Устройство для микрокапсулирования жидких веществ

Полезная модель относится к биотехнологическому оборудованию и может быть использована для получения микрокапсул, включающих биологически активные вещества в жидком состоянии.
В настоящее время процесс микрокапсулирования различных веществ в тонкую оболочку пленкообразующего материала широко используется в биотехнологии. Микрокапсулировать можно частицы твердого, жидкого и газообразного вещества. При этом в качестве оболочки используются полимерный или иной материал. Для микрокапсулирования используются как небольшие устройства, которые применяются в лабораторных условиях, так и промышленные установки, позволяющие получать микрокапсулированные вещества в больших объемах.
Известно устройство для микрокапсулирования жидкостей, содержащих реактор с патрубками для подачи капсулируемой 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., 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 оболочками к внешней среде.
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 г.), 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 этого устройства является ограниченное количество капельниц (8 капельниц), что замедляет процесс микрокапсулирования.
Известен аппарат для получения стерильных микрогранул и микрокапсул EncapsulatorB-395Pro (производитель Buchi), с использованием которого можно получать микрокапсулы различных веществ, в том числе биологически активных веществ и стабилизированных 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 с двумя боковыми пружинами, прикрепленными к корпусу и поршню шприца-дозатора, и капельниц, которые вмонтированы в капельницедержатель, 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 капельницедержатель 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, где 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 большое количество микрокапсулированного препарата.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание устройства, конструкция которого позволит получать микрокапсулированные препараты в относительно 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 (а) и схема капельницедержателя (б).
Решение технической задачи достигается тем, что предлагаемое устройство (фиг. 1, 2), включающее шприц-дозатор 1, капельницедержатель 2, баллон 3, в котором осуществляется процесс микрокапсулирования, и электросмеситель верхнеприводной 4. Шприц-дозатор имеет две боковые пружины 5, которые крепятся к корпусу и поршню шприца и обеспечивают плавное поступательное движение поршня при надавливании на него. В крышке баллона 6 имеются два отверстия. В первое отверстие вставляется резиновая втулка 7 для фиксации шприца-дозатора и капельницедержателя, которые между собой соединены. При этом капельницедержатель 2 (фиг. 2б), выполненный в виде кольца из тефлоновой трубки, в которую вмонтированы (впаяны) 20 капельниц 8, фиксируется с использованием тройника 9 с внутренней стороны крышки баллона стационарно, а шприц-дозатор может извлекаться с целью заполнения веществом, предназначенным для микрокапсуляции. Во второе отверстие, расположенное в центре крышки, вставляется шкив электросмесителя 10 с крыльчаткой (пропеллером) И, которая приводится в движение электромотором смесителя. С использованием электросмесителя содержимое баллона перемешивали с заданной скоростью. В нижней части баллона имеется кран 12 для слива содержимого после завершения процесса микрокапсулирования.
Примеры получения микрокапсул антисептика стимулятора Дорогова 2 фракции (АСД-2ф) с использованием разработанного устройства. 100 мл АСД-2ф диспергировали в 300 мл 50% раствора поливинилпирролидона до образования однородной устойчивой суспензии. С использованием шприца-дозатора и капельниц полученную суспензию вносили в 200 мл 30% водного раствора танина, предварительного залитого в баллон устройства, при постоянном перемешивании со скоростью 1000 об/мин с использованием электросмесителя ES-8300D в течение 20 мин. Сформировавшиеся микрокапсулы из баллона отделяли на фильтре Шотта и высушивали при 30-35°С. Было получено 350 г порошка микрокапсул АСД-2ф, выход составил 87,5%.
При использовании устройства-прототипа и аналогичной методике было получено 40 г микрокапсулированного препарата при выходе 85,6%.
Разработанное устройство используется в научно-исследовательской работе и учебном процесс при преподавании курсов биотехнологии и фармакологии Курской государственной сельскохозяйственной академии имени И.И. Иванова.