液滴排出装置和微胶囊制作方法

专利名称：液滴排出装置和微胶囊制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用来排出微量液滴的液滴排出技术，尤其涉及一种能够将待排出对象(液滴)装入微胶囊并排出的液滴排出装置，还涉及微胶囊的制作方法。
背景技术：
微胶囊一般由被称为核材料的内部材料和用于封装核材料的微小容器状外壳材料组成。由于微胶囊具有保护核材料不与外部环境接触的功能和调整核材料排放到外部的时间的功能，所以，微胶囊广泛应用于例如药品、压敏纸、芬芳物质、电泳等许多领域。
通常，制作微胶囊的过程包括以下步骤在合适的介质中使核材料分散成颗粒；以及把这些颗粒封装在外壳材料中。通常采用超声波法、高速搅拌法、喷雾干燥法、或类似的方法来研磨并对核材料进行微胶囊封装。
例如，日本专利公开文件No.H05-285375中披露了一个使用超声波法的实例。在该实例中，采用探针装置在由钛或类似金属构成的金属探针的尖端产生超声波。将探针插入包含角蛋白S-硫化盐溶液、有机溶剂、核材料等的液体中，然后对金属探针施加振动能量，这样就获得了微胶囊。
另外一个例子是，日本专利公开文件No.H07-96167披露了一个使用高速搅拌法的实例。在该实例中，通过提供水性物质和疏水物质，并借助转子的高速旋转使这些物质乳化和分散，这样，就将疏水物质微封装起来了。
但是，对微胶囊的制造和使用在时间或空间上是隔离的。当制造这些微胶囊的地点和使用它们的地点不同时，将会发生一种典型的情况，这种在时间或空间上的隔离会导致微胶囊质量下降。从而，对微胶囊进行适当的储存和运输将变得很有必要。
另外，由于传统的微胶囊制造装置通过搅拌来调整微胶囊的颗粒的大小，必须在搅拌容器内填充一定量的微胶囊材料，从而使搅拌装置的搅拌棒被埋入一定深度。这样就不适合生产较少或微小数量的微胶囊。比如，由于用于形成所谓的DNA传感器(或DNA芯片)的DNA片段样本和用于测试的药物等非常昂贵，因此当对这些材料进行微封装时将会出现问题。
另外，传统的微胶囊制造装置用于生产大规模的同类产品，而当需要生产少量的颗粒大小和核材料任意选择的各种微胶囊时，这种制造装置的生产效率很低。
另外，使用传统微胶囊制造装置难以把物质搅拌均匀，而所制造的微胶囊的颗粒大小分布是宽广的。因此，当使用液滴排出方法制造微胶囊时，液滴排出装置的喷嘴容易阻塞。

发明内容
本发明的目的是提供适合制造少量微胶囊的制造方法和制造装置。
另外，本发明的另一个目的是提供适当的微胶囊的制造方法和制造装置，通过将微胶囊的制作和使用排序，从而不需要堆积和储存微胶囊。
另外，本发明的另一个目的是提供用于制造微胶囊并将这些微胶囊排放到理想位置的液滴排出装置。
为了实现上述目的，本发明提供了用于排出少量液滴的液滴排出装置，液滴包含由微核和覆盖核的外壳组成的微胶囊，该装置包括一个容器，用于存放包含微胶囊核材料和外壳材料的溶液；以及一个或多个振动体，用来对容器中的核材料施加振动能量，使核材料乳化，并促使使用外壳材料对核材料进行微封装。
根据前述结构，能够在液滴排出装置中制造微胶囊，并且能够在液滴排出装置中储存所制成的微胶囊，而不会有任何不纯物质混合进去或质量下降的情况发生。
该容器优选设置在液滴排出孔的附近，而振动体负责核材料的微封装过程和从排出孔排出包含该微胶囊的液滴的过程。
根据前述结构，在用振动体对核材料进行微封装后，排出微胶囊将是可能的。这样就能够尽可能地避免微胶囊的制造和使用的时间隔离，从而能够在保持质量的同时排出微胶囊。
优选地，振动体产生具有第一频率的第一振动能量，第一频率对应于待形成的微胶囊的颗粒大小；以及具有第二频率的第二振动能量，第二频率比第一频率低，用来从排出孔排出包含微胶囊的液滴。通过切换具有前述结构的振动体的频率，可以在同一个容器中有选择地实现微胶囊的制造和排出。
该容器优选设置在液滴排出孔的附近，一个振动体产生具有第一频率的第一振动能量，第一频率对应于将形成的微胶囊的颗粒大小；另一个振动体产生具有第二频率的第二振动能量，第二频率比第一频率低，用于从排出孔排出包含微胶囊的液滴。
