輸流道，其頭端係為該微球輸入口，其尾端具有一微球輸出口，該微球輸入口係接通該混合微流道之輸出端。
在一實施例中，流體導入層包含該第一流體注入口及該第二流體注入口在內的流體注入口不超過三個。
在一實施例中，組合該液體導入板件、主微流道層及微球導出板件的結構係以鏍絲進中逼進鎖固。
在一實施例中，該微球運輸流道的路徑上開設有一UV光孔，用以應用UV光照射經過該微球運輸流道之微球。
在一實施例中，在該微球導出板件上之對應於該微球運輸流道或該主微流道層的混合微流道的位置開設有一觀測孔，用以觀察微球產生狀態。
本發明的特點至少有：在主微流道及/或二副微流道齊交會到混合流道前設計斜進口，以形成由深到淺之微流道，因而具有(1)減壓效果；(2)減少接觸面積。另外，上述斜進口設計可利用控制注入流體的流速調整剪切出的微球顆粒大小，具有可控性佳、反應效率高、製程時間短，操作簡單、成本低及可批次生產，有放大規模微小工廠的技術潛力。本發明可建立高強度可拆式微流道封裝技術，改善目前市面上膠裝微流道阻塞問題。本發明之上述技術可建立微球製作裝置，製作最小實心微球粒徑可控制在Φ 10μm以下。在一實施例中，本發明修改先前技術使用的五個液體入口處，修改為三個液體入口處並省去市售三通閥去作為分支微流體使用，可更精確的控制微流體。本發明在微球導出板件中加入UV光孔並崁入UV光源，直接進行UV光照，使微球固化(硬化)，可減少微球在表面未完全 硬化的狀態，於流動過程中產生之未固化微球混合變數。本發明在微球導出板件中加入觀測微流道的觀測孔，易於觀察微流體之微球產生狀態。
1‧‧‧基板
11‧‧‧第一基板
12‧‧‧第二基板
121‧‧‧分岔流道
13‧‧‧第三基板
20‧‧‧組合式微球製造裝置
201‧‧‧定位孔
202‧‧‧定位銷
203‧‧‧鎖孔
204‧‧‧鏍孔
205‧‧‧鏍桿
30‧‧‧液體導入板件
31‧‧‧流體導入層
311‧‧‧主注入流道
3111‧‧‧第一流體注入口
3112‧‧‧第一出口
312‧‧‧副注入流道
3121‧‧‧第二流體注入口
3122‧‧‧分流道
3123‧‧‧第二出口
32‧‧‧入口流道層
321‧‧‧第一流體輸送流道
3211‧‧‧第一流體輸出口
322‧‧‧第二流體輸送流道
3221‧‧‧第二流體輸出口
40‧‧‧主微流道層
41‧‧‧主微流道
411‧‧‧頭段
42‧‧‧副微流道
421‧‧‧頭段
43‧‧‧混合微流道
431‧‧‧頭端
432‧‧‧輸出端
44‧‧‧交會口
45,45’‧‧‧流道底面
50‧‧‧微球導出板件
51‧‧‧微球運輸流道
511‧‧‧微球輸入口
512‧‧‧微球輸出口
60‧‧‧UV光孔
70‧‧‧觀測孔
A‧‧‧第一流體
B‧‧‧第二流體
M1,M2‧‧‧微球
D1,D2‧‧‧口徑
R1,R2‧‧‧流速
F‧‧‧坡度
圖1為先前技術之立體組合圖；圖2為本發明之組合式微球製造裝置一實施例的立體組合圖；圖3為圖2實施例之各層組成結構的立體分解圖；圖4為本發明之組合式微球製造裝置一實施例的液體導入板件之流體導入層立體圖；圖5為本發明之組合式微球製造裝置一實施例的液體導入板件之入口流道層立體圖；圖6為本發明之組合式微球製造裝置一實施例的主微流道層立體圖；圖7為圖6之標號7的局部放大視圖；圖8為本發明之組合式微球製造裝置一實施例的微球導出板件立體圖；圖9為本發明一實施例之主微流道層的主微流道與混合微流道之斜進口微流道對於另一流體注入流速的作用之正剖面示意圖；以及圖10為本發明一實施例之主微流道層的主微流道與混合微流道之斜進口微流道對於一流體注入流速的作用之正剖面示意圖。
茲配合圖式說明本發明之實施例如下。
請先參照圖2、圖3以及圖4~圖10所示。本實施例中的組合式微球製造裝置20，主要係包含一液體導入板件30、一主微流道層40以及一微球導出板件50，應用適當的組合方式將液體導入板件30置於主微流道層40上方，將微球導出板件50置於主微流道層40下方堆疊組合成該組合式 微球製造裝置20。上述的組合方式可在各層的相對應位置開設一對定位孔201，並以定位銷202穿插定位，再於各層設置供鏍絲穿過的鎖孔203(最下層為鏍孔204)，並以適當數量鏍桿205集中進逼鎖固，使壓力集中於十字型微流道，同時將各層鎖固成一體。在本實施例中，該液體導入板件30設有一第一流體輸出口3111及二個第二流體輸出口3221；該微球導出板件50具有一微球輸入口511及一微球輸出口512。
續請參照圖4(圖4省略了定位孔及鎖孔)。本實施例中的液體導入板件30包含一流體導入層31以及一入口流道層32；流體導入層31包括有一主注入流道311及一副注入流道312，該主注入流道311具有一第一流體注入口3111和一第一流體輸出口3211，該副注入流道312具有一第二流體注入口3121、一對由該第二流體注入口3121分出之分流道3122和該些分流道3122末端之二第二流體輸出口3221，該第一流體注入口3111與該第二流體注入口3221係分別用以注入一第一流體A與一第二流體B。
