本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)制備微球的方法，屬于微流控液滴技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

相對于傳統(tǒng)的材料，微球具有顆粒小、比表面積大、流動(dòng)性好等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，另外，微球在藥物釋放方面具有低毒、高效、緩釋、長效的特性，對提高藥物利用率有重要的意義，目前已成為生長因子、抗生素、抗癌藥物的理想載體，備受關(guān)注。

微流控液滴技術(shù)一般是指將兩種不相融的流體作為分散相和連續(xù)相分別通入微流控芯片，對進(jìn)入微通道的流體進(jìn)行精確操控，從而實(shí)現(xiàn)液滴的生成、輸運(yùn)、合并等功能，液滴生成后可原位固化形成微球。微流控液滴技術(shù)是近年發(fā)展起來的制備微球的新方法，較之常規(guī)的微球制備方法，利用微流控液滴技術(shù)制備的微球尺寸均一、粒徑可控、球形度高。

但現(xiàn)有利用微流控液滴技術(shù)制備微球的裝置是利用不同規(guī)格的注射器與微流控芯片相連，通過推動(dòng)注射器來驅(qū)動(dòng)流體進(jìn)入微流控芯片，實(shí)現(xiàn)液滴的生成及原位固化?，F(xiàn)有的制備微球的缺點(diǎn)是微球產(chǎn)量受注射器容量影響很大，注射器內(nèi)的樣品耗盡即微球制備停止，必須手動(dòng)向注射器內(nèi)添加樣品才能繼續(xù)制備微球，無法長期連續(xù)穩(wěn)定的工作，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)批量化生產(chǎn)，制備過程中需要全程人為干預(yù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)制備微球的方法；

本發(fā)明通過主控制器控制注射器和切換閥實(shí)現(xiàn)樣品自動(dòng)抽取和灌注，保證注射器中始終有液體，實(shí)現(xiàn)微球連續(xù)穩(wěn)定制備，全程無需人為干預(yù)。所有的運(yùn)行參數(shù)可以通過上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和給定，并能對運(yùn)行過程中的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行記錄。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)制備微球的方法，具體步驟包括：

(1)灌注樣品，使樣品連續(xù)不斷：所述樣品包括分散相和連續(xù)相；

a、實(shí)時(shí)檢測樣品是否達(dá)到上限位，如果達(dá)到，停止灌注樣品，進(jìn)入步驟b，否則，繼續(xù)灌注樣品，執(zhí)行步驟a；

b、實(shí)時(shí)檢測樣品是否達(dá)到下限位，如果達(dá)到，開始灌注樣品，返回步驟a，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟b；

(2)將樣品通入微流控芯片，對進(jìn)入微通道的樣品進(jìn)行精確操控，實(shí)現(xiàn)液滴的生成、輸運(yùn)、合并，液滴生成后，原位固化形成微球。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，上述實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)制備微球的方法的全自動(dòng)連續(xù)制備微球裝置如下：所述全自動(dòng)連續(xù)制備微球裝置包括上位機(jī)、主控制器、執(zhí)行模塊及通訊模塊，所述主控制器通過所述通訊模塊分別連接所述上位機(jī)及所述執(zhí)行模塊；

所述主控制器通過所述通訊模塊與所述上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，接收所述上位機(jī)的指令，并將所述執(zhí)行模塊的數(shù)據(jù)上傳至所述上位機(jī)；

所述主控制器通過所述通訊模塊與所述執(zhí)行模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過接收的所述上位機(jī)的指令，對所述執(zhí)行模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，控制所述執(zhí)行模塊運(yùn)行；讀取所述執(zhí)行模塊當(dāng)前位置、運(yùn)行狀態(tài)，即所述執(zhí)行模塊的數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述主控制器為stm32f407系列ARM單片機(jī)，所述主控制器包括RCC時(shí)鐘模塊，所述主控制器集成5個(gè)USART串口；

所述執(zhí)行模塊包括注射器、步進(jìn)電機(jī)、切換閥、上限位開關(guān)、下限位開關(guān)，所述上限位開關(guān)、所述下限位開關(guān)分別設(shè)置在所述注射器的上方、下方，所述切換閥設(shè)置在所述注射器的頂端，所述步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在所述注射器后方，用來驅(qū)動(dòng)所述注射器上行或下行，所述步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分為TB6560電機(jī)專用控制芯片；

