Устройство для микрокапсулирования веществ в жидком состоянии

Полезная модель относится к оборудованию для микрокапсулирования и может быть использована для получения микрокапсул, включающих биологически активное вещество в жидком состоянии.
Существует устройство для микрокапсулирования жидкостей, содержащих реактор с патрубками для подачи капсулированной и капсулирующей жидкостей. При этом реактор снабжен перегородкой с фильтрами для разделения его на верхнюю камеру капсулирования и нижнюю вибрационную камеру (Патент №952313, авт. Банников Л.А. и др., 1982 г.). Недостатком этого устройства является сложность конструкции и трудоемкость процесса получения микрокапсул.
Известно устройство для диспергирования композиций и получения микрокапсул, содержащих гидрофобные жидкости с растворенными в них целевыми добавками. Данное устройство включает реактор с ультразвуковыми колебательными излучающими системами, генератор и реактор, состоящий из двух соединенных фланцами камер. Одна камера предназначена для диспергирования, вторая - для микрокапсулирования. Между камерами установлен трековый фильтр с калиброванными сквозными порами. При этом камеры содержат персональные ультразвуковые пьезоэлектрические колебательные излучающие системы, работающие в согласованных режимах (Патент РФ №2096074, авт. Шевченко А.В. и др., 1997 г.). Недостатком данного устройства является сложность конструкции и необходимость специально подготовленного персонала.
Известен способ получения микрокапсул с использованием шаровой мельницы (Патент РФ №2091071, авт. Ходак В.И. и др., 1997 г.). Недостатком данного способа является длительность процесса и получение микрокапсул со слабоустойчивыми к внешней среде оболочками.
Известна роторно-кавитационная установка, с использованием которой можно получать кремнийорганолипидные микрокапсулы. Данная установка обладает высокими сдвиговыми усилиями и мощными гидроакустическими явлениями звукового и ультразвукового диапазона для диспергирования (Патент РФ №2173140, авт. Чубатова А.С.и др., 2001 г.). Недостатком указанной в патенте роторно-кавитационной установки, обладающей ультразвуковым действием, является то, что при ее использовании ультразвук оказывает разрушающее действие на структуры капсулируемого вещества.
Известно устройство для дозирования жидкости каплями (Патент РФ №194572, авт. Сеин О.Б. и др., 2019), которое используется в процессе микрокапсулирования жидких веществ. Устройство включает корпус с поршнем и капельницы. При этом в капельницы вмонтированы в нижнем торце устройства по окружности, из центра которой выведена трубка, имеющая патрубок с резьбой для навинчивания колпачка, а вдоль корпуса устройства по обе стороны размещены две пружины, прикрепленные к корпусу и поршню, что обеспечивает плавное поступательное движение поршня при надавливании на него. Данное устройство позволяет проводить одновременное формирование и дозированную подачу нескольких капель жидкого вещества. Недостатком данного устройства является ограниченное количество капельниц (8 капельниц), что замедляет процесс микрокапсулирования.
Существует аппарат для получения стерильных микрогранул и микрокапсул Encapsulator В-395Pro (производитель Buchi), с использованием которого можно получать микрокапсулы различных веществ, в том числе биологически активных веществ и микроорганизмов. Недостатком данного аппарата является его высокая стоимость.
Известна установка для микрокапсулирования фирмы Сабиц (Италия), включающая дозаторы непрерывного действия, плавитель для этоксилированного спирта, насос-дозатор, гомогенизатор, распылительную сушилку, поршневой насос высокого давления, воздушный компрессор, систему охлаждения воздуха, фасовочный автомат, средства автоматизации и управления процессом. Недостатком данной конструкции является ее сложность и высокая стоимость.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является устройство для микрокапсулирования жидких веществ (Патент РФ №204989, авт. Сеин О.Б. и др., 2021 г.), включающее корпус в виде шприца-дозатора и капельниц, которые вмонтированы в капельнице-держатель, выполненный в виде полихлорвиниловой трубки, имеющей форму кольца и соединяющейся с использованием тройника и трубки со шприцем-дозатором, обеспечивающим подачу микрокапсулируемого вещества в капельницедержатель. Перед использованием устройства капельнице-держатель помещают в стакан гомогенизатора и через боковое отверстие, выполненное в верхней части стакана вводят свободный конец тройника, на котором фиксируют капельницедержатель. Капельницедержатель соединяют тефлоновой трубкой со шприцем-дозатором, с использованием которого вещество, предназначенное для микрокапсулирования, подается в капельницедержатель и затем в капельницы, в которых формируются капли микрокапсулированного вещества.
