TWI674136B - 氣泡分離裝置 - Google Patents

Abstract

本案關於將氣泡與液體分離的裝置。該分離裝置至少包含有：本體、位於該本體一側之流入管及流出管；其中，本體係具有一容置空間且其頂部並配置有一相通之管柱；流入管深入於該容置空間設有一孔洞，且流出管之位置係低於該流入管；另有一連接管位於該容置空間，該連接管之第一端係連接於該流入管，該連接管之第二端係對應於該流出管且兩者間具有一間隙；使用時，分散有複數氣泡之液體由該流入管流入，該氣泡隨著小部分液體由該孔洞排出並往上浮升至該容置空間頂部，且經由該管柱匯集複數氣泡。而大部分液體則由該流入管繼續流動至該連接管，並經由該流出管流出該本體。由孔洞排出之小部分液體也由該間隙進入該流出管。此裝置可將全部液體得以匯集一起流出該本體，將氣泡與氣體相互分離。

Description

氣泡分離裝置

本發明係有關一種將氣泡由液體中分離出來的分離裝置。

「組織工程(Tissue engineering)」的目的是希望能恢復、保持甚至提昇組織(器官)的功能性。每年有許多人受器官衰竭所困擾，然而捐贈的器官往往供不應求，加上手術移植後的副作用等因素使得器官捐贈移植無法滿足醫療的需求，組織工程這項結合了生命科學和工程的跨領域新興科技，目前的做法是由人體取出目標細胞後，在體外培養直到細胞成長到足夠的量，再將細胞植入人工支架上形成特定形狀的組織或器官，最後將人工組織移植到人體受損處，使其修復、恢復原本的功能，為醫治器官衰竭帶來新的願景。

在進行組織工程時，為了提供一個可以讓細胞較順利生長和分化的環境，必須使用「組織工程支架(Tissue scaffold)」，組織工程支架係供細胞移行長入(the cell migration and cell growth therein)，或本身含有細胞、生長因子、胞外基質成份，可於體外或體內進行細胞生長、組織分化及重塑，最終可產生具實驗用途或進一步做移植應用之組織。支架的功能是提供一個適宜細胞生長的立體框架結構，也就是一般所稱的三維支架，其具有大量的微小孔洞堆疊組織並且整體形成一個特定外型以供應細胞附著或接種，再藉此導引細胞朝依規劃的三維方向進行生長分化，產生擬似的再生組織或器官。習知的支架製備技術包括有鹽析法(salting-out process)、冷凍乾燥法(freeze drying process)以及固體自由成型法(solid freeform fabrication process)等。

而目前相關研究並出現了一種利用微流控法來製造，該種製造方法是將液體和氣體通過流量聚焦微流控器，類似吹氣泡的方法製成，分散於液體內之複數氣泡，再將複數氣泡堆疊成三維支架；這種製造方法不僅置成本低且有生產快速之優點。此外，由於此方法利用穩定的空氣流量通過流量聚焦微流控器吹製氣泡，因此所產生的氣泡大小一致，孔洞成形均一，控制組織支架的密度也相對容易許多。

上述微流控法所製造出複數氣泡係分散於液體中，且氣泡的比例較低，此時需要將氣泡由液體中分離，並加以收集後堆疊成三維支架。惟，由於大量氣泡收集堆疊後形成所謂的氣泡體（foam），其流變行為呈現滯後現象（hysteresis）；其中，氣泡體流動的黏度隨著氣泡含量增加（液體相對含量減少）而急遽增加，當外在壓力有大幅變化時氣泡體極易被破壞，以及個別小氣泡的密度與質量幾乎為零，容易受液體擾流所驅動而難以控制規範。上述種種因素使得處理氣泡流程與處理一般流體大不相同，急需要新的技術來解決。