如前所述，由于提供了两个不同的频率的振动体，因此仅通过开/关各个振动体的电源，就可以使微胶囊的制造和排放在同一个容器中有选择地实现。
该振动体优选包括压电材料和由静电力或微型电动机驱动的振动体中的至少一个。根据前述结构，通过首先向压电材料施加规定的电频率信号，或者通过静电力驱动振动体，这样，就能够在前述容器中实现微胶囊制造和排出之间的理想处理。另外，微型电动机将操作搅拌棒，例如设置在容器中的螺杆。这样，将有效地执行微胶囊的制作。
第一频率优选是在听不见的范围内的超声波频率。这样，当振动体在超声波的高频范围内使用时，能够通过强大的振动能量，将使在两个或更多状态的液体状态能够被很好地分解和乳化。换言之，这适合形成微小的微胶囊。另外，由于第一频率在听不见的频率范围内，所以不会听见振动噪声，优点在于比较安静。另外，这也能用于在用另一种类型的液体替换在容器内的溶液之前在容器内进行超声波清洁。另外，这种超声波清洁也可以被用于为在比如排出喷嘴处、溶液注入管处等这样的窄孔消除阻塞。
随便提及，具有第一频率的第一振动能量不能将包含微胶囊的液滴沿着液体流动通道从容器向液滴排出孔移动，而具有第二频率的第二振动能量能够使液滴沿液体流动通道移动。这样，使用由第一频率产生的液体振动幅度，在容器内的液体可以稳定地储存而无泄漏，而使用由第二频率产生的液体振动幅度，在容器内的液体可以稳定地排出。这样，将改善根据选择和实现微胶囊的制造或排出的精确度和可靠性。
优选地，对振动体或容器提供冷却装置。当振动体振动时，尤其是在超声波范围内振动时，在振动体和容器内的温度会升高。通过采用冷却装置冷却振动体和容器，也可以使用易于导热的材料。另外，由于在制造微胶囊时的温度调节同样可以由冷却装置来实施，这样也可以对根据制造温度确定的微胶囊的最终类型和质量进行调整。
该容器优选是气压室。这样，用来施加压力到液体使之成为从液滴排出装置排出的对象的气压室被用作微胶囊的制造容器，从而简化了装置的结构。
该容器可以设置用来设定容器内负压的负压调节装置，在微封装过程以及排出过程中负压可以升高或降低。通过在微封装过程中升高容器内的负压，将有可能阻止由于高振动能量的应用而造成容器中的溶液从喷嘴中泄漏。另外，通过在排出过程中相对降低容器内的负压，将加速该排出过程。
另外，本发明还提供了用来排出少量液滴的液滴排出装置，液滴由包含由微核和覆盖核的外壳组成的微胶囊组成，该装置包括第一容器，用于储存包含微胶囊的核材料和外壳材料的溶液；研磨装置，用于施加研磨能量给容器内的核材料上并研磨核材料，从而促使使用外壳材料对核材料进行微封装；第二容器，用于储存包含所产生的微胶囊的溶液；以及一振动体，用于将储存在第二容器中的溶液从液滴排出孔排出。
根据前述结构，由于第一容器负责微胶囊的制造过程，而第二容器负责微胶囊的排出过程，从而使得制造和排出微胶囊可以同时进行。减少了时间浪费(例如，等待微封装的时间，等待排出的时间)从而能够连续排出。因为包含第一容器和第二容器，所以可以分别对微封装液滴和排出液滴设置最佳容器条件。另外，由于第二容器仅用于排出，在排放的时间之外就不必施加振动，这样，将改善与泄漏有关的余量(margin)。
另外，本发明还提供了采用液滴排出装置制造微胶囊的方法。该液滴排出装置包含气压室，能够临时储存溶液；以及振动体，用来向溶液施加压力，并把液体从气压室移动到外面。该方法包括溶液储存步骤，用于在气压室中储存包含将成为微胶囊内核的核材料、将成为微胶囊外壁的外壳材料、以及溶剂的溶液；微封装步骤，通过在振动体中产生频率高于将溶液移动到外面的振动频率的振动能量，促进核材料在气压室中的微粉化，并产生核材料封装在外壳材料中的微胶囊；以及排出步骤，用于在振动体中产生具有把溶液排到外面的振动频率的振动能量，将包含该微胶囊的溶液排出气压室。
根据前述的制造方法，通过将微封装过程的振动能量施加给包含液滴排出装置的容器中所包含的核材料、外壳材料、以及溶剂的溶液，由于施加了振动能量，核材料将经历微粉化并被分散，并将提高溶剂(包括至少一种水性溶剂或油性溶剂)的分散化和乳化程度。由于把核材料结合进水性溶剂的微量液滴，并封装水性溶剂的微量液滴的外围，在水性溶剂中，核材料由外壳材料包裹，从而形成了微胶囊。而且，这些微胶囊还可以被排出。