所述通訊模塊包括RS485串口、RS232串口；

所述主控制器通過所述RS232串口以MODBUS從站的方式與所述上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所述主控制器對所述執(zhí)行模塊進(jìn)行輪詢，并將接收到的上位機(jī)發(fā)出的改變參數(shù)的指令發(fā)送給AVR系列8位單片機(jī)MEGA16，AVR系列8位單片機(jī)MEGA16對所述主控制器發(fā)出的輪詢指令進(jìn)行響應(yīng)，接收所述主控制器發(fā)出的參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對所述步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂?、對所述切換閥的開關(guān)的控制、對所述上限位開關(guān)及所述下限位開關(guān)的檢測，對所述注射器的上行速度及下行速度的控制；

所述主控制器通過所述RS485串口以主站輪詢的方式讀取所述步進(jìn)電機(jī)的啟停、所述注射器內(nèi)樣品的余量、所述切換閥的開關(guān)、所述上限位開關(guān)、所述下限位開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，并將讀取的數(shù)據(jù)傳送到所述上位機(jī)；

所述主控制器通過無寫入次數(shù)限制的RCC時(shí)鐘模塊中預(yù)留的帶電存儲器實(shí)現(xiàn)對所述注射器內(nèi)樣品的余量的實(shí)時(shí)記錄。以實(shí)現(xiàn)掉電后當(dāng)前運(yùn)行位置不丟失的功能。

主控制器為stm32f407系列ARM單片機(jī)，所述主控制器內(nèi)部時(shí)鐘頻率高達(dá)168MHz，主控制器集成5個(gè)USART串口，通過串口驅(qū)動(dòng)芯片可以方便的和上位機(jī)及注射器分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述主控制器的型號為stm32f407。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述上限位開關(guān)及所述下限位開關(guān)均為對射式光電開關(guān)。

當(dāng)不在上下限位時(shí)，對射式光電開關(guān)導(dǎo)通并輸出高電平，當(dāng)達(dá)到限位時(shí)，對射式光電開關(guān)被遮擋輸出低電平。

全自動(dòng)連續(xù)制備微球裝置的工作方法，具體步驟包括：

①所述上位機(jī)將指令通過MODBUS協(xié)議所述RS232接口發(fā)送給所述主控制器；

②所述主控制器將接收到的上位機(jī)傳送的指令發(fā)送給AVR系列8位單片機(jī)MEGA16，AVR系列8位單片機(jī)MEGA16對所述主控制器發(fā)出的指令進(jìn)行響應(yīng)，接收所述主控制器發(fā)出的參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對所述步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂?、對所述切換閥的開關(guān)的控制、對所述上限位開關(guān)及所述下限位開關(guān)的檢測，對所述注射器的上行速度及下行速度的控制；

③所述主控制器通過所述RS485串口以主站輪詢的方式讀取所述步進(jìn)電機(jī)、所述注射器、所述切換閥、所述上限位開關(guān)及所述下限位開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，包括所述步進(jìn)電機(jī)的啟停、所述注射器內(nèi)樣品的余量、所述切換閥的開關(guān)、所述上限位開關(guān)及所述下限位開關(guān)的檢測，并將所讀取的數(shù)據(jù)通過MODBUS協(xié)議所述RS232接口傳送給所述上位機(jī)；

④當(dāng)檢測到上限位時(shí)，所述主控制器控制所述切換閥打開，按照設(shè)定好的下行速度自動(dòng)抽取樣品，當(dāng)檢測到下限位時(shí)，所述主控制器控制所述步進(jìn)電機(jī)停止，控制所述切換閥關(guān)閉，按照設(shè)定好的上行速度進(jìn)行灌注。

所述步驟②中，實(shí)現(xiàn)對所述步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂?，具體包括：所述AVR系列8位單片機(jī)MEGA16根據(jù)所述主控制器給定的指令，通過其內(nèi)部PWM模塊發(fā)送頻率可變、占空比不變的脈沖給所述TB6560電機(jī)專用控制芯片以控制轉(zhuǎn)速，通過I/O口控制所述步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方向。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明通過CPU控制注射器和切換閥實(shí)現(xiàn)液體自動(dòng)抽取和灌注，保證注射器中始終有液體，實(shí)現(xiàn)微球連續(xù)穩(wěn)定制備。所有的運(yùn)行參數(shù)可以通過電腦進(jìn)行監(jiān)視和給定。全程無需人為干預(yù)，并能對運(yùn)行過程中的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行記錄。

附圖說明

圖1為本發(fā)明執(zhí)行模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為基于ARM單片機(jī)實(shí)現(xiàn)液體自動(dòng)抽取的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為主控制器、RS485串口及執(zhí)行模塊電路連接圖；

