摘要:本發明公開了一種基於相界麵牽引的水凝膠微球製造裝置及方法，屬於凝膠材料製備技術領域，裝置包括傳動機構和支撐機構，傳動機構和支撐機構相連接，傳動機構包括連杆組件和動力組件，支撐機構包括第一支撐組件和第二支撐組件。本發明采用上述的一種基於相界麵牽引的水凝膠微球製造裝置及方法，區別於液滴微流控法高速流動的油相，重點在於管路的往複運動，利用界麵張力的牽引，在溫和條件下形成大小可控的微液滴，其生產速度取決於步進電機轉速和接受池的麵積，油相可反複使用，且效率高於常見的微球生產方法。

液滴微流控法、機械乳化法和靜電法是目前常用的微滴製造方法。液滴微流控法和機械乳化法需要消耗大量油相和乳化劑，微球固化洗滌步驟繁瑣，生產成本高，此外微流控芯片的使用壽命短，管路易堵塞，影響生產效率。高壓靜電法適用於批量製造粒徑不小於500μm的微球，但液滴所受靜電力難以精準控製，無法穩定產生小體積液滴，固化後的微球粒徑均一性較差。此類方法受限於水相前驅液粘度，難以預估微球大小，需要反複調試生產參數。

發明內容

本發明的目的是提供一種基於相界麵牽引的水凝膠微球製造裝置及方法，區別於液滴微流控法高速流動的油相，重點在於管路的往複運動，利用界麵張力的牽引，在溫和條件下形成大小可控的微液滴，其生產速度取決於步進電機轉速和接受池的麵積，油相可反複使用，且效率高於常見的微球生產方法。

基於相界麵牽引的水凝膠微球製造方法，采用上述所述的一種基於相界麵牽引的水凝膠微球製造裝置，包括以下步驟：

步驟一、將裝置安裝好，並在針管7的下端放置油相；

步驟二、啟動步進電機和注射泵，步進電機帶動主動輪8進行轉動，主動輪8帶動第一連杆1進行上下移動，第一連杆1帶動第二連杆2上下移動，第二連杆2帶動針管支架6進行上下移動，針管支架6帶動針管7上下移動；其中，電機轉速為89-200rpm，注射泵泵速0.22-0.89μL/s。

步驟三、注射泵將水凝膠前驅液以恒定速度推注，針管7上下移動時，針管7的針頭進出油相，管口擠出的水凝膠前驅液受界麵張力牽引形成一個微液滴留在油相，並在下落時通過離子或光固化變為水凝膠微球。

步驟三中水凝膠前驅液為含有海藻酸鈉、明膠、丙烯酰胺的具有凝膠特性的物質，且水凝膠前驅液的密度大於油相密度，且與油相不互溶，油相可以為任意低粘度的液體。

實施例1

本發明提供了一種基於相界麵牽引的水凝膠微球製造方法，采用上述的一種基於相界麵牽引的水凝膠微球製造裝置，包括以下步驟：

步驟一、將裝置安裝好，並在針管7的下端放置油相，其中步進電機為42步進電機，其餘結構均使用3D打印機(Phrozen Sonic Mini S)和光固化樹脂(錦朝MD5100)製備；

步驟二、啟動步進電機和注射泵，步進電機轉速為530rpm，步進電機帶動主動輪8進行轉動，主動輪8帶動第一連杆1進行上下移動，第一連杆1帶動第二連杆2上下移動，第二連杆2帶動針管支架6進行上下移動，針管支架6帶動針管7上下移動；

步驟三、注射泵將水凝膠前驅液推注，針管7上下移動時，針管7的針頭進出油相，針管7管口擠出的水凝膠前驅液受界麵張力牽引形成一個微液滴留在油相，並在下落時通過離子或光固化變為水凝膠微球，其中油相為液體石蠟(貨號S68179，上海源葉生物科技有限公司)，下層凝固浴為2.5％CaCl2

的水溶液，水凝膠前驅液為3％果膠(酯化度30％蘋果皮果膠，煙台安德烈果膠有限公司)水溶液，穩定連續生產直徑為600μm的水凝膠微球，如圖1所示，避免了液滴微流控技術中常見的漏液、管路堵塞或液滴融合等隱患。

微球大小通過注射泵泵速和步進電機轉速控製。當泵速固定為0.4μL/s，修改轉速為89rpm得到直徑800μm的微球，轉速為133rpm得到直徑700μm微球，轉速為210rpm得到直徑600μm微球，轉速為363rpm得到直徑500μm微球。當轉速固定為200rpm時，泵速為0.89μL/s得到直徑800μm微球，泵速為0.60μL/s得到直徑700μm微球，泵速為0.38μL/s得到直徑600μm微球，泵速為0.22μL/s得到直徑500μm微球。

相對於液滴微流控和靜電法製造微液滴，本發明不需要通過顯微觀察反複調整油水相泵速或靜電場強度等參數，不依賴流體力學經驗公式預測微滴形態，僅通過注射泵/蠕動泵/氣壓泵泵速和電機轉速即可準確控製產物最終粒徑。

因此，本發明采用上述一種基於相界麵牽引的水凝膠微球製造裝置及方法，區別於液滴微流控法高速流動的油相，重點在於管路的往複運動，利用界麵張力的牽引，在溫和條件下形成大小可控的微液滴，其生產速度取決於步進電機轉速和接受池的麵積，油相可反複使用，且效率高於常見的微球生產方法。