优选地，通过调整振动体的频率和振动能量可以调节微胶囊的颗粒大小。
在水性溶剂和油性溶剂之间分散化和乳化程度，即，分散后和乳液化后的微量液滴的大小对应振动体的频率和振动能量的状态。这样，由于覆盖在微量液滴边缘的外壳材料固化，最终形成的微胶囊的颗粒大小就可以确定。
另外，本发明还提供了采用用来排出微量液滴的液滴排出装置制造微胶囊的方法，该液滴包含由微核和封装微核的外壳组成的微胶囊，该方法包括第一步骤，在第一容器中存放包含微胶囊核材料和外壳材料的溶液；第二步骤，使用研磨能量施加装置施加研磨能量给第一容器内的核材料上，研磨核材料，并促使使用外壳材料对核材料进行微封装；第三步骤，在第二容器内储存包含所生成的微胶囊的溶液；以及第四步骤，用振动体对储存在第二容器中的溶液加压，并从液滴排出孔排出该溶液。
根据前述制造方法，通过在微封装过程中施加振动能量到包含第一容器中的至少一个核材料、外壳材料、以及溶剂(包括水性溶剂或油性溶剂)的溶液上，由于施加了振动能量，核材料将经历微粉化并被分散，水性溶剂或油性溶剂的分散化和乳化程度将提高。由于把核材料混入水性溶剂的微量液滴，并封装水性溶剂的微量液滴的外围，在水性溶剂中，核材料与外壳材料结合，从而形成了微胶囊。而且，这些微胶囊还可以从第二容器中排出。
如前所述，微胶囊的制造过程和微胶囊的排出过程可以同时进行，而且施加微胶囊到目标体所需的时间可以缩短。
另外，由于第一容器专门负责微胶囊的制造过程，而第二容器专门负责微胶囊的排出过程，可以对每个容器独立地设置优化条件。另外，由于第二容器只用于排出，在排出时间之外就不必施加振动，这样将改进与泄漏有关的余量。
研磨能量施加装置优选采用振动体，通过调整振动体的频率和振动能量可以调节微胶囊的颗粒大小。因此，微胶囊的颗粒大小是可控的。


图1示出根据本发明的第一实施例的液滴排出装置的示意图；图2示出根据本发明的第二实施例的液滴排出装置的示意图；图3示出根据本发明的第三实施例的液滴排出装置的示意图；图4示出在根据本发明的第一实例的液滴排出装置中制作微胶囊的方法的示意图；以及图5示出根据本发明的振动体的振动频率、乳化能力、以及从排出孔排出的液体的量的曲线图。
具体实施例方式
下面将结合附图详细阐述根据本发明的液滴排出装置和微胶囊制造方法。
本发明的实施例的特征在于用来排出微量液滴的液滴排出装置中制造由微核和覆盖微核的外壳组成的微胶囊。在一个优选实施例中，振动体被安装在液滴排出装置的液滴排出容器上，通过改变振动体的频率，可以有选择地执行微胶囊的制造和排出。在前述例子中，一种情况是在容器中设置一个振动体，另一种情况是设置两个(多个)振动体。各个振动体分别在适合制造和排出微胶囊的模式下工作。
在另一个优选实施例中，液滴排出装置内部使用两个(多个)容器。在一个容器(微胶囊制造容器)内设置用于制造微胶囊的振动体，另一个容器(液滴排出容器)设置用于排出的振动体。由于采用了前面的结构，可以同时进行微胶囊的制造和排出。
由于在液滴排出装置中制造的微胶囊被排放到理想位置从而形成涂层或类似物，因此不必储存微胶囊，就可以避免由于储存时间或与空气接触或类似原因导致的质量降低。另外，这也适合于制造少量的微胶囊。
(第一实施例)图1示出根据本发明的第一实施例的液滴排出装置的示意图。
如图1所描述，液滴排出装置1包括液滴排出单元10、驱动功率发生单元20、以及气密容器(61、62、63)等。液滴排出单元10被设置在图中没有显示的托架上，可以相对于待排出的对象(未显示)移动。液滴排出单元10能够高度精确地移动到理想的排出点，就像喷墨打印机头执行扫描任务时一样。
液滴排出单元10包括较小容量的容器11；设置在该容器侧壁的振动体12，用于产生振动能量；排出孔13，用来从容器11排出液滴；冷却装置(设备)14，用于冷却振动体并阻止容器内的溶液温度升高；负压调节装置15，用于适当地调节容器11内的负压并阻止泄漏；以及其它组件。