有鑑於此，本發明提供一種將氣泡由液體中分離出來的分離裝置，為其主要目的者。

本發明提供一種氣泡分離裝置其包含：一本體，係具有一容置空間且其頂部並配置有一相通之管柱；一流入管，位於該本體一側，該流入管深入於該容置空間設有一孔洞；一流出管，位於該本體一側且其位置係低於該流入管之位置；一連接管，位於該容置空間，該連接管之第一端係連接於該流入管，該連接管之第二端係對應於該流出管且兩者間具有一間隙。

依據本發明，分散有複數氣泡之液體由該流入管流入，該氣泡隨著小部分液體由該孔洞排出並往上浮升至該容置空間頂部，且經由該管柱匯集複數氣泡；而大部分液體則由該流入管繼續流動至該連接管，並經由該流出管流出該本體 。 上述由孔洞排出之小部分液體也由該間隙進入該流出管， 因此全部液體得以匯集一起流出該本體，將氣泡與氣體相互分離。

依據上述技術特徵，進一步配置有一氣泡產生裝置，並連接於該流入管，提供分散有複數氣泡之該液體。

依據上述技術特徵，進一步配置有一液體回收裝置，並連接於該流出管，用以接收該液體。

依據上述技術特徵，所述液體回收裝置具有一回收槽用以容置該液體，該回收槽並配置有一流入口以及一流出口，該流入口係連接於該流出管，該流出口則由一出水管連接於該氣泡產生裝置。

依據上述技術特徵，所述流入口之位置係高於該流出口。

依據上述技術特徵，所述流入口之位置係高於該連接管之第二端。

依據上述技術特徵，所述液體回收裝置進一步設有一動力件，其係連接於該出水管處。

依據上述技術特徵，所述連接管之第一端位置係高於該連接管之第二端。

依據上述技術特徵，所述管柱係由該容置空間之頂部往上延伸。

依據 上述技術特徵，所述孔洞係位於該流入管之上方位置處。

除非另外說明，否則本申請說明書和申請專利範圍中所使用的下列用語具有下文給予的定義。請注意，本申請說明書和申請專利範圍中所使用的單數形用語「一」意欲涵蓋在一個以及一個以上的所載事項，例如至少一個、至少二個或至少三個，而非意味著僅僅具有單一個所載事項。此外，申請專利範圍中使用的「包含」、「具有」等開放式連接詞是表示請求項中所記載的元件或成分的組合中，不排除請求項未載明的其他組件或成分。亦應注意到用語「或」在意義上一般也包括「及/或」，除非內容另有清楚表明。本申請說明書和申請專利範圍中所使用的用語「約（about）」或「實質上（substantially）」，是用以修飾任何可些微變化的誤差，但這種些微變化並不會改變其本質。

請參閱第1圖所示，本發明之氣泡分離裝置至少包含：一本體1、一流入管2、一流出管3以及一連接管4；其中：

本體1係為一剛性結構體，其本體1內係具有一容置空間11且其頂部並配置有一相通之管柱12，該管柱12係由該容置空間11之頂部往上延伸。

流入管2位於該本體1一側，該流入管2深入於該容置空間11設有一孔洞21，而該孔洞21係位於該流入管2之上方位置處。

流出管3位於該本體1一側且其位置係低於該流入管2之位置。

連接管4位於該容置空間11，該連接管4之第一端41係連接於該流入管2，該連接管4之第二端42係對應於該流出管3且兩者間具有一間隙43，且該連接管4之第一端41位置係高於該連接管4之第二端42。

使用時，請同時參閱第2圖及第3圖所示，提供分散有複數氣泡51之液體52由該流入管2流入，該複數氣泡51隨著小部分之液體52由孔洞21一起噴出並往上浮升至該容置空間11頂部，且經由該管柱12匯集複數氣泡51。該流入管2其管內與管外的壓力差是該小部分液體噴出孔洞21的動力來源。大部分液體52則經由該流入管2之第一端41以及該連接管4之第二端42，進入該流出管3而流出該本體1。上述由孔洞21噴出之小部分之液體52也可經由該間隙43進入該流出管3而流出該本體1，由流入管2流入之全部液體得以匯集一起流出該本體1。所以該本體1內的液體體積不致於持續累積而無止境增加。在穩定操作狀態下，該本體1內的液體體積幾乎恆定不變。在上述過程中，該流入管2所攜帶的大部分液體都經由連接管4直接往下流動至流出管3，避免了對上方氣泡收集產生嚴重干擾作用。

