TWI599408B

TWI599408B - 微粒噴頭

Info

Publication number: TWI599408B
Application number: TW105134610A
Authority: TW
Inventors: 劉宗鑫; 洪正翰; 林英傑; 潘正堂; 黃堯焜; 呂英誠
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2017-09-21
Also published as: US10335754B2; TW201815483A; US20180111103A1

Description

微粒噴頭

本發明係關於一種微粒噴頭，特別關於一種用以大量生產微粒之微粒噴頭。

微粒(microparticle)又稱為微球(microsphere)，係泛指粒徑介於1~1000μm之小型球型顆粒，常被應用於作為藥劑釋放之微載體(microcarrier)，藉由其靶向性、控釋性、穩定性、安定性及表面可修飾性等特點，成為新興的給藥技術之一。

由於微粒的粒徑較小，該如何成形粒徑均一的微粒，使每一顆微粒可以具有一致的藥劑釋放效果，因而成為成形微粒的首要目標；舉例而言，藉由如第1圖所示之習知微流道結構9來成形微粒，即可以成形粒徑較為均一的微粒。

請參照第1圖所示，該習知微流道結構9具有一Y型分岔流道91、一固化劑注入孔92、一材料溶液注入孔93及一十字型微流道94，該Y型分岔流道91與該十字型微流道94連接，其中該Y型分岔流道91之分流道與該固化劑注入孔92連通，該固化劑注入孔92可以供注入一固化劑溶液，及該Y型分岔流道91之另一分流道與該材料溶液注入孔93連通，以供一材料溶液注入，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94連通；此外，一油相溶液由該十字型微流道94之其中二端注入，利用該油相溶液注入該十字型微流道94之剪應力使流入該十字型微流道94之該預固化混合溶液形成各自分離之乳膠晶球，最終成形為一微粒。

儘管藉由上述習知微流道結構9可以成形粒徑較為均一的微粒，惟該習知微流道結構9卻存在不容易進行量產的缺點，有鑑於此，確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明係提供一種微粒噴頭，可以大量生產用以大量生產微粒者。

本發明之一種微粒噴頭，係包含：一噴頭本體，具有相對之一第一端及一第二端，該噴頭本體包含一貫通孔、一震盪組件及一擴幅部，該震盪組件及該擴幅部相互連接，該擴幅部設置於該第一端及第二端之間，該貫通孔由該第一端貫穿該擴幅部並延伸至該第二端；及一管件組，設於該貫通孔內，且包含一第一管及一第二管，該第一管環繞該第二管設置，該第一管與該第二管之間形成一第一流道，該第二管內形成一第二流道，該第一流道及該第二流道用以分別供二流體沿該噴頭本體之第一端朝向第二端之方向流動，該第一管之相對二端分別形成連通該第一流道之一第一注入口及數個第一流出口，該第二管之相對二端分別形成連通該第二流道之一第二注入口及一第二流出口，該第二流出口與該數個第一流出口之間形成一成形空間；如此，藉由該管件組之第一管與第二管的設計，可以於該數個第一流出口處形成雙層液膜，並藉由該震盪組件及該擴幅部的共同作用所產生的振動能，進一步降低形成於該數個第一流出口處之雙層液膜的厚度，進而能夠成為雙層微粒滴並落入該容槽中，因而可以大量生產尺寸均一的雙層微粒，為本發明之功效。

本發明之微粒噴頭，其中，各該數個第一流出口具有一孔徑，相鄰之二第一流出口之間具有一孔壁間距，該孔壁間距為該孔徑的至少2倍；如此，使形成於該數個第一流出口處的液膜更容易吸收該震盪組件與該振幅部所共同產生的振動能而形成駐波。

本發明之微粒噴頭，其中，該第一管之一端由一套件構成，該套件具有該數個第一流出口；如此，工者可以依據需求更換該套件，不僅可以提升使用便利性，更由於無須替換整個該微粒噴頭，以達到降低該微粒噴頭的購置成本。

本發明之微粒噴頭，其中，該震盪組件包含一壓電部，且該貫通孔由該第一端依序貫穿該壓電部及擴幅部並延伸至該第二端；如此，可以提升該壓電部與該擴幅部的接觸面積，而能夠有效將該振動能傳遞至該擴幅部。

