[发明专利]自动化纳米气泡制备装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自动化纳米气泡制备装置及其制备方法，制备装置包括箱体、控制中心、运动单元、温控单元、充排气单元、反应瓶、连通管和注射器，控制中心设置在箱体内，反应瓶通过连通管与注射器相连，运动单元包括步进电机、电动运动平台、气缸、顶塞夹头、注射器夹头和反应瓶夹头，步进电机与控制中心相连。制备方法包含以下步骤：a、启动装置；b、排气和充气；c、安装注射器和反应瓶；d、将温度调节至设定温度；e、设定步进电机运动模式；f、步进电机按照设定模式运动；g、停止装置。本发明利用水力空化的原理，由全自动设备，通过注射器反复喷出的高速水流产生纳米气泡，可批量制备浓度可调、尺寸均匀可控的纳米颗粒包裹纳米气泡。

技术领域

本发明属于纳米技术领域，具体为一种自动化纳米气泡制备装置及其制备方法。

背景技术

纳米气泡是在溶液中尺寸在数百纳米及以下的微小气泡。根据众多文献报道，水中的纳米气泡具有以下几个特性：

(1)具有很强的稳定性：常温常压下通常可以保存10天以上；

(2)具有很强的吸附能力：工业上常用微纳气泡吸附微小颗粒；

(3)具有很强的声学特性：微纳气泡作为超声造影剂用于临床。

目前纳米气泡制备的方法主要有机械搅拌、电解、超声空化等。机械搅拌通过电机带动涡轮转动，剪切水流形成纳米气泡，在制备大体量的纳米气泡上有一定优势，但是因为样品直接和电机接触，有可能被杂质污染，而且制备纳米气泡浓度较低。电解法可以在一个小体系内完成，但是由于气泡由电解产生，在制备特殊气体气泡的时候如六氟化硫气泡，此方法不可行。超声空化也存在制备气泡浓度较低、粒径分布宽等缺点。尤其当前携载纳米颗粒的气泡制备方法仍采用传统的乳液法、超声空化法以及微流道法等，这些方法制备的气泡是微米尺度，但是关于均匀可控的纳米尺度的气泡暂无报道。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种自动化纳米气泡制备装置，本发明的另一目的是提供一种制备气泡尺寸均一、形貌数量可控的自动化纳米颗粒自组装纳米气泡的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种自动化纳米气泡制备装置，包括箱体、控制中心、运动单元、温控单元、充排气单元、反应瓶、连通管和注射器，控制中心设置在箱体内，温控单元分别与反应瓶和控制中心相连，运动单元与箱体固定连接，反应瓶通过连通管与注射器相连，运动单元包括步进电机、电动运动平台、气缸、顶塞夹头、注射器夹头和反应瓶夹头，步进电机与控制中心相连，运动单元使用步进电机作为动力，步进电机带动注射器顶塞运动，从而实现纳米颗粒自组装成可控的纳米气泡结构，气缸用于带动反应瓶夹头升降。

控制中心包括串口屏、Micro Python核心板、串口电平转换模块和步进电机驱动器，根据步进电机的控制原理，串口屏发送指令给Micro Python核心板，Micro Python核心板生成不同频率的脉冲波给步进电机驱动器，通过生成脉冲的个数实现对步进电机运动距离的控制。温控单元为TEC温控器，实时读取温度，通过发送数据到控制单元来实现目标温度的设定。顶塞夹头通过底部的滑块与电动运动平台的滑槽滑动连接。排气单元包括气罐、气泵、电磁阀和橡胶管。连通管有三个支管和一个中间体，支管上分别有一个阀门。

本发明所述的一种自动化纳米颗粒自组装纳米气泡的制备方法，包含以下步骤：

a、启动自动化纳米气泡制备装置；

b、排掉注射器和反应瓶中的空气，向注射器和连通管中充入不与水发生化学反应且难溶于水的气体，气体可为六氟化硫、全氟化碳气体、一氧化氮、硫化氢、一氧化碳、氧气、氢气或氦气，反应瓶中有去离子水和纳米颗粒，纳米颗粒为超顺磁性氧化铁纳米颗粒、金纳米颗粒或银纳米颗粒；

c、安装好注射器和反应瓶，用顶塞夹头夹紧注射器的顶塞，用注射器夹头夹紧注射器的瓶身，用反应瓶夹头夹紧反应瓶的瓶身，注射器的针头在液面以上；