小滴生成制造技术

通过使用一种静电小滴发生器制得直径小于７００微米的完全球形平滑和均匀的微胶囊，该微胶囊可以含有活细胞．从一尖源，如针中悬浮出一小滴，并将该小滴用高静电压充电．用相反极性电荷使收集容器或环装置荷电并吸引该小滴．当通过阀电压时，小滴由原料远动到收集容器．电压脉冲振幅，脉冲频率和宽度，以及小滴的挤压速度是可调的，从而可以重复生成和收集预定尺寸的小滴．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于小滴生成，特别是有关在微胶囊中活细胞或个体细胞的包囊的小滴生成。在过去二十多年，为了提供既可生物上适应于身体组织又对免疫系统的组分不渗透的半透性微胶囊，已进行了各种试验。在美国专利№4352883和4391909中对Franklin Lim所作的描述是这些试验中有代表性的。如上述文献所述，将活组织或个体细胞悬浮在一种可逆凝胶材料，典型的是藻朊酸钠水溶液中，使这一悬浮液的小滴滴入硬化溶液，典型的是氯化钙。然后将这样生成的暂时胶囊用聚赖氨酸和聚乙烯亚胺处理以形成一层半透性外衣。通过钙离子的离子交换将核心材料重新液化。在动物身体中，用这一现有技术方法制得的微胶囊的存活时都小于三周。由此，在治疗需要器官移植的疾病，如糖尿病和肝病时，严格限制了使用这一现有技术的包囊方法。在欧洲专利申请№0127713和0127969中(这两项申请均已于1984年12月12日出版)，公开了对上述现有技术方法(该方法形成一半透性膜，该膜既是生物上相容，又能保护移植的组织和细胞不受免疫系统的破坏)的改进，在动物试验中，在动物试验中，这样的改进使得囊岛的一次腹膜内移植使糖尿状态逆转一年以上。上述出版专利申请的方法的成功是由于一层半透性的和耐火的膜，该膜具有一层生物相容的负电荷材料的外表面。这些微胶囊的改进了的耐火性，即耐破裂性，是由于其几乎完全的球面形状和增加了的囊膜厚度。尽管上述出版的申请制得的微胶囊在治疗需要器官移植的疾病方面显示了重大的进展，但有一个缺点，它阻碍了更理想的使用该微胶囊，这一缺点是由于个体的微胶囊的相对大的尺寸而造成的，它的直径为700-1000微米。按照Lim的专利方法制得的微胶囊也具有大约1000-2000微米相对大的直径。具有这样直径的微胶囊不能直接注射入心血管系统，因为它们会闭塞血管。因此，微胶囊必须植入大的体腔内，如腹膜内腔。在心血管以外的身体区域植入的位置导致增加微胶囊对改变血液状态的反应时间，因为微胶囊不直接与血流接触。此外，与微包囊的组织或细胞比较，微胶囊的相对大的尺寸(例如，对郎格罕氏岛约为200微米)结果对通过微胶囊中心的分子产生高的扩散阻力。一种空气喷射-注射泵挤出方法被用于上述出版的申请的方法和Lim的专利，从而从岛在藻朊酸钠的水溶液的悬浮液中制备含有包裹着岛，或其它组织或细胞的凝胶小滴。在这一方法中，将藻朊酸钠溶液挤压通过位于一套管的内部的针，通过该管，空气以控制的速率流动。当通过注射泵迫使液体小滴压出针端时，小滴由于快速流动的空气造成的剪切力而完成。容积的空气流速愈高，剪切力愈强，小滴从针端脱开愈快，产生的小滴愈小。然而，这一现有技术的方法中存在着固有的限制，该限制阻碍了制得尺寸小于约700微米的微胶囊。这些限制是，形成凝胶的液体的粘度必须大于一个最低粘度以形成完全球形胶囊，针的最小内部直径必须大于300微米以便避免岛对针的阻塞，空积空气流速必须保持在2000毫升/分钟以下以制得均匀直径的胶囊。现在，我们发现了一种生成完全球形，平滑和均匀小滴的改进了的方法和设备，这样使得由此能制得完全球形的，平滑和均匀的微胶囊，该胶囊直径小于700微米，较好的约为150-500微米。这样的微胶囊构成了本专利技术的一个方面。该新型微胶囊是由生物相容的材料制成并含有活组织或细胞作为核心材料。较好的核心材料为郎格罕氏岛，以便通过心血管注射生物相容的微包囊的郎格罕氏岛实现长期控制患糖尿症的动物，包括患糖尿病的人类的血糖水平。按照本专利技术提供的较小直径微胶囊，例如200-300微米，允许把微胶囊直接注射入血流，因此它们最终可以注入身体器官，如肝或脾内部，该处以新鲜血流不断地将它们洗涤。微胶囊和血液之间的直接接触大大地减少了被包囊的组织或细胞对任何生化变化的反应时间并由此提高了其效率。此外，较小的微胶囊导致对通过微胶囊核心的分子有较低的扩散阻力，进一步提高了细胞的效率。结果，为了达到延长控制糖尿症病人的血糖水平，每公斤受主体重只需移植极少量较小直径的包囊的郎格罕氏岛。也可以将含活组织的胶囊注射入或植入待治疗的身体的任何其它合适位置，尽管这一给药方式由于上述理由不是很好。按照本专利技术所提供的小直径微胶囊在开始的凝胶小滴生成阶段是通过使用一静电小滴发生器形成的。在这一方法中(该方法构成本专利技术的第二方面)，使自原料中悬浮出来的一个小滴，充有高压静电压，并且使第二个位置，例如收集容器被充有相反极性的电压，以便吸引该小滴。