TWI526246B - Easy to adjust the size of the microsphere manufacturing device - Google Patents

Description

易調整粒徑大小的微球製造裝置

本發明係有關於一種微球製造裝置，特別是有關於一種容易調整所產生的微球之粒徑大小的微球製造裝置。

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易更換或易調整不同孔徑大小微球製造裝置。

為達成上述提供易調整粒徑大小的微球製造裝置的目的，本發明的包含：一基板，在其內設置一通道，該通道並以一螺孔與該基板外界相通，該通道與該螺孔之銜接部形成一錐面；一第一微流道，其係為由該螺孔伸入該錐面的一長細管之管內空間，該長細管的頭端形成一第一注入口，該長細管的尾端具有一細管出口端；一套筒，係套於該長細管與該 通道之間，並抵止於該錐面；一螺絲，其具有一中心通孔，該螺絲以該中心通孔套入該長細管後螺固於該螺孔，以固定該長細管於該通道中央；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三微流道。

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。

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，該長細管之該細管出口端為一彈性材質，該細管出口端的錐狀結構區域之外表面形成一尖嘴，該尖嘴之外表面抵靠於該基板之錐面與該通道的交界面。

在一實施例中，該長細管更進一步延伸至該通道內。

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。

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。

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。本發明之易於改變微流道的設計(如應用更換不同管徑大小的長細管或以螺絲調整長細管的細管出口端直徑大小)可以原設備調整出不同顆粒大小之微米中空/實心微球。本發明之易更換長細管的結構係可直接打入空氣，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’‧‧‧微球製造裝置

21,21’,21a,21b‧‧‧基板

2101,2101’‧‧‧頂層

2102,2102’‧‧‧底層

2103,2103’‧‧‧中間層

211,211’‧‧‧通道

212‧‧‧螺孔

213‧‧‧錐面

22‧‧‧第一微流道

221‧‧‧長細管

2211‧‧‧管內空間

2212‧‧‧第一注入口

2213‧‧‧細管出口端

2214‧‧‧注入口開孔

222‧‧‧套筒

223,223’‧‧‧螺絲

2231‧‧‧中心通孔

23,23’‧‧‧第二微流道

231‧‧‧第二注入口

24,24’‧‧‧第一混合微流道

241,241’‧‧‧出口端

25,25’‧‧‧第三微流道

251‧‧‧第三注入口

A,B,A1,A2‧‧‧液滴

D1,D2,D1’,D2’‧‧‧寬度

F,F’,F”‧‧‧流體

I‧‧‧交界面

V1,V2‧‧‧錐狀結構

V11‧‧‧外表面

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為本發明之易更換長細管之微球製造裝置一實施例的流道俯視圖；圖3為本發明之一可調整細管出口端針孔孔徑的微球製造裝置實施例之流道俯視圖；圖4為圖3之調整長細管之細管出口端針孔孔徑示意圖；圖5A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5B為圖5A的組合圖；圖6A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6B為圖6A的組合圖。

茲配合圖式說明本發明之實施例如下。

首先請參考圖2所繪示的本發明之易更換長細管之微球製造裝置一實施例的流道俯視圖，以及圖4所繪示的本發明之易調整粒徑大小的微球製造裝置之示意圖。在此實施例中，該微球製造裝置20包括：一基板 21、一第一微流道22、一套筒222、一螺絲223、二第二微流道23、一第一混合微流道24及至少一第三微流道25。

該基板21內設置有一通道211，該通道211並以一螺孔212與該基板21外界相通，該通道211與該螺孔212之銜接部形成一錐面213。

該第一微流道22係為由該基板21螺孔212伸入該錐面213的一長細管221的管內空間2211，該長細管221的頭端形成一第一注入口2212，該長細管221的尾端具有一細管出口端2213。

該套筒222係套於該長細管221，並利用其內徑與該長細管221之間的摩擦力卡掣該長細管221，與該通道211之間，該套筒222的外側抵止於該錐面213。

該螺絲223具有一中心通孔2231，該螺絲223以該中心通孔2231套入該長細管221之後螺固在該基板21的螺孔212，以將該長細管221固定於該通道211的中央，並同時擠壓該套筒222，使其封閉並阻隔該通道211與該螺孔212之間的通道空間。

該二第二微流道23是設置在該基板21內，其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的左右二側連通於該第一微流道22之該細管出口端2213而形成三方匯合的形態。在一實施例中，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空間漸縮之錐狀結構V2，以使該些第二微流道23的流體局部產生速度梯度，從而對該第一微流道22內的流體進行剪切。

該第一混合微流道24係設置於該基板21內，連接於該細管出口端2213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具有與該基板21外界空間連通的一出口端241，以輸出微球。

該第三微流道25是設置在該基板21內，其具有一與該基板21外界空間連通的第三注入口251，該第三微流道25至少可為一個，也可以為一對(如圖2之實施例)或多個。在圖2的實施例中，該第三微流道25為一對，並分別設置在該第一混合微流道24的左右兩側，且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(當然，其連通處應在該第一混合微流道24的該出口端241之前)。

在一實施例中，該細管出口端2213的管內區域形成一空間漸縮之錐狀結構V1，以控制其出口的孔徑，以產生均一粒徑大小。

藉由上述的微球製造裝置20(以圖2為例說明之)，其使用時可同時於該第一注入口2212、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2222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’包覆並攜帶的實心的液滴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的液滴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。