本案中之氣泡經由收集後，可應用於化學和生物化學分析等諸多領域外；其中，因為收集氣泡的過程中，氣泡會自發性地呈球形構形而自行組裝堆疊成緊密排列。氣泡與氣泡之間的氣泡壁所含的溶液可透過化學反應進而發生膠化，以固定相鄰兩氣泡間彼此的相對位置，而形成一有彈性之三維支架。相鄰兩氣泡間的氣泡壁可經由低壓膨脹過程產生小孔，可使該二氣泡形成貫通之連續空間。 此氣泡集合體是具有似海綿狀或蜂巢狀的結構，而內部具有大量適於附著或接種細胞的連續貫通之圓形孔洞。

上述之三維支架具有特殊的物理性質，如重量輕、熱傳導性低、多孔性等等，因此常應用於諸多工程、醫學領域上，其中最受矚目的是作為培養細胞的組織支架，其功用為模仿細胞外基質(extracellular matrix)，使細胞可在支架中生長，係將選用的細胞附著、或灌注或接種至此支架上，或三維支架本身即為細胞的培養基，讓細胞於支架中生長。之後，給予細胞合適的生長訊號及化學刺激，使細胞在模擬的環境下增殖、生長與分化，進而組成擬似治療標的再生組織或器官，當移植入病患體內後，即可取代原有之受損、或具功能障礙或壞死的組織器官以達成醫療的目的。最常被作為組織支架的天然材料為動物身上所取得的膠原蛋白或含水膠質的植物，例如明膠(gelatin)、膠原蛋白(collagen)、甲殼素(chitosan)或海藻酸鈉(sodium alginate)等等，而人造材料則包含聚乳酸(polylactate, PLLA)、聚甘醇酸(polyglycolate, PGA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(poly- lactic co-glycolic acid, PLGA)等等。組織支架除了供應細胞生長環境之外，還可以調節細胞之間的連結並防止擠壓，使細胞得到最好的生長空間。

再者，本發明可進一步配置有一氣泡產生裝置6以及一液體回收裝置7，如第4圖所示，該氣泡產生裝置6係連接於該流入管2，可提供分散有複數氣泡51之該液體52；而該液體回收裝置7並連接於該流出管3，用以接收與氣泡分離後之液體52，該液體回收裝置7具有一回收槽71用以容置該液體52，該回收槽71並配置有一流入口72以及一流出口73，該流入口72之位置係高於該流出口73，同時也高於該連接管4之第二端42。該流入口72係連接於該流出管3，該流出口73則由一出水管74連接於一動力件75(可以為幫浦)，其係連接於該出水管74處，可提供動力讓液體持續流過該氣泡產生裝置6、該流入管2、連接管4以及流出管3，並返回該回收槽71。

如圖所示之實施例中，該回收槽71具有上下配置的第一槽體711以及第二槽體712，以及配置於該第一、第二槽體711、712間的管體713，該流入口72係配置於該第一槽體711，而該流出口73係配置於該第二槽體712，該管體713係直立配置於該第一、第二槽體711、712間，該管體713之頂端係低於該第一槽體711之頂端，液體由該流出管3經該流入口72流入該第一槽體711，當液體高度高於該管體713之頂端時，液體則可自該管體713頂端進入該管體713再流入第二槽體713，最後再由該流出口73流出。

本發明中氣泡產生裝置產生複數氣泡分散於液體之裝置及其方法，大致上涉及利用申請人申請在先且核准公告之台灣發明專利第I630956號，專利名稱「產生實質上具有單分散性的微滴之方法及裝置」中述及的方法及裝置，該件專利被完整地納入於本文，以作為參考。