微胶囊物质分别通过液体流动路径51、52、以及53，从可拆卸的气密容器61、62、以及63输送到容器11。对应于压电元件(例如PZT、磁力控制振动器、由静电力驱动的振动膜组成的振动器、微电机振动器等)的振动体12把所输入的驱动信号转换成振动能量。振动体12能够生成相对较高的频率f1(比如超声波)作为微封装频率，以及相对较低的频率f2作为排出频率。振动体12可以采用各种结构实现比如，一种类型是将振动体固定在容器11的外壁上并使该外壁振动，另一种类型是使容器11的外壁本身成为振动壁，再一种类型是使容器11的部分外壁本身成为振动体，还有一种类型是把振动器设置在容器11内，等等。
排出孔13具有一定的路径长度，当振动体12以排出频率振动容器11的外壁表面时，允许把包含微胶囊的溶液16以液滴16a的形式排到外面，并当振动体12以微封装频率振动容器11的外壁表面时，防止溶液16排到外面，从而施加冲击能量给溶液16以进行乳化或类似操作。
冷却单元14包括空气冷却结构、水(液体)冷却结构、珀耳帖装置(peltiert device)等，用于冷却振动体12。冷却单元14用于防止振动体热损坏，并防止容器内的溶液由于振动体12振动而温度升高。这样，就能够阻止溶液变质、微胶囊变质、和胶囊损坏等。特别地，这就能够实现采用易受热量损坏的制剂的蛋白质、生物样本、DNA片段等的微封装。负压调节装置15包含弹性振动膜(比如橡胶)，并通过吸气在容器11中使用恢复力产生负压。该负压是可调节的。例如，这可以用图中未显示的控制装置根据操作模式或根据剩余溶液的量进行适当的调节。比如，就根据操作模式调节而言，可以分别在微封装阶段和液滴排出阶段进行调节，从而防止液滴从排出孔泄漏。
驱动功率产生单元20包括振动器23，用于产生具有频率f1的第一信号；振动器24，用于产生具有频率f2的第二信号；选择开关22，用来根据选择命令信号来选择这些信号；功率放大器21，用于对所选择的频率信号进行功率(电功率)放大，并提供该功率给振动体12；以及其它组件。根据选择命令向振动体提供第一频率或第二频率的驱动信号，振动体12可以在微封装模式或排出模式下工作。
在前述结构中，微胶囊物质16从气密容器61之类的地方导入容器11。振动体12在指定的功率、频率f1、和指定的时间段内工作，从而在容器11内形成微胶囊。然后，用图中未显示的托架之类的装置运输液滴排出单元10并将其设置在排出位置，以频率f2对振动体12进行脉冲驱动，频率f2比频率f1低，包含微胶囊的微小的液滴16a从排出孔13向目标体排出。例如，控制排出位置和应用模式可以采用众所周知的喷墨打印机技术。
下面，参考图4解释前述实施例中的微封装。
容器11用于储存微胶囊的核材料31以及外壳材料32、水性溶剂33、以及油性溶剂34。使用振动体12对这些物质进行分散化、乳化、覆盖、以及微封装。
首先，参照图4(a)解释分散化和乳化阶段。施加振动频率f1的振动给容器11内的混合溶液，在容器11内，水性溶剂33和核材料31混合，油性溶剂34和外壳材料32混合。由于振动频率是在听不见的频率范围内的超声波，所以就施加强大的能量到混合溶液。由于这一频率是高振动频率，所以分离性能良好，即，在油性溶剂中的水性溶剂分子簇将被分散(乳化)。此时，核材料具有和水性溶剂33的亲合力，并混合到水性溶剂33中的微小簇(微量液滴)中。
然后，如图4(b)，使用外壳材料进行覆盖程序。混合进油性溶剂34的外壳材料32变得不稳定，开始沉淀到油性溶剂和水性溶剂的分界面。沉淀原理基于如下事实分离状态是表面张力的潜在微小状态，这种表面张力的潜在微小状态出现在该外壳材料的两种状态之间的分界面处。因此，该外壳材料32附着到水性溶剂33的微小液滴的外围界面，从而完成覆盖过程。
然后，如图4(c)，进行微封装。上述分离的外壳材料32的聚集物将受到压电聚合反应的影响，变成一定程度上化学性质稳定的外壳，从而形成微胶囊。另外，还可以将聚合反应催化剂混合进去以便催化该聚合反应。
在上面描述的微封装的例子中，尽管外壳材料只混合进油性溶剂，但是并没有限制进行采用低容量容器和振动体的微封装。
