[发明专利]基于3D打印的多喷嘴模块及其大批量生产颗粒的装置和技术

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片制备微颗粒技术领域，尤其是涉及一种基于3D打印的多喷嘴模块及其大批量颗粒生产技术。

背景技术

功能性微颗粒材料在生物工程、催化反应、化学吸附以及制药领域等诸多方面均有重要应用。理想的球形颗粒需要较均匀的粒径分布，化学性能稳定，对环境、生物等危害小，颗粒制备环节要求简易快捷，容易控制颗粒粒径，成本低廉，还要便于放大量产。然而在传统的制备方法中，例如膜分散、机械搅拌、静态混合、胶体磨和超声分散等，虽然可有效地进行大规模的生产，但一般只能得到球形颗粒，所得聚合物材料尺寸的均一性与过程的可控性难以得到保证。因此如何制备尺寸均匀统一的微颗粒是当前研究的一个热点。

微反应器或微流控等新技术是如今实现功能性微颗粒材料制备的主要平台。微尺度下，微反应器或微流控设备体积小，安全，传热传质效率高，使得生产效率大大提高。利用这种技术生产的微颗粒尺寸大小均匀，精度高且可控，能根据需求制备不同形貌的功能颗粒，同时方便于工业生产中大规模集成。

利用微反应器或微流控技术制备微颗粒的前提是能够制备出尺寸精确的微流控颗粒生产芯片，进而保证制备出大小均匀的微液滴。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、软印、压印、注射成型、激光烧蚀、PMMA热压法、LIGA技术、刻蚀技术、3D打印结合PDMS浇筑技术等，这些方法都是为了加工出尺寸精确的微流道，从而方便后续采用微流体法等制备粒径均匀的颗粒。使用微流体法制备的微液滴大小均一，产量高，但它也有许多缺点：

(1)微流控中所需的剪切相通常为正辛烷、液体石蜡等有毒油类，还需要添加SP80等表面活性剂，所制备的液滴也会混有这些有毒物质，因此在医疗、食品、生物制药领域中并不适用。

(2)微流控中连续相和分散相的流速比通常为6～10倍，当分散相粘度较大时，微液滴难以成型，即使到了20倍的流速比也不一定能成颗粒，因此在颗粒材质的选择上有所局限。

(3)微流控法在分散相溶液中只能添加一些能溶解的试剂，对于一些固体颗粒容易造成微流道堵塞，不适合悬浊液制备颗粒。

(4)微流控法需要额外增加剪切相，因此另外需要增加注射泵，成本高，操作过程更难控制，干扰因素更多。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于3D打印技术的多喷嘴模块大批量颗粒生产技术。

本发明的技术方案如下：

一种基于3D打印的多喷嘴模块，其特征在于，所述喷嘴模块由多个独立单通道喷嘴集成，每个独立单通喷嘴分别与液相分配器9和气相分配器2连接，液相分配器9连接总进液口8，气相分配器2连接总进气口1，整个模块3D打印一次成型。

根据本发明所述的基于3D打印的多喷嘴模块，所述独立单通道喷嘴设置输液通道4，其一端与所述液相分配器9连接，另一端连接出液口7，液体通过输液通道4从液相分配器9输入，经中间流道从出液口7滴出；所述独立单通道喷嘴设置输气通道3，其一端与所述气相分配器2连接，另一端经同轴环隙流道5与出气口6连接，气体通过输气通道3从气相分配器2输入，经同轴环隙流道5从出气口6喷出。在出液口7处，气体对生成的液滴颗粒产生环向切割，吹落生成的液滴颗粒。

根据本发明所述的基于3D打印的多喷嘴模块，独立单通道喷嘴采用环隙吹气结构，内层通液，外层通气，整个喷嘴模块采用环形对称的设计结构，尽可能保证流体分配的均匀。中间液相流道出口高出环隙流道0.5mm。

根据本发明所述的基于3D打印的多喷嘴模块，进一步，出液口7的内径可选择0.1～0.5mm，输液通道的内径可选0.3～2mm，出气口与出液口的环间隙可选择0.2～0.5mm，输气通道的内径可选0.5～3mm。

根据本发明所述的基于3D打印的多喷嘴模块，进一步，液相分配器9中进液口流道略高于各个输液通道4入口。各个输液通道入口4之间距离只有0.5mm，尽可能减小液相分配器直径，增加分配均匀性。

根据本发明所述的基于3D打印的多喷嘴模块，进一步，模块的最小壁厚0.5mm。节约3D打印原料光敏树脂，同时降低打印难度。

本发明还提供一种基于3D打印的多喷嘴模块大批量颗粒生产装置，所述装置由空压机，恒压泵，流量计，多喷嘴模块，注射泵，管路组成，空压机作为气源产生气体，经恒压泵达到稳定设定的压力，经流量计读出流量示数，最终进入喷嘴模块制备液滴。