Недостатком устройства - прототипа является наличие в его конструкции небольшого количества капельниц (8 капельниц) и малый объем емкости (стакан гомогенизатора), в которой осуществляют микрокапсулирование, что не позволяет получать одновременно большого количества микрокапсулированного препарата.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание устройства, конструкция которого позволяет получать микрокапсулированные препараты в больших объемах по сравнению с устройством - прототипом.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства для микрокапсулирования веществ в жидком состоянии (фото); на фиг. 2 изображена общая схема устройства; на фиг. 3 - схема капельницедержателя, вид снизу (а) и сбоку (б).
Решение технической задачи достигается тем, что предлагается устройство (фиг. 1 и 2), включающее шприц-дозатор 1, капельницедержатель 2 и баллон 3, в котором осуществляется процесс микрокапсулирования. При этом шприц-дозатор имеет две боковые пружины 4, которые крепятся к корпусу и поршню шприца-дозатора 1 и обеспечивают плавное поступательное движение поршня при надавливании на него. Капельницедержатель 2 (фиг. 3) имеет капельницы 5, обеспечивающие одновременное образование 48 капель. В крышке баллона 6 находится отверстие со втулкообразной шайбой 7 для фиксации капельницедержателя 2 и шприца-дозатора 1. При этом капельницедержатель 2 фиксируется стационарно, а шприц-дозатор 1 может извлекаться для заполнения микрокапсулированным веществом. Баллон 3 представляет собой емкость, в которой находится магнитный якорь 8 для перемешивания жидкого содержимого в процессе микрокапсулирования. Для этого баллон устанавливают на магнитную мешалку 9 и выбирают скорость перемешивания содержимого. В нижней части баллона имеется кран 10 для слива содержимого после завершения процесса микрокапсулирования.
Пример получения микрокапсул с использованием заявляемого устройства.
Пример 1.
Разработанное устройство применяли для получения микрокапсул микроводоросли хлореллы. Для этого 50 мл жидкого концентрата нативной формы хлореллы (NEWBI) с содержанием 1,5-2,0 млрд/мл живых клеток диспергировали в 150 мл 50%-ного водного раствора поливинилпирролидона до образования однородной устойчивой суспензии. Шприц-дозатор 1 извлекали из втулкообразной шайбы 7 на крышке 6 баллона 3, набирали в него полученную суспензию, вставляли шприц-дозатор 1 с набранной суспензией во втулкообразную шайбу 7 и вносили суспензию каплями через капельницы 5 в капельницедержателе 2, равномерно нажимая на поршень шприца 1, растягивая боковые пружины 4, в 100 мл 30%-ного водного раствора танина, предварительно залитого в баллон 3 устройства при постоянном перемешивании с использованием магнитного якоря 8 и магнитной мешалки 9. Перемешивание осуществляли в течение 30 мин. Сформировавшиеся микрокапсулы сливали из баллона 3 через кран 10, отделяли их на фильтре Шотта и высушивали при 30-35°С. Выход готовых микрокапсул составлял 88,4%.
Пример 2.
Разработанное устройство применяли для получения микрокапсул пробиотика Ветом 1.23 (жидкая форма). Для этого 100 мл пробиотика вносили в 100 мл 4% раствора альгината натрия и перемешивали до однородного состояния. Затем полученную суспензию набирали в шприц-дозатор 1 и через капельницы 5 в капельницедержателе 2, стационарно закрепленном во втулкообразной шайбе 7, установленной в крышке 6 баллона 3, вносили в 300 мл 0,2 М раствора кальция хлорида, предварительно залитого в баллон 3 устройства при постоянном перемешивании с использованием магнитного якоря 8 в баллоне 3 и магнитной мешалки 9, на которой установлен баллон 3. Перемешивание осуществляли в течение 30 мин. Сформировавшиеся микрокапсулы сливали из баллона 3 через кран 10, отделяли их на фильтре Шотта и высушивали при 30-35°С. Выход готовых микрокапсул составил 89,0%.
Разработанное устройство можно использовать в научно-исследовательской работе для получения микрокапсул в небольших объемах и в учебном процессе при преподавании курсов биохимии и биотехнологии.