如圖3所示。在該實施例中，該微球製造裝置20’為多重尺寸可調式實施方式，其中該基板21’通道211’係與該對第二微流道23’匯合處及該第一混合微流道24重合，且該長細管221的該細管出口端2213為一彈性材質(即具有受外力壓迫時可縮小注入口的開孔管徑大小，而解除該外力後 可恢復原開孔管徑大小的特性)，該細管出口端2213的錐狀結構區域之外表面形成一尖嘴，該尖嘴之外表面V11抵靠於該基板21’之錐面213與該通道211’的交界面I。在一實施例中，如圖3及圖4之對照所示，本實施例中調整微球粒徑大小的方式係將該螺絲223’螺進或螺出作調整，當該螺絲223’螺進時，該螺絲223’帶動該長細管221下移，此時該抵靠於該基板21”之錐面213與該通道211交界面I的尖嘴的外表面V11受其壓迫而向內收縮，使其注入口開孔縮小，因此製作之實心的液滴A2的粒徑大小係小於調整前之實心的液滴A1(如圖3及圖4之對比)。

請再參見圖2。在一實施例中，該長細管221更進一步延伸至該通道211內。

在一實施例中，每個該第二微流道23呈L型，而該些第二微流道23的該L型之一段(如末段)係鄰靠於該長細管221之管身，並與之併行。

詳細言之，如圖2所示，因應各流體的流速、黏度等參數控制，本發明之第二微流道23、第三微流道25等流道形狀可進一步設計為：其流道上游的寬度D1係大於流道下游的寬度D2；第一混合微流道24則相反地流道上游的寬度D1’係小於流道下游的寬度D2’，以利用流體中剪切力、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容的連續相液體中。

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(21,21’)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(21,21’)，其係可應用習知技術，亦可其說明如下：如圖5A所示，本發明實施例中的基板21a係可由三層板體(頂層2101、底層2102及中間層 2103)層疊接合而成，如圖5B所示，頂層2101上可設置貫通整層之該第一注入口2212、該二第二注入口231及該第三注入口251、該底層2102上可設置貫通整層之該出口端241，該中間層2103上可設置貫通整層的該第一微流道22、該長細管221、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6A所示，本發明實施例中的基板21b係可由雙層板體(頂層2101’及底層2102’)層疊接合而成，如圖6B所示，頂層2101’上可設置貫通整層之該第一注入口2212及該二第二注入口231、該底層2102’底面上可設置約半層深的該第三注入口251，該底層2102’頂面(即面對該頂層2101’之一面)上可設置約半層深的該第一微流道22、該長細管221、該些第二微流道23、該第一混合微流道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。本發明之易於改變微流道的設計(如快速變換更換不同管徑大小的長細管或以螺絲調整長細管的細管出口端直徑大小)可以原設備輕易調整出不同顆粒大小之微米中空/實心微球。本發明之易更換長細管的結構係可直接打入空氣，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。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

211‧‧‧通道

212‧‧‧螺孔

213‧‧‧錐面

22‧‧‧第一微流道

221‧‧‧長細管

2211‧‧‧管內空間

2212‧‧‧第一注入口

2213‧‧‧細管出口端

2214‧‧‧注入口開孔

222‧‧‧套筒

223‧‧‧螺絲

2231‧‧‧中心通孔

23‧‧‧第二微流道

231‧‧‧第二注入口

24‧‧‧第一混合微流道

241‧‧‧出口端

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

Claims (9)

1. 一種易調整粒徑大小的微球製造裝置，其包括：一基板，其內設置一通道，該通道並以一螺孔與該基板外界相通，該通道與該螺孔之銜接部形成一錐面；一第一微流道，其係為由該螺孔伸入該錐面的一長細管之管內空間，該長細管的頭端形成一第一注入口，該長細管的尾端具有一細管出口端，該細管出口端的管內區域形成一空間漸縮之錐狀結構；一套筒，其為一彈性體，係套設並以摩擦力卡掣於該長細管外表面，該套筒的外側抵止於該錐面；一螺絲，其具有一中心通孔，該螺絲以該中心通孔套入該長細管後螺固於該螺孔，以固定該長細管於該通道中央；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於該第一微流道之該細管出口端而形成三方匯合形態，該第二微流道之流道上游的寬度大於其流道下游的寬度；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；以及至少一第三微流道，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，該第三微流道之流道上游的寬度大於其流道下游的寬度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之易調整粒徑大小的微球製造裝置，其中，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。
3. 如申請專利範圍第1項所述之易調整粒徑大小的微球製造裝置，其中，該長細管之該細管出口端為一彈性材質，該細管出口端的錐狀結構區域之外表面形成一尖嘴，該尖嘴之外表面抵靠於該基板之錐面與該通道的交界面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之易調整粒徑大小的微球製造裝置，其中，該長細管更進一步延伸至該通道內。
5. 如申請專利範圍第4項所述之易調整粒徑大小的微球製造裝置，其中，該細管出口端的注入口開孔為一個。
6. 如申請專利範圍第4項所述之易調整粒徑大小的微球製造裝置，其中，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。
7. 如申請專利範圍第4項或第6項所述之易調整粒徑大小的微球製造裝置，其中，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。
8. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之易調整粒徑大小的微球製造裝置，其中，該基板係由一頂層、一底層及一中間層層疊接合而成，頂層上設置貫通整層之該第一注入口、該二第二注入口及該第三注入口、該底層上設置貫通整層之該出口端，該中間層上設置貫通整層的該第一微流道、該長細管、該些第二微流道、該第一混合微流道及第三微流道。
9. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之易調整粒徑大小的微球製造裝置，其中，該基板係由頂層及底層層疊接合而成，頂層上可設置貫通整層之該第一注入口及該二第二注入口、該底層底面上可設置約半層深的該第 三注入口，該底層頂面之一面上可設置約半層深的該第一微流道、該長細管、該些第二微流道、該第一混合微流道及該第三微流道。