例如，在油性溶剂中的外壳材料和在水性溶剂中的不同类型的外壳材料可以同时在微小液滴的外边界表面分离，将在这两种类型的外壳材料之间进行聚合反应，从而形成稳定的微胶囊。具体而言，有一个实例，其中，水性溶剂内的己撑二胺(hexamethylenediamine)和油性溶剂内的二氯化癸二酰(sebacoyldichloride)之间将发生缩聚反应，这样就产生酰胺纤维(nylon)。
另外，作为制造微胶囊的另一个具体实例，下面描述凝聚方法的制造条件。
在添加10ml的分核甲苯溶液(0.0081mol/dm3)到20ml阿拉伯树胶(1g)水性溶液(0.026mol)之后，再添加120ml的三聚氰胺(0.0095mol)和甲醛(0.026mol)水性溶液，使用磷酸使其PH值达到约4到5，然后，使用在喷墨喷嘴单元的低容量容器内的振动体强烈地搅拌。当添加硫酸氨(0.0011mol)到该溶液并维持温度在65摄氏度，同时用搅拌棒强烈地搅拌，并进行该反应大约2个小时，就可以获得微胶囊。
接下来，解释乳化现象和颗粒大小控制的原理。用机电转换器把经规定频率放大的电能转换成机械振动，并传送到振动器。当振动器的尖端浸入溶液时，机械振动变成压力并产生超声空化。空化是无数气泡的内爆现象，该现象在溶液内的局部压力下降情况下发生。这些微小气泡的内爆在液体中产生短暂的(持续几微秒)“热点(hot spot)”，“热点”能给溶液的连续乳化产生足够的冲击。因此，用来分裂颗粒的乳化能量将能够通过供应给振动体的电能进行控制。当提高振动频率时，每个时刻供应的能量也将得到提高，由于高冲击能量，颗粒将变的更小。通过适当地控制该振动频率、幅度、以及振动时间可以实现获得理想颗粒大小的乳化作用。下面证实了在液滴排出头中采用低容量容器并使用超声波的乳化能力。
混合条件0.5ml的无极清洁剂与水/十二烷＝10/1的溶液混合。
超声波清洁器所采用的振动体是PZT(压电元件)，并采用了自由运动的振动器法。所采用的温度是室温，振动频率是38kHZ，振动应用时间是4分钟。
尽管水/十二烷溶液即使使用标准超声波振动器振动也不会乳化，但是可以通过添加无极表面活性剂来实现乳化。使用38MHZ的振动器产生超声波用于乳化，当施加振动时，可以获得均匀的乳化状态。该十二烷的乳化油滴的颗粒大小(液滴的直径)最大是3μm，还可以观察到颗粒小于1μm的布朗运动。当搅拌更长的时间时，颗粒大小可以更进一步均匀化。
如上所述，压电材料或由静电力驱动的振动体适合作为前面描述的振动体。为了制造微胶囊，前述的压电材料以及由静电力驱动的振动体可以用微电动机驱动源代替。当受到比如在容器内提供的连接到电动机的转轴的螺杆或旋转风扇这样的搅拌器驱动时，该微电动机能够搅拌容器内的溶液。由于这将在高频下更好地搅拌，能够用与前面描述的相同原理有效地制作微胶囊。另外，通过同时采用压电材料或静电力驱动的振动体的振动以及微电动机驱动源的搅拌，有可能更有效地制造微胶囊。另外，通过把微电动机驱动源的旋转运动转换成活塞运动，就可以实现类似压电材料或由静电力驱动的振动体的振动运动。
接着，下面结合图1解释包含微胶囊的液滴的排出过程。
首先，如图1所示，在正常状态下，在排出孔13的液滴的尖端是稳定和静止的。当振动体12以相对较低的频率振动时，溶液16能够与之相配，向前或向后施加压力给溶液16，该溶液在排出孔13的液体路径中进行往复运动(振动)，其移动距离仅对应于振动幅度，其中一部分溶液被排到外面。当振动体12的振动频率是超声波范围内的高振动频率(对应振动频率f1)时，由于由溶液16本身的粘性以及在溶液和排出孔13的内壁之间的摩擦或粘性造成响应延迟，溶液16将不能跟随振动体12运动，液体尖端的运动距离将变短。该溶液将不能穿过排出孔13的液体通道，从而不能被排到外面。这是在低振动频率f2下排出溶液的定性原理。当振动频率f2变得更低时，运动距离将变得更长，待排出液体的量将增加。
接着，参照图5的曲线图进一步解释根据本发明的振动体的振动频率、反应速率、以及液体从排出孔的排出速度。
