[发明专利]一种基于机械驱动产生高压的微囊制作系统

说明书

本发明提出的一种机械驱动产生高压的微囊制作系统，属于微纳制造技术领域，包括依次连接的机械能输入装置、摩擦纳米发电机、整流/升压电路和微囊发生装置；所述机械能输入装置驱动所述摩擦纳米发电机产生kV级电压和mA级电流，产生的电压通过所述整流/升压电路后调整为稳定的kV级电压并输入至所述微囊发生器中。本发明将摩擦纳米发电机和生物微囊制造结合起来，通过机械运动摩擦产生高压静电场，使针头喷射出的液滴直径大幅下降；摩擦纳米发电机产生高电压的同时电路中的电流很小，对操作者非常安全，且对生物细胞也不构成威胁，为生物微囊提供了一种安全、可控、简洁、低成本的制造平台。

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，尤其涉及一种基于机械驱动产生高压的微囊制作系统。

背景技术

细胞微囊技术是一种用生物相容的半透膜来包裹细胞形成微胶囊，并在此基础上对细胞进行进一步培养的技术。该生物相容的半透膜可以使电解质、营养物质和氧气等小分子通过来支持细胞的生命活动，一些小分子生物质和细胞的代谢物也可以通过半透膜被排除细胞，另外对细胞有伤害的大分子物质则不能通过半透膜。细胞微囊技术可以实现细胞的三维培养和药物的定向释放，因而在细胞移植和医学上有广泛的应用，被列为治疗癌症、肾功能受损、帕金森症等的21世纪的关键技术之一。

细胞微囊的制造主要过程包括获得微小液滴和液滴微囊化两个过程。在获得微小液滴的过程中，液滴从毛细管中流出时，由于粘滞力和表面张力的作用，会在针头处滞留积累，直至形成直径较大的液滴时才会在重力的作用下从针头脱落，进入接收装置中发生反应形成微囊。因此在未施加外力的情况下无法获得直径微米级的微囊。目前已有的微囊制作系统按工作原理可分为两类，一类是空气流体微囊制作系统，以瑞士Nisco公司为代表，其主要原理为利用具有一定速度的气流切割液体形成微球，该类微囊制作系统的问题在于成囊直径较大(一般大于400微米)且大小均匀性差，一定程度上影响微囊的使用效果；另一类是商业电源高压静电微囊发生器，例如中国专利CN201735389U公开了一种用于微囊成形的新装置及高压静电场发生装置，其原理为利用商业电源产生高压，以静电力驱动液体克服表面张力和粘滞力，成囊均匀稳定，但是该类微囊发生器存在电流大小不可控，存在容易杀死细胞以及成本高昂的问题。

摩擦纳米发电机是一种新型的发电装置，其基于摩擦起电和静电感应原理，把运动中的机械能转换为电能输出。与传统的电磁、光、核等发电方式相比，摩擦纳米发电机原理简单、成本低廉，输出电压高。目前有关摩擦发电机领域的研究工作主要集中在新结构、新材料和新应用上，而在应用过程中关键的一环便是整流、降压等电源管理技术，使摩擦发电机的输出电压和电流符合主流电子器件的额定电压/电流范围。但是，降电压、增电流的技术舍弃了摩擦发电机直接输出出脉冲高电压的优势，将其与需要高电压低电流的设备相结合是另一值得研究的方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提出一种基于机械驱动产生高压的微囊制作系统，利用简单的机械输入，使摩擦发电机产生足够的高压，经过倍压整流后在针头和接收装置之间形成高压静电场，带动针头中的液体克服粘滞力和表面张力，从针头喷出极小的液滴并与接收装置中的交联剂发生反应，从而形成直径几十到几百微米的微囊。该发明不仅拓展了摩擦纳米发电机在高压领域的应用，同时使得微囊制造过程变得安全、轻便、成本低廉且不再依赖电网。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种机械驱动产生高压的微囊制作系统，其特征在于，包括依次连接的机械能输入装置、摩擦纳米发电机、整流/升压电路和微囊发生装置；所述机械能输入装置驱动所述摩擦纳米发电机产生kV级电压和mA级电流，产生的电压通过所述整流/升压电路后调整为稳定的kV级电压并输入至所述微囊发生器中。