〔本發明〕

1‧‧‧噴頭本體

1a‧‧‧第一端

1b‧‧‧第二端

11‧‧‧貫通孔

12‧‧‧壓電部

13‧‧‧擴幅部

2‧‧‧管件組

21‧‧‧第一管

21a‧‧‧第一端

21b‧‧‧第二端

211‧‧‧第一定位部

212‧‧‧第一注入口

213‧‧‧第一流出口

22‧‧‧第二管

22a‧‧‧第一端

22b‧‧‧第二端

221‧‧‧第二定位部

222‧‧‧第二注入口

223‧‧‧第二流出口

23‧‧‧套件

3‧‧‧微粒半成品

3a‧‧‧內層

3b‧‧‧中間層

3c‧‧‧外層

4‧‧‧微粒成品

4a‧‧‧內層

4b‧‧‧外層

D1‧‧‧孔徑

D2‧‧‧孔壁間距

F1‧‧‧第一流體

F2‧‧‧第二流體

F3‧‧‧第三流體

G‧‧‧超音波生成器

S1‧‧‧第一流道

S2‧‧‧第二流道

S3‧‧‧成形空間

T‧‧‧容槽

〔習知〕

9‧‧‧習知微流道結構

91‧‧‧Y型分岔流道

92‧‧‧固化劑注入孔

93‧‧‧材料溶液注入孔

94‧‧‧十字型微流道

第1圖：習知微流道結構的示意圖。

第2圖：本發明之一實施例的微粒噴頭的立體分解圖。

第3圖：第2圖之微粒噴頭的側視剖面圖。

第4圖：第2圖之微粒噴頭的局部放大圖。

第5圖：第2圖之微粒噴頭的使用狀態示意圖。

第6圖：經第2圖之微粒噴頭所製得的一種微粒半成品示意圖。

第7圖：第6圖之微粒半成品所製得的微粒成品示意圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2、3圖所示，本發明之微粒噴頭的一實施例中，該微粒噴頭包含一噴頭本體1及一管件組2，該噴頭本體1包含一貫通孔11，該管件組2設於該貫通孔11內。

詳而言之，該噴頭本體1具有相對之一第一端1a及一第二端1b，且包含一震盪組件及一擴幅部13，該震盪組件可以直接或間接連結該擴幅部13，該擴幅部13設置於該第一端1a及該第二端1b之間，且該貫通孔11由該第一端1a貫穿該擴幅部13並延伸至該第二端1b，於本實施例中，該震盪組件包含一壓電部12，該壓電部12接受來自一超音波生成器G(如第5圖所示)的高頻電能時，可以將該高頻電能轉變為振動能，並且進一步將該振動能傳遞至該擴幅部13，因而使該噴頭本體1之第二端1b可以具有最大的震動振幅。於本實施例中，該壓電部12直接連接該擴幅部13，且該貫通孔11由該第一端1a依序貫穿該壓電部12及擴幅部13並延伸至該第二端1b；如此可以提升該壓電部12與該擴幅部13的接觸面積，而能夠有效將該振動能傳遞至該擴幅部13。

再請參照第2、3圖所示，該管件組2內部形成一第一流道S1及一第二流道S2。於本實施例中，該管件組2包含一第一管21及一第二管22，該第一管21環繞該第二管22設置，該第一管21與該第二管22之間形成一第一流道S1，該第二管22內形成一第二流道S2。

該第一管21係能夠以其外壁結合該噴頭本體1之貫通孔11，舉例而言，該第一管21之外徑可以略大於或等於該貫通孔11的孔徑，使該第一管21能夠以緊配合的方式結合該噴頭本體1之貫通孔11；又或者，如第2、3圖所示，該第一管21具有相對之一第一端21a及一第二端21b，該第一管21之第一端21a可以設有一第一定位部211，該第一定位部211的最大外徑大於該貫通孔11的孔徑，以透過該第一定位部211使該第一管21可以定位於一預定位置。

又，該第一管21之第一端21a及第二端21b分別形成一第一注入口212及數個第一流出口213，該第一注入口212及該數個第一流出口213均連通該第一流道S1，用以供一第一流體F1沿該噴頭本體1之第一端1a朝向第二端1b之方向流動(如第5圖所示)。於本實施例中，該第一管21之第二端21b由一套件23構成，且該套件23具有該數個第一流出口213；如此工者即可以依據需求更換該管件2，或是依據需求更換該套件23，不僅可以提升使用便利性，更由於無須替換整個該微粒噴頭，以達到降低該微粒噴頭的購置成本。

據此，工者能夠以一第一流速v1自該第一注入口212注入該第一流體F1(如第5圖所示)，使該第一流體F1經由該第一流道S1流動，並且藉由表面張力於各該第一流出口213處形成液膜；並且，形成於各該第一流出口213處之液膜可以吸收該壓電部12及該擴幅部13的共同作用所產生的振動能並形成駐波，而降低該液膜的厚度，進而能夠以均勻且微細的噴霧形式脫離各該第一流出口213。

續請參照第4圖所示，各該數個第一流出口213具有孔徑D1，相鄰之二第一流出口213之間具有孔壁間距D2，該孔壁間距D2較佳為該孔徑D1的至少2倍，藉此使形成於該數個第一流出口處的液膜更容易吸收該壓電部與該振幅部所共同產生的振動能而形成駐波。

再請參照第2、3圖所示，該第二管22具有相對之一第一端22a及一第二端22b，該第二管2之第一端22a可以設有一第二定位部221，該第二定位部221可以結合該第一管21之第一定位部211，以間接使該第二管2可以定位於一預定位置。