在图5的水平轴是振动频率(Hz)，在图5左边的垂直轴显示乳化能力，在右边的垂直轴显示排出速度(ml/min)。
在超声波范围内的高振动频率下微封装的乳化能力更高。振动频率f1被设置在该乳化能力的高振动频率范围内。对于乳化来说是最好的振动频率f1的变化依赖于如下参数，比如微胶囊的大小、容器的容积、振动能量、各种溶剂的类型、温度等等。
此处，当在适合微封装(或乳化)的振动频率f1和排出过程所必需的振动频率f2的最大值f2max之间的振动频率的变化没有余量时，就可能在振动频率f1下微封装过程中发生泄漏。因此，有必要通过优化排出孔13形状等来扩大该余量。
作为扩大该余量的一个方法，可以控制内部压力，即图1中的容器内的负压。容器11是用来排出液滴的气压室。为了排出容器内的溶液，负压调节装置15对容器11的内部压力进行设置，使其略低于大气压力，从而防止泄露。通过控制，能够使微封装实现的负压比能够使实现排出的负压在负方向上更高，一旦微封装发生时，泄漏余量就更进一步扩大。该负压调节装置15，比如，可以采用振动膜装置。换言之，容器的部分内壁被制成弹性壁，通过规格控制调节来控制推压该弹性壁的规格推力。由于使用机电转换的结构执行该位置调节，图中未显示的控制装置将能够执行控制以便分别优化微封装和排出过程的压力。
根据上面描述的第一实施例，理想颗粒大小和理想类型的微胶囊可以在制造完毕后立即被排出到目标地点。微胶囊可以以一种新的状态被排出而没有任何质量下降；换言之，以良好的可分散性和同质性的状态以及高质量的状态排出。这里，为了达到控制颗粒大小的目的，举例而言，可以设置其它参数比如振动幅度和容器容积到特定值，以及改变振动频率f1到对应该颗粒大小的振动频率。通过实验等准备手段提前获取的数据可以形成数据库并加以利用。
下面解释将第一实施例应用到喷墨(液滴排出)的方法。
作为特定的液滴排出装置的装置结构的实例，具有上面描述的基本结构容器11、振动体12、以及排出孔13，例如，可以采用喷墨系统的喷墨头，喷墨系统是纸打印方法的代表技术。
喷墨头的应用可以获得下面两个有用的优点。
优点1使用喷墨头能将微胶囊准确地排放到目标位置，精确到仅排放满足需要的量。另外，这将可能实现快速按序排放到多个位置。比如，排放微胶囊到目标体可以具有与用喷墨方法在纸上打印出高质量彩色图像的同样的位置精确度。因此，通过应用本发明到制造过程，比如微制造半导体、液晶面板、以及其它半导体过程，可以快速实现掩模更少并且高度精确图案化应用。
特别地，当本发明应用到微型机器领域时，其优点是显著的。举例而言，利用本发明可以全自动精确地将药液按序排到目标，用于微型机器的局部选择性蚀刻等。例如，当想要轻微地延迟蚀刻时间时，也就是，当想要在应用后执行蚀刻某一段时间时，具有喷墨系统的微胶囊应用是高效的。
优点2由于在使用喷墨头时很容易更换微胶囊的类型，就可以很迅速地把多种类型的微胶囊有选择地施加到多个地点。通过改变喷墨头本身或改变存储容器色带盒可以很容易地更换微胶囊的类型(这与传统的彩色打印机自动改变墨色的方法一样)。这样，多种类型的微胶囊可以快速地被分别排放到必要目标。
微胶囊可以用于集中化控制的自动外科治疗上或者是在治疗时需要施加多种类型的药品到一组指定的感染区域的特殊技术，或者用于药剂师药品准备的自动化和加速。本发明的液滴排出装置可以被用于药品公司的自动药品准备制造过程，或应用到生物工艺学领域(加速按照一组标准同时进行的生物实验)，或应用到全自动化妆应用系统，这种系统被设计用于匹配每个个体的脸部。
(第二实施例)下面参照图2显示的示意图解释本发明的第二实施例的液滴排出装置。图2与图1对应的组件使用相同的参考编号，并且省略了对这些组件的说明。
在该实例中，提供了两个振动体。第一振动体12a被设计成受制于所施加的电子信号频率f1。这样，第一振动体12a只需要在它唯一的振动频率f1下振动，该振动体可以专门用于微胶囊的制造过程。另外，第二个振动体12b被设计成受制于所施加的电子信号频率f2。这样，第二振动体12b只需要在它的唯一的振动频率f2振动，该振动体可以专门用于微胶囊的排出过程。切换振动频率到容器11的方法是切换第一振动体12a和第二振动体12b的各自频率信号供应源23和24的开/关。