当通过在这两个位置之间的电压差阈值时，该小滴从原料处向第二位置移动并因此到达收集容器。发生一个可调的电压脉冲并通过一注射泵施加该电压于针端形成的小滴。使电压脉冲的振幅，脉冲频率和脉冲宽度与配制的材料量同步，以便能够使已知尺寸的小滴重复产生并被收集。 用参考附图说明的方法进一步阐明本专利技术，其中图1是按照本专利技术一个实施例绘制的小滴生成发生器的示意图; 图2是按照本专利技术的第一个实施例绘制的小滴生成发生器的示意图; 图3是施加于图1或图2小滴发生器的电流所需电路的示意及方块图以及; 图4是图3小滴发生器电路输出波形的曲线图。 参考附图，图1表示按照本专利技术实施例绘制的小滴生成设备10，如该处所示，非导电的，通常是聚合材料组成的注射器12含有一种小滴形成液体14，该液体含有活细胞。通过一个注射泵18推动柱塞16使小滴20从一个不锈钢注射针22的低端挤出(针22与注射器12的低端相通)，挤向含有硬化溶液26的收集容器24，在含有藻朊酸钠的小滴形成溶液的情况下，硬化溶液可以是氯化钙水溶液。 当电脉冲发生器的负端导线同硬化溶液相连接时，电脉冲发生器(见图3)的正端导线28就同针22相连接。 如果需要，可以使针22在其外尖端27做成斜边。尖端27位于高在收集容器24中接受介质26的顶部的特定距离处，该收集容器与施加到二者之间以实现小滴生成的电压脉冲保持协调一致。小滴的尺寸可通过下列因素予以开变改变针尖27和液体之间的距离，则距离越短导致小滴越小;改变导线28和30所施加的电压，则用高电压导致较小的小滴;改变所施加的脉冲长度，则用较小电脉冲长度可导致较小小滴;改变泵18的速度则降低泵的速度导致较小的小滴。 图2用图解说明了一种可选择的装置，在该装置中，将来自脉冲发生器的正导线28与针22分离而代之以使其连结到不锈钢环32上，该环安装在非导电材料的锥形支座34的低端上，该支座包围并延伸到针22的下面。负导线30被连结到针22而不是连结到接收介质26。在这一装置中，针22的尖端27和接收介质26之间的距离不影响凝(接下页)胶小滴的尺寸。 在图1和图2上的小滴生成期间，由导线28和30所施加的静电压导致凝胶小滴的直径为小于约700微米，较好的为约150-约500微米。然后可以将这些小滴用一种半透性，生物相容的膜的薄涂层包衣。所生成的微胶囊小到使用一根固定在注射器上的18号针足以将其注射入动物体内。 因为在小滴生成期间所施加的电压是静电压，所以被包囊的活组织，如郎格罕式岛或活细胞的活性不受破坏，从而被包囊的活组织能够进行新陈代谢。 现在来参考附图的图面3和4，图3说明了一台静电脉冲发生器110，该发生器适用于发生通过图1或2的设备在小滴生成期间被施加的静电脉冲。 正如该处所见到的那样，脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
球形，平滑和均匀的微胶囊，其特征在于该微胶囊的直径小于７００微米并含有活组织或细胞。

【技术特征摘要】
1.球形，平滑和均匀的微胶囊，其特征在于该微胶囊的直径小于700微米并含有活组织或细胞。2.如权利要求1所述的微胶囊，其特征在于该微胶囊的直径为150到500微米。3.如权利要求1或2所述的微胶囊，其特征在于该微胶囊是由包囊有活组织或细胞核心的生物相容的半透性膜组成。4.如权利要求3所述的微胶囊，其特征在于活组织包括郎格罕氏岛。5.如权利要求1至4中任一项所述的微胶囊，其特征在于活组织或细胞被包囊在一种可重新液化的可逆凝胶材料中。6.如权利要求1-5中任一项所述的微胶囊，其特征在于膜的厚度为4-6微米。7.一种小滴生成的方法，其特征在于其步骤为，在第一位置处从原料中向下挤压形成小滴的液体，用一极性电荷使挤压出的材料荷电，在垂直位于第一位置下面的第二位置处设置一正极电荷，并在第一和第二位置之间提供一电压差，该电压差足以从挤压的材料中形成一液体小滴并将该小滴吸向第二位置。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于第一位置包括一根轴向下定向导电的针。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于第二位置含有一种接收介质，形成的小滴被收集在该介质中，该接收介质含有一种硬化溶液，以使由该处生成的小滴形成单个的微胶囊。10.如权利要求8所述的方法，其特征在于第二位置包含一个导电材料的环，该环环绕针轴并与轴同心，一种位于第二位置下面的接收介质，以接收并收集该处形成的小滴，接收介质含有一种硬化溶液以使从该处形成的小滴中形成单个的微...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁霍姆尔，安东尼孙迈方，MFA古斯，
申请(专利权)人：康诺特实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]