第4圖實施例於使用時，先於第一槽體711注入液體52且高於該管體713頂端，液體52由該管體713流入第二槽體712，再由該流出口73經出水管74並利用動力件75注入該氣泡產生裝置6， 經由氣泡產生裝置6產生複數氣泡51分散於該液體52且輸送於該流入管2。於該流入管2輸送時，請同時參閱第2圖所示，因氣泡51密度較低會慢慢地移動至該流入管2上方位置處，當分散有複數氣泡的液體流經孔洞21時，位於該流入管2上方位置處之氣泡51會隨小部分液體噴出孔洞21，而往該容置空間11頂部浮升。當越來越多氣泡51被噴出孔洞21時，前方氣泡51會受到後方氣泡51之浮力推擠而朝管柱12內移動，移動至管柱12內之複數氣泡則在往上移動的過程中，形成最密堆疊的狀態，完成氣泡的分離及收集。

流入管2所含之該液體52大部分經由該連接管4進入該流出管3而流出該本體1。由孔洞21噴出之一小部分之液體52也可經由該間隙43進入該流出管3而流出該本體1。因此，該流出管3內之該液體52再經由該流入口72流入回收槽71之第一槽體711，進而形成液體循環再利用。

綜上所述，本發明提供一種較佳可行之氣泡分離裝置，爰依法提呈發明專利之申請；本發明之技術內容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之揭示而作各種不背離本案發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧本體

11‧‧‧容置空間

12‧‧‧管柱

2‧‧‧流入管

21‧‧‧孔洞

3‧‧‧流出管

4‧‧‧連接管

41‧‧‧第一端

42‧‧‧第二端

43‧‧‧間隙

51‧‧‧氣泡

52‧‧‧液體

6‧‧‧氣泡產生裝置

7‧‧‧液體回收裝置

71‧‧‧回收槽

711‧‧‧第一槽體

712‧‧‧第二槽體

713‧‧‧管體

72‧‧‧流入口

73‧‧‧流出口

74‧‧‧出水管

75‧‧‧動力件

第1圖為本發明中氣泡分離裝置之結構示意圖。 第2圖為本發明中氣泡分離裝置之使用示意圖。 第3圖為本發明中氣泡分離裝置之使用示意放大圖。 第4圖為本發明中氣泡分離裝置之另一結構示意圖。

Claims (7)

1. 一種氣泡分離裝置，其包含：一本體，係具有一容置空間且其頂部並配置有一相通之管柱；一流入管，位於該本體一側，該流入管深入於該容置空間設有一孔洞；一流出管，位於該本體一側且其位置係低於該流入管之位置；一連接管，位於該容置空間，該連接管之第一端係連接於該流入管，該連接管之第二端係對應於該流出管且兩者間具有一間隙；一氣泡產生裝置，連接於該流入管，提供分散有複數氣泡之液體；以及一液體回收裝置，係具有配置有一流入口以及一流出口之一回收槽，該流入口係連接於該流出管用以接收該液體，該液體並容置於該回收槽，該流出口則由一出水管連接於該氣泡產生裝置；其中，分散有複數氣泡之該液體由該流入管流入，該氣泡隨著小部分液體由該孔洞排出並往上浮升至該容置空間頂部，且經由該管柱匯集複數氣泡；而大部分液體則由該流入管繼續流動至該連接管，並經由該流出管流出該本體，由孔洞排出之小部分液體也由該間隙進入該流出管，全部液體得以匯集一起流出該本體。
2. 如請求項1所述之氣泡分離裝置，其中，該流入口之位置係高於該流出口。
3. 如請求項1所述之氣泡分離裝置，其中，該流入口之位置係高於該連接管之第二端。
4. 如請求項1所述之氣泡分離裝置，其中，該液體回收裝置進一步設有一動力件，其係連接於該出水管處。
5. 如請求項1至4任一項所述之氣泡分離裝置，其中，該連接管之第一端位置係高於該連接管之第二端。
6. 如請求項1至4任一項所述之氣泡分離裝置，其中，該管柱係由該容置空間之頂部往上延伸。
7. 如請求項1至4任一項所述之氣泡分離裝置，其中，該孔洞係位於該流入管之上方位置處。