根据这种结构，类似于第一实施例，可以获得微胶囊，而且，由于每个振动体所使用的频率承担不同的责任，就可以分别为每个唯一的振动频率设置最佳的振动体参数，从而设置具有更高能量和更高效率的振动体。
顺便提及，在上面描述的两个振动体中，振动体12b(或振动体12a和12b)可以用频率f1和f2操作，对微封装而言，振动体12a和12b可以通过联合操作执行把材料储存在其中的微封装。在前面的情况下，可以期望缩短微封装所需要的时间。
(第三实施例)下面参照图3显示的示意图解释根据本发明的第三个实施例的液滴排出装置。图3与图2对应的组件使用了相同的参考编号，并且省略了对这些组件的解释。
第一实施例和第二实施例在单个的容器内制造和排出微胶囊，相反，第三实施例的特征在于有两个(或一组)容器，使用分别提供给这种容器的振动体分别执行微胶囊的制造和排出。用来制造微胶囊的第一振动体12a被放置在容器11a的侧壁。容器11a储存包含核材料和外壳材料作为微胶囊的原料的溶液，该容器成为制造微胶囊的制造容器。用来排出微胶囊的第二振动体12b被放置在第二个容器11b的侧壁。第二容器11b将成为专门排出微胶囊的容器。容器11a和容器11b通过用来控制溶液的防回流或运动的小回流防止器或开/关阀连接。对阀门17还可以进行外部控制。
根据前面的结构，由于微封装过程和微胶囊排出过程可以分别执行，实施例1和实施例2中的振动体12、12a、和12b之间的时间共享操作就不再必要。微胶囊的制造和排出可以并行执行，可以实现微胶囊的连续制造和连续排出。另外，在第三实施例中，既然每个容器分别明确地执行不同的任务，例如，这样就没有必要在制造微胶囊时用f1振动频率在用于排出微胶囊的第二容器11b中执行液体振动。这样在排出时间之外其它时刻由于振动导致的泄露可以被最小化。
如前所述，根据本发明的实施例，可以根据需要高度精确地有选择地加以制造理想类型的理想颗粒大小(或液滴直径)的微胶囊。另外，在微胶囊制造完毕之后可以立即将微胶囊排放到目标体的目标点。微胶囊被输送到目标点的方式可以用极精确的方式准确定位，微胶囊可以被良好地分散、均匀地分布，并具有高质量。由于微胶囊的颗粒大小是一致的，所以不容易发生堵塞排出孔的情况。
另外，由于只有在密封的环境中才可以执行连续的封装，所以在存储容器内制造完微胶囊之后，这些微胶囊可以在不暴露到空气中的情况下排出。因此，即使使用了被氧化的微胶囊或由于暴露到空气中而发生质量恶化的微胶囊，该微胶囊也可以在没有任何质量恶化的情况下被输送到指定的目标。
上面描述的根据本发明的液滴排出装置和微胶囊制造方法可以广泛应用于各种领域，比如DDS(drug delivery system，药品供应系统)、芳香材料的化学领域、在生物实验或生产中用于稳定地排出微胶囊的微量液滴到指定位置、生物样本(例如人造细胞)，显示装置(例如液晶)、数字纸张、电泳等。另外，在前述应用中，由于只需在容器中制造所需数量的微胶囊并在即制即放的基础上排出，所以可以避免浪费药品溶液。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种液滴排出装置，用于排出微量的液滴，所述液滴包含由微核和覆盖所述微核的外壳组成的微胶囊，所述装置包括容器，用于储存包含所述微胶囊的核材料和外壳材料的溶液；以及一个或多个振动体，用于施加振动能量给所述容器中的核材料，使所述核材料乳化，并促使使用所述外壳材料对所述核材料进行微封装。
2.根据权利要求1所述的液滴排出装置，其中所述容器设置在液滴排出孔附近，所述振动体负责所述核材料的微封装过程以及从所述排出孔排出包含所述微胶囊的液滴的过程。
3.根据权利要求2所述的液滴排出装置，其中所述振动体产生具有第一频率的第一振动能量，所述第一频率对应于所述将形成的微胶囊的颗粒大小；以及具有第二频率的第二振动能量，所述第二频率比所述第一频率低，用于从所述液滴排出孔排出包含所述微胶囊的液滴。