該第二管22之第一端22a及第二端22b分別形成一第二注入口222及一第二流出口223，該第二注入口222及該第二流出口223均連通該第二流道S2，用以供一第二流體F2沿該噴頭本體1之第一端1a朝向第二端1b之方向流動(如第5圖所示)。據此，工者能夠以一第二流速v2自該第二注入口222注入該第二流體F2(如第5圖所示)，使該第二流體F2經由該第二流道S2流動，並且藉由表面張力於該第二流出口223處形成液膜。

請參照第3圖所示，值得注意的是，為了使該第二流體F2可以於該第二流出口223處形成完整的液膜，且使該第一流體F1可以包圍該第二流體F2所形成的液膜，該第二管22之第二流出口223與該第一管21之數個第一流出口213之間較佳形成一成形空間S3，該成形空間S3連通該第二管22之第二流出口223與該第一管21之數個第一流出口213。

此外，該第一管21及該第二管22的材質較佳可以選擇為能夠抗該第一流體F1、該第二流體F2沾黏者，或者亦可以於該第一管21及該第二管22之內壁形成足以抗該第一流體F1、該第二流體F2沾黏之塗層，藉此提升該第一流體F1、該第二流體F2於該第一流道S1、該第二流道S2內部的流動順暢性。此外，該第一管21及該第二管22之內徑大小則必須考慮自該第一注入口212、該第二注入口222注入該第一流體F1、該第二流體F2的流量與壓力，且該第一管21及該第二管22之內徑越小，該第一流體F1、該第二流體F2的壓力變化更敏感，將會有更好的微流控效果。

請參照第5圖所示，如此，本實施例之微粒噴頭於實際使用時，工者係可以於一容槽T中裝載一第三流體F3，並將該管件組2設於該噴頭本體1之貫通孔11，使該第一管21之數個第一流出口213朝向該容槽T，即完成該微粒噴頭的設置。

工者接著可以經由該第二注入口222，以該第二流速v2將該第二流體F2注入該第二流道S2，使該第二流體F2於該第二流出口223形成一單層液膜，並經由該第一注入口212，以該第一流速v1將該第一流體F1注入該第一流道S1，該第一流速v1大於該第二流速v2，以藉由該第一流速v1與該第二流速v2之間的流速差產生一剪切力，使該第一流體F1可以於該成形空間S3中包圍及剪切該第二流體F2成形於該第二流出口223處的單層液膜(如第5圖所示)，並且進一步於該數個第一流出口213 處藉由其表面張力形成數個雙層液膜。

工者續可以開啟該超音波生成器G，使該超音波生成器G所生成的高頻電能傳遞至該壓電部12，藉由該壓電部12轉變為振動能，並藉由與該壓電部12相連之擴幅部13，使形成於各該第二流出口213處之雙層液膜可以吸收該振動能並形成駐波，且當形成於各該第二流出口213處之雙層液膜所吸收之振動能突破該雙層液膜的表面張力時，即會自該數個第二流出口213指向性地噴灑出具有均勻大小的數個雙層微粒滴，並落入該容槽T中。

微粒滴的粒徑d_p可以Robert J.Lang於1962年提出之公式表示：d_p=0.34‧λ

λ=((8‧π‧θ)/(ρ‧f²))^1/3

其中，λ為駐波之波長，θ為流體的表面張力，ρ為流體的密度，f為振動頻率。由以上公式可知，欲得到較小的粒徑只須將振動頻率提高即可。

此時，裝載於該容槽T之中的第三流體F3即可以包覆於該雙層微粒滴的外層(即，〝乳化現象〞)，而可以於該容槽T中形成如第6圖所示之微粒半成品3，該微粒半成品3包含由該第二流體F2所形成之內層3a、由該第一流體F1所形成之中間層3b，以及由該第三流體F3所形成之外層3c。

接著，工者可以收集於該容槽T中的數個微粒半成品3，將該數個微粒半成品3以熱風乾燥等乾燥法，以蒸發由該第三流體F3所形成之外層3c，即可以成形數個微粒成品4，該微粒成品4僅包含由該第二流體F2所形成之內層4a及該第一流體F1所形成之外層4b(如第7圖所示)。

又，依據相同的技術概念，工者更可以藉由使該管件組2包含設於該第二管22內部之第三管(圖未示)，藉此製得多於雙層之多層微粒，此為本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以瞭解，於此不再贅述。

綜合上述，本發明之微粒噴頭可以藉由該管件組之第一管與第二管的設計，可以於該數個第一流出口處形成雙層液膜，並藉由該壓電部及該擴幅部的共同作用所產生的振動能，可以降低形成於該數個第一流出口處之雙層液膜的厚度，進而能夠成為雙層微粒滴並落入該容槽中，因而可以大量製造尺寸均一的雙層微粒，並適用於各種需要大量生產微粒之場合(如，作為微載體之微粒的製造，或應用於微粒噴霧領域)為本發明之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。