該第一流體A由該第一流體注入口3111注入、該第二流體B由該第二流體注入口3123，為便於控制流速，可應用一可程式控制的幫浦(圖中未示出)個別控制第一流體A、第二流體B的流速。
續請參照圖5(圖5省略了定位孔及鎖孔)。本實施例中的該入口流道層32，係位於該流體導入層31(於圖4示出)的下方，其設有分別對應於該第一流體輸出口3211、該些第二流體輸出口3221的第一流體輸送流道321和第二流體輸送流道322，該第一流體輸送流道321具有該第一流體輸出口3211，該第二流體輸送流道322具有該第二流體輸出口3221。
續請參照圖6及圖7所示(圖6省略了定位孔及鎖孔)，該主微流道層40包括一主微流道41、二副微流道42及一混合微流道43；主微流道41的頭段對應於與該第一流體輸出口3211(於圖5示出)並相連通；副微流道 42位於該主微流道41兩側，並與該主微流道41互呈十字型(當然也可互呈Y字型配置，但本實施例以十字型為主)交會於一交會口44，而二副微流道42的頭段係分別對應並連通二個該第二流體輸出口3221；混合微流道43位於該交會口44的下游上，其頭端係連接而起始於該交會口44，混合微流道43的尾端具有一輸出端432；其中，上述該主微流道41及/或該二副微流道42的流道底面(45,45’)包含一坡度F，該坡度F由其前段至後段為上升坡而使其流道(主微流道41或二副微流道42)具有深淺變化。除了該主微流道41及/或該副流道42之流道底面(45,45’)具有坡度變化之外，進一步地，該主微流道41及/或該副流道42之頭段(411,421)至該交會口44的截面形狀變化係由寬深到窄淺者。
因此，如圖8所示。根據前述，當第一流體A控制在一流速R1時，第一流體A流經坡度F而經過交會口44時，可形成口徑D1的第一流體A流量，可製成的微球M1大小較大；反蓋圖9所示，當第一流體A控制在一流速R2時，第一流體A流經坡度F而經過交會口44(與副注入流道312交會)時，可形成口徑D2的第一流體A流量，可製成的微球M2大小較小。
續請參照圖10所示(圖10省略定位孔及鏍孔)。本實施例中，該微球導出板件50包含一微球運輸流道51，其頭端係為該微球輸入口511，其尾端即為該微球輸出口512，該微球輸入口511係接通該混合微流道43(於圖6示出)之輸出端432，用以輸出經主注入流道311與副注入流道312進入混合微流道43所製成的微球。
值的一提的是，本發明的流體導入層31包含該第一流體注入口3111及該第二流體注入口3121在內的流體注入口不超過三個，而能避免採用市售三通閥作為分支微流體使用。
另外，在一實施例中，該十字型(或Y字型)結構的副微流 道尺寸為：長50~2000μm、寬度各為5μm以上、粗糙度Ra0.3μm以下、尺寸精度±0.5μm。
請參照圖10所示。在一實施例中，該微球導出板件50上開設有一UV光孔60，該UV光孔60端部係面對該微球運輸流道51的路徑，並可於該UV光孔60內設置一UV光裝置(圖中未示出)，以應用UV光照射經過該微球運輸流道51之剪切出來的微球。另外，在該微球導出板件50上開設有一觀測孔70，該觀測孔70端部係面對於該微球運輸流道51或該主微流道層40混合微流道43的位置，並可於該觀測孔70內設置一影像攝取裝置(如CCD相機，圖中未示出)，以觀察微球產生狀態。
值得注意的是，本發明的液體導入板件、主微流道層以及微球導出板件皆由具反應惰性之材質所製成，例如：在一實施例中，該流體導入層係以壓克力材料製成。
在一實施例中，該入口流道層係以玻璃或石英玻璃材料製成
在一實施例中，該主微流道層係以玻璃、石英玻璃、不鏽鋼或氧化鋁材料製成。
在一實施例中，該微球導出板件係以鋁或不鏽鋼材料製成。
綜上所述，本發明至少有如下之的優點：在主微流道及/或二副微流道齊交會到混合流道前設計斜進口，以形成由深到淺之微流道，因而具有(1)減壓效果；(2)減少接觸面積。另外，上述斜進口設計可利用控制注入流體的流速調整剪切出的微球顆粒大小，具有可控性佳、反應效率高、製程時間短，操作簡單、成本低及可批次生產，有放大規模微小工廠的技術潛力。本發明可建立高強度可拆式微流道封裝技術，改善目前市面上膠裝微流道阻塞問題。本發明之上述技術可建立微球製作裝置，製作最小實心微球粒徑可控制在Φ 10μm以下。在一實施例中，本發明修改先前技 術使用的五個液體入口處，修改為三個液體入口處並省去市售三通閥去作為分支微流體使用，可更精確的控制微流體。本發明在微球導出板件中加入UV光孔並崁入UV光源，直接進行UV光照，使微球固化(硬化)，可減少微球在表面未完全硬化的狀態，於流動過程中產生之未固化微球混合變數。本發明在微球導出板件中加入觀測微流道的觀測孔，易於觀察微流體之微球產生狀態。