4.根据权利要求1所述的液滴排出装置，其中所述容器设置在液滴排出孔附近，所述振动体中的一个产生具有第一频率的第一振动能量，所述第一频率对应于所述将形成的微胶囊的颗粒大小；所述振动体中的另一个产生具有第二频率的第二振动能量，所述第二频率比所述第一频率低，用于从所述液滴排出孔排出包含所述微胶囊的液滴。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的液滴排出装置，其中所述振动体包含压电材料和由静电力或微型电动机驱动的振动体中的至少一种。
6.根据权利要求3或4所述的液滴排出装置，其中所述第一频率是在听不见范围内的超声波频率。
7.根据权利要求3或4所述的液滴排出装置，其中使用具有所述第一频率的第一振动能量不能将包含所述微胶囊的液滴沿着液体流动通道从所述容器向所述液滴排出孔移动，而使用具有所述第二频率的第二振动能量能够将所述液滴沿着所述液体流动通道移动。
8.根据权利要求1所述的液滴排出装置，其中向所述振动体或所述容器提供冷却装置。
9.根据权利要求1所述的液滴排出装置，其中所述容器是气压室。
10.根据权利要求2所述的液滴排出装置，其中所述容器设置有负压调节装置，所述负压调节装置用于在所述容器内设定负压，所述负压可以在所述微封装过程以及所述排出过程中升高或降低。
11.一种液滴排出装置，用于排出微量的液滴，所述液滴包含由微核和覆盖所述微核的外壳组成的微胶囊，所述装置包括第一容器，用于储存包含所述微胶囊的核材料和外壳材料的溶液；装置，用于施加乳化能量给所述容器内的核材料，乳化所述核材料，并促使使用所述外壳材料对所述核材料进行微封装；第二容器，用于储存包含所述生成的微胶囊的溶液；以及振动体，用于将储存在所述第二容器内的溶液从液滴排出孔排到外面。
12.一种采用液滴排出装置制造微胶囊的方法，所述装置包括能够临时储存溶液的气压室和用来施加压力给所述溶液并将所述溶液从所述气压室移出的振动体，所述方法包括溶液储存步骤，用于在所述气压室中储存包含将成为所述微胶囊内核的核材料、将成为所述微胶囊外壳的外壳材料、以及溶剂的溶液；微封装步骤，用于通过在所述振动体上产生频率高于将所述溶液移出的振动频率的振动能量，促使所述核材料在所述气压室中微粉化，并产生微胶囊，其中所述核材料被封装在所述外壳材料内；以及排出步骤，用于在所述振动体中产生具有把所述溶液排出的振动频率的振动能量，并将包含所述微胶囊的溶液排出所述气压室。
13.根据权利要求11或12所述的微胶囊制造方法，其中可以通过调整所述振动体的频率和振动能量来调节所述微胶囊的颗粒大小。
14.一种采用液滴排出装置制造微胶囊的方法，所述液滴排出装置用于排出包含由微核和封装所述微核的外壳组成的微胶囊的微量液滴，所述方法包括第一步骤，用于在第一容器中储存包含所述微胶囊的核材料和外壳材料的溶液；第二步骤，用于使用乳化能量施加装置施加乳化能量给所述第一容器内的核材料，乳化所述核材料，并促使使用所述外壳材料对所述核材料进行微封装；第三步骤，用于在第二容器内储存包含所述生成的微胶囊的溶液；以及第四步骤，用于使用振动体对储存在所述第二容器中的溶液施压，并从液滴排出孔排出所述溶液。
15.根据权利要求14所述的微胶囊制造方法，其中所述乳化能量施加装置采用振动体，通过调整所述振动体的频率和振动能量可以调节所述微胶囊的颗粒大小。
全文摘要
本发明提供了能够制造和排出微胶囊的液滴排出装置(1)。在排出容器(11)中临时储存包含微胶囊的核材料和外壳材料的溶液(16)，液滴排出装置(1)的振动体(12)设置在排出容器(11)中，以高频f1振动振动体(12)并研磨核材料，从而在溶液中形成微胶囊。此后，振动体(12)在相对较低的频率f2下工作，在此频率下，溶液能够从容器(11)中排出，从而将包含微胶囊的微量溶液从排出孔(13)排出，并将微胶囊排放到目标体。
文档编号B05B17/04GK1533829SQ200410029640
公开日2004年10月6日 申请日期2004年3月26日 优先权日2003年3月28日
发明者瀧口宏志, 口宏志 申请人:精工爱普生株式会社