[发明专利]制备微球的装置和制备微球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微球制备技术领域，尤其是涉及生物打印的生物墨汁制备领域，特别涉及一种制备微球的装置和制备微球的方法。

背景技术

生物打印领域的生物墨汁中包括具有生物活性的微球。该微球通常以包含细胞的胶原溶液作为主要原材料。在制作微球时，首先将该主要原材料作为构成核芯的组成成分的核芯液分成预设粒径大小的核芯液液滴，再基于该核芯液液滴形成微球，以满足3D生物打印时形成生物组织或器官的需求。现有技术的微球通常是不分层的单一球状结构，此时，单一球状结构仅由核芯液液滴固化后成形。

生物3D打印领域对用于生物墨汁的微球制备成型后的粒径以及尺寸一致性有较高的要求，并且需要制得的微球兼具生物学功能和一定的机械强度。

现有技术中，制造生物3D打印所需的生物墨汁时，主要通过以下两种方法生成核芯液液滴：

一、采用振动或脉冲法分液。

主要利用叠加振动作用，将层流状态的液体喷射流分成尺寸相等的液滴，生成液滴的粒径和数量与选择的振动或脉冲频率相关。采用振动或脉冲法制得的液滴粒径较大，所生成的液滴的粒径范围通常是0.15～2mm。

二、采用微量液体分液仪分液。

利用空气活塞的原理使液体分液至微量体积。借助精密进样针头以及后续的分液动力装置，可以分得的液量最小在0.1μL，其制得的液滴粒径通常在500μm以上。微量液体分液仪可以是移液枪或精密进样针等。

本申请的申请人还提出了一种用于生物墨汁的具有生物活性的微球。该微球为沿微球的径向分层设置的分层球状结构。

分层球状结构一般是利用成膜材料将固体、液体或气体等材料包覆于成膜材料中，其直径为1～1000μm。分层球状结构例如可以包括核芯和在核芯径向外侧的包覆层两层结构。核芯由核芯液形成，包覆层则由包覆液形成。

由于生物打印技术产生的生物组织和器官均要求具有一定的生物学功能，因此，用于生物墨汁的前述具有生物活性的分层球状结构的核芯通常由包含细胞的胶原溶液形成。在制备分层球状结构时，需要在核芯外再形成包覆层。由于生物组织和器官的结构均非常精细，因此，该分层球状结构的粒径通常需要控制在10～200μm之间，并且尺寸精度要求非常高。

现有技术中采用生化室实验室手动制备工艺来制备分层球状结构，其中最常用的制备微球的方法是锐孔法。锐孔法通常将核芯液和包覆液混合形成混合溶液，然后对盛装有核芯液和包覆液的混合溶液的滴管或注射器等滴液装置施加振动或电压脉冲将混合溶液滴入固化剂中，混合溶液在固化剂中迅速固化从而形成分层球状结构。

相应地，现有的制备微球的装置，通常也是基于锐孔法来制备分层球状结构。其包括振动(或脉冲)施加装置、滴液装置和设置在滴液装置下方的反应容器。其中，振动(或脉冲)施加装置对滴液装置内的溶液的流动通道部位施加一定频率和一定振幅的振荡使溶液射流断裂形成预设粒径大小的液滴。滴液装置则在振动(或脉冲)施加装置的作用下将混合溶液滴入反应容器中。反应容器中盛放有固化剂，滴入反应容器中的混合溶液在固化剂的作用下固化形成分层球状结构。

在实现本发明的过程中，设计人员经过分析研究发现，现有的制备微球的方法和制备微球的装置存在以下几方面的问题：

1、制造生物墨汁的微球所需的核芯液液滴通常具有特殊的性能要求，采用振动或脉冲法分液容易影响制得的液滴的性能。例如，如果要求核芯液液滴内含有生物活性细胞、核芯液液滴的粒径为比较小的、几百微米的粒径，如10～200μm，采用振动或脉冲法分液就难以满足该核芯液液滴的制备要求。核芯液液滴的较小的粒径意味着需要更高的振动频率，而在分液过程中采用较高的振动频率通常会对核芯液中含有的细胞造成严重的损害和影响，从而影响细胞的活性以及生物性功能实现。同样地，对于分层球状结构，通过振动或脉冲法进行分液，也会影响核芯液以及包覆液的性能和分层结果，如粘性较高的物质，可能会产生每次分液量不均匀和/或分液形成的形状不统一。因此，通过振动或脉冲法进行分液会影响分层球状结构的性能，尤其对于有特殊性能要求的分层球状结构，例如核芯含有细胞和/或要求各个分层精确区分的分层球状结构，振动或脉冲分液法的不利影响更加突出。