[發明專利]基于3D打印的多噴嘴模塊及其大批量生產顆粒的裝置和技術

在審

• 申請號: 201611232616.7
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106622413A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 張莉;葉驃;黃逸超;韓騰騰;王攀峰;儲華龍
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;B29C64/10;B33Y10/00
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙)31230
• 代理人: 任艷霞

技術領域

本發明涉及微流控芯片制備微顆粒技術領域，尤其是涉及一種基于3D打印的多噴嘴模塊及其大批量顆粒生產技術。

背景技術

功能性微顆粒材料在生物工程、催化反應、化學吸附以及制藥領域等諸多方面均有重要應用。理想的球形顆粒需要較均勻的粒徑分布，化學性能穩定，對環境、生物等危害小，顆粒制備環節要求簡易快捷，容易控制顆粒粒徑，成本低廉，還要便于放大量產。然而在傳統的制備方法中，例如膜分散、機械攪拌、靜態混合、膠體磨和超聲分散等，雖然可有效地進行大規模的生產，但一般只能得到球形顆粒，所得聚合物材料尺寸的均一性與過程的可控性難以得到保證。因此如何制備尺寸均勻統一的微顆粒是當前研究的一個熱點。

微反應器或微流控等新技術是如今實現功能性微顆粒材料制備的主要平臺。微尺度下，微反應器或微流控設備體積小，安全，傳熱傳質效率高，使得生產效率大大提高。利用這種技術生產的微顆粒尺寸大小均勻，精度高且可控，能根據需求制備不同形貌的功能顆粒，同時方便于工業生產中大規模集成。

利用微反應器或微流控技術制備微顆粒的前提是能夠制備出尺寸精確的微流控顆粒生產芯片，進而保證制備出大小均勻的微液滴。目前微流控芯片的加工制造方法主要有硅/聚合物表面微加工、軟印、壓印、注射成型、激光燒蝕、PMMA熱壓法、LIGA技術、刻蝕技術、3D打印結合PDMS澆筑技術等，這些方法都是為了加工出尺寸精確的微流道，從而方便后續采用微流體法等制備粒徑均勻的顆粒。使用微流體法制備的微液滴大小均一，產量高，但它也有許多缺點：

(1)微流控中所需的剪切相通常為正辛烷、液體石蠟等有毒油類，還需要添加SP80等表面活性劑，所制備的液滴也會混有這些有毒物質，因此在醫療、食品、生物制藥領域中并不適用。

(2)微流控中連續相和分散相的流速比通常為6～10倍，當分散相粘度較大時，微液滴難以成型，即使到了20倍的流速比也不一定能成顆粒，因此在顆粒材質的選擇上有所局限。

(3)微流控法在分散相溶液中只能添加一些能溶解的試劑，對于一些固體顆粒容易造成微流道堵塞，不適合懸濁液制備顆粒。

(4)微流控法需要額外增加剪切相，因此另外需要增加注射泵，成本高，操作過程更難控制，干擾因素更多。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于3D打印技術的多噴嘴模塊大批量顆粒生產技術。

本發明的技術方案如下：

一種基于3D打印的多噴嘴模塊，其特征在于，所述噴嘴模塊由多個獨立單通道噴嘴集成，每個獨立單通噴嘴分別與液相分配器9和氣相分配器2連接，液相分配器9連接總進液口8，氣相分配器2連接總進氣口1，整個模塊3D打印一次成型。

根據本發明所述的基于3D打印的多噴嘴模塊，所述獨立單通道噴嘴設置輸液通道4，其一端與所述液相分配器9連接，另一端連接出液口7，液體通過輸液通道4從液相分配器9輸入，經中間流道從出液口7滴出；所述獨立單通道噴嘴設置輸氣通道3，其一端與所述氣相分配器2連接，另一端經同軸環隙流道5與出氣口6連接，氣體通過輸氣通道3從氣相分配器2輸入，經同軸環隙流道5從出氣口6噴出。在出液口7處，氣體對生成的液滴顆粒產生環向切割，吹落生成的液滴顆粒。

根據本發明所述的基于3D打印的多噴嘴模塊，獨立單通道噴嘴采用環隙吹氣結構，內層通液，外層通氣，整個噴嘴模塊采用環形對稱的設計結構，盡可能保證流體分配的均勻。中間液相流道出口高出環隙流道0.5mm。

根據本發明所述的基于3D打印的多噴嘴模塊，進一步，出液口7的內徑可選擇0.1～0.5mm，輸液通道的內徑可選0.3～2mm，出氣口與出液口的環間隙可選擇0.2～0.5mm，輸氣通道的內徑可選0.5～3mm。

根據本發明所述的基于3D打印的多噴嘴模塊，進一步，液相分配器9中進液口流道略高于各個輸液通道4入口。各個輸液通道入口4之間距離只有0.5mm，盡可能減小液相分配器直徑，增加分配均勻性。

根據本發明所述的基于3D打印的多噴嘴模塊，進一步，模塊的最小壁厚0.5mm。節約3D打印原料光敏樹脂，同時降低打印難度。

本發明還提供一種基于3D打印的多噴嘴模塊大批量顆粒生產裝置，所述裝置由空壓機，恒壓泵，流量計，多噴嘴模塊，注射泵，管路組成，空壓機作為氣源產生氣體，經恒壓泵達到穩定設定的壓力，經流量計讀出流量示數，最終進入噴嘴模塊制備液滴。