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。
40‧‧‧主微流道層
41‧‧‧主微流道
42‧‧‧副微流道
43‧‧‧混合微流道
432‧‧‧輸出端

Claims (13)

  1. 一種組合式微球製造裝置，係包含組合於一液體導入板件下方、一微球導出板件上方的一主微流道層，該液體導入板件具有一第一流體輸出口及二第二流體輸出口，該微球導出板件具有一微球輸入口及一微球輸出口，該主微流道層包括：一主微流道，其頭段係連通該第一流體輸出口；二副微流道，係位於該主微流道兩側並與該主微流道呈十字型或Y字型結構交會於一交會口，二副微流道之頭段係分別對應連通二第二流體輸出口；以及一混合微流道，係位於該交會口的下游，其頭端係連接於該交會口，其尾端具有一輸出端，該輸出端係對應並連通該微球輸入口；其中，該主微流道及/或該二副微流道的流道底面包含一坡度，該坡度由其前段至後段為上升坡而使其流道具有深淺變化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之組合式微球製造裝置，其中，該液體導入板件包含：一流體導入層，其包括有一主注入流道及一副注入流道，該主注入流道具有一第一流體注入口和一第一出口，該副注入流道具有一第二流體注入口、一對由該第二流體注入口分出之分流道和該些分流道末端之二第二出口，該第一流體注入口與該第二流體注入口係分別用以注入一第一流體與一第二流體；以及一入口流道層，係位於該流體導入層的下方，其設有分別對應於該第一出口、該些第二出口的第一流體輸送流道和第二流體輸送流道，該第一流體輸送流道具有該第一流體輸出口，該第二流體輸送流道具有該 第二流體輸出口。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項所述之組合式微球製造裝置，其中，該微球導出板件包含：一微球運輸流道，其頭端係為該微球輸入口，其尾端為該微球輸出口，該微球輸入口係接通該混合微流道之輸出端。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之組合式微球製造裝置，其中該流體導入層包含該第一流體注入口及該第二流體注入口在內的流體注入口不超過三個。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之組合式微球製造裝置，其中，該主微流道及/或該副流道之頭段至該交會口的截面形狀變化係由寬深到窄淺。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之組合式微球製造裝置，其中，該十字型或Y字型結構的副微流道尺寸為：長50~2000μm、寬度各為5μm以上、粗糙度Ra0.3μm以下、尺寸精度±0.5μm。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之組合式微球製造裝置，其中，組合該液體導入板件、主微流道層及微球導出板件的結構係以鏍絲集中進逼鎖固。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之組合式微球製造裝置，其中，該流體導入層係以壓克力材料製成。
  9. 如申請專利範圍第2或第8項所述之組合式微球製造裝置，其中，該入口流道層係以玻璃或石英玻璃材料製成。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之組合式微球製造裝置，其中，該主微流道層係以玻璃、石英玻璃、不鏽鋼或氧化鋁材料製成。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之組合式微球製造裝置，其中，該微球導出板件係以鋁或不鏽鋼材料製成。
  12. 如申請專利範圍第3項所述之組合式微球製造裝置，其中，該微球導出板 件，進一步開設一UV光孔，該UV光孔的端部係面對該微球運輸流道的路徑，並於該UV光孔內設置一UV光裝置，以應用UV光照射經過該微球運輸流道之剪切出來的微球。
  13. 如申請專利範圍第3項所述之組合式微球製造裝置，其中，在該微球導出板件上之對應於該微球運輸流道或該主微流道層的混合微流道的位置開設有一觀測孔，並於該觀測孔內設置一影像攝取裝置，以觀察微球產生狀態。
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