摘要:本发明公开了一种基于相界面牵引的水凝胶微球制造装置及方法，属于凝胶材料制备技术领域，装置包括传动机构和支撑机构，传动机构和支撑机构相连接，传动机构包括连杆组件和动力组件，支撑机构包括第一支撑组件和第二支撑组件。本发明采用上述的一种基于相界面牵引的水凝胶微球制造装置及方法，区别于液滴微流控法高速流动的油相，重点在于管路的往复运动，利用界面张力的牵引，在温和条件下形成大小可控的微液滴，其生产速度取决于步进电机转速和接受池的面积，油相可反复使用，且效率高于常见的微球生产方法。

液滴微流控法、机械乳化法和静电法是目前常用的微滴制造方法。液滴微流控法和机械乳化法需要消耗大量油相和乳化剂，微球固化洗涤步骤繁琐，生产成本高，此外微流控芯片的使用寿命短，管路易堵塞，影响生产效率。高压静电法适用于批量制造粒径不小于500μm的微球，但液滴所受静电力难以精准控制，无法稳定产生小体积液滴，固化后的微球粒径均一性较差。此类方法受限于水相前驱液粘度，难以预估微球大小，需要反复调试生产参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相界面牵引的水凝胶微球制造装置及方法，区别于液滴微流控法高速流动的油相，重点在于管路的往复运动，利用界面张力的牵引，在温和条件下形成大小可控的微液滴，其生产速度取决于步进电机转速和接受池的面积，油相可反复使用，且效率高于常见的微球生产方法。

基于相界面牵引的水凝胶微球制造方法，采用上述所述的一种基于相界面牵引的水凝胶微球制造装置，包括以下步骤：

步骤一、将装置安装好，并在针管7的下端放置油相；

步骤二、启动步进电机和注射泵，步进电机带动主动轮8进行转动，主动轮8带动第一连杆1进行上下移动，第一连杆1带动第二连杆2上下移动，第二连杆2带动针管支架6进行上下移动，针管支架6带动针管7上下移动；其中，电机转速为89-200rpm，注射泵泵速0.22-0.89μL/s。

步骤三、注射泵将水凝胶前驱液以恒定速度推注，针管7上下移动时，针管7的针头进出油相，管口挤出的水凝胶前驱液受界面张力牵引形成一个微液滴留在油相，并在下落时通过离子或光固化变为水凝胶微球。

步骤三中水凝胶前驱液为含有海藻酸钠、明胶、丙烯酰胺的具有凝胶特性的物质，且水凝胶前驱液的密度大于油相密度，且与油相不互溶，油相可以为任意低粘度的液体。

实施例1

本发明提供了一种基于相界面牵引的水凝胶微球制造方法，采用上述的一种基于相界面牵引的水凝胶微球制造装置，包括以下步骤：

步骤一、将装置安装好，并在针管7的下端放置油相，其中步进电机为42步进电机，其余结构均使用3D打印机(Phrozen Sonic Mini S)和光固化树脂(锦朝MD5100)制备；

步骤二、启动步进电机和注射泵，步进电机转速为530rpm，步进电机带动主动轮8进行转动，主动轮8带动第一连杆1进行上下移动，第一连杆1带动第二连杆2上下移动，第二连杆2带动针管支架6进行上下移动，针管支架6带动针管7上下移动；

步骤三、注射泵将水凝胶前驱液推注，针管7上下移动时，针管7的针头进出油相，针管7管口挤出的水凝胶前驱液受界面张力牵引形成一个微液滴留在油相，并在下落时通过离子或光固化变为水凝胶微球，其中油相为液体石蜡(货号S68179，上海源叶生物科技有限公司)，下层凝固浴为2.5％CaCl2

的水溶液，水凝胶前驱液为3％果胶(酯化度30％苹果皮果胶，烟台安德烈果胶有限公司)水溶液，稳定连续生产直径为600μm的水凝胶微球，如图1所示，避免了液滴微流控技术中常见的漏液、管路堵塞或液滴融合等隐患。

微球大小通过注射泵泵速和步进电机转速控制。当泵速固定为0.4μL/s，修改转速为89rpm得到直径800μm的微球，转速为133rpm得到直径700μm微球，转速为210rpm得到直径600μm微球，转速为363rpm得到直径500μm微球。当转速固定为200rpm时，泵速为0.89μL/s得到直径800μm微球，泵速为0.60μL/s得到直径700μm微球，泵速为0.38μL/s得到直径600μm微球，泵速为0.22μL/s得到直径500μm微球。

相对于液滴微流控和静电法制造微液滴，本发明不需要通过显微观察反复调整油水相泵速或静电场强度等参数，不依赖流体力学经验公式预测微滴形态，仅通过注射泵/蠕动泵/气压泵泵速和电机转速即可准确控制产物最终粒径。

因此，本发明采用上述一种基于相界面牵引的水凝胶微球制造装置及方法，区别于液滴微流控法高速流动的油相，重点在于管路的往复运动，利用界面张力的牵引，在温和条件下形成大小可控的微液滴，其生产速度取决于步进电机转速和接受池的面积，油相可反复使用，且效率高于常见的微球生产方法。