圖4為主控制器、RS232串口及上位機(jī)電路連接圖；

圖5為一種實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)制備微球的方法的流程示意圖；

1、上位機(jī)，2、主控制器，3、執(zhí)行模塊，4、通訊模塊，5、注射器，6、步進(jìn)電機(jī)，7、切換閥，8、上限位開關(guān)，9、下限位開關(guān)，10、RS485串口，11、RS232串口，12、TB6560電機(jī)專用控制芯片，13、RCC時(shí)鐘模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步限定，但不限于此。

實(shí)施例

一種實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)制備微球的方法，具體步驟包括：

(1)灌注樣品，使樣品連續(xù)不斷：所述樣品包括分散相和連續(xù)相；

a、實(shí)時(shí)檢測樣品是否達(dá)到上限位，如果達(dá)到，停止灌注樣品，進(jìn)入步驟b，否則，繼續(xù)灌注樣品，執(zhí)行步驟a；

b、實(shí)時(shí)檢測樣品是否達(dá)到下限位，如果達(dá)到，開始灌注樣品，返回步驟a，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟b；

(2)將樣品通入微流控芯片，對進(jìn)入微通道的樣品進(jìn)行精確操控，實(shí)現(xiàn)液滴的生成、輸運(yùn)、合并，液滴生成后，原位固化形成微球。如圖5所示。

上述實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)制備微球的方法的全自動(dòng)連續(xù)制備微球裝置如下：所述全自動(dòng)連續(xù)制備微球裝置包括上位機(jī)1、主控制器2、執(zhí)行模塊3及通訊模塊4，主控制器2通過通訊模塊4分別連接上位機(jī)1及執(zhí)行模塊3；

主控制器2的型號為stm32f407，主控制器2包括RCC時(shí)鐘模塊13，主控制器2集成5個(gè)USART串口；5個(gè)USART串口包括UART1串口、UART2串口、UART3串口、UART4串口、UART5串口；如圖2所示。

執(zhí)行模塊3包括注射器5、4個(gè)步進(jìn)電機(jī)6、切換閥7、上限位開關(guān)8、下限位開關(guān)9，上限位開關(guān)8、下限位開關(guān)9分別設(shè)置在注射器5的上方、下方，切換閥7設(shè)置在注射器5的頂端，步進(jìn)電機(jī)6設(shè)置在注射器5后方，用來驅(qū)動(dòng)注射器5上行或下行，步進(jìn)電機(jī)6的驅(qū)動(dòng)部分為TB6560電機(jī)專用控制芯片12；如圖1所示。

通訊模塊4包括RS485串口10、RS232串口11；

主控制器2、RS485串口10及執(zhí)行模塊3電路連接圖如圖3所示；其中，RS485串口10一端通過主控制器2中UE2芯片與UART5串口相連，RS485串口10另一端連接執(zhí)行模塊3；

主控制器2、RS232串口11及上位機(jī)1電路連接圖如圖4所示；其中，RS232串口11一端與主控制器2中UART1串口及UART2串口相連，執(zhí)行數(shù)據(jù)的接收與傳送，RS232串口11另一端通過COM口連接上位機(jī)1，上位機(jī)1的COM口即圖5中所示J1、J2；

主控制器2通過RS232串口11以MODBUS從站的方式與上位機(jī)1進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，主控制器2對執(zhí)行模塊3進(jìn)行輪詢，并將接收到的上位機(jī)1發(fā)出的改變參數(shù)的指令發(fā)送給AVR系列8位單片機(jī)MEGA16，AVR系列8位單片機(jī)MEGA16對主控制器2發(fā)出的輪詢指令進(jìn)行響應(yīng)，接收主控制器2發(fā)出的參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)6的啟?？刂?、對切換閥7的開關(guān)的控制、對上限位開關(guān)8及下限位開關(guān)9的檢測，對注射器5的上行速度及下行速度的控制；

主控制器2通過RS485串口10以主站輪詢的方式讀取步進(jìn)電機(jī)6的啟停、注射器5內(nèi)樣品的余量、切換閥7的開關(guān)、上限位開關(guān)8、下限位開關(guān)9的運(yùn)行狀態(tài)，并將讀取的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)1；

主控制器2通過無寫入次數(shù)限制的RCC時(shí)鐘模塊13中預(yù)留的帶電存儲器實(shí)現(xiàn)對注射器5內(nèi)樣品的余量的實(shí)時(shí)記錄。以實(shí)現(xiàn)掉電后當(dāng)前運(yùn)行位置不丟失的功能。

主控制器2為stm32f407系列ARM單片機(jī)，主控制器2內(nèi)部時(shí)鐘頻率高達(dá)168MHz，主控制器2集成5個(gè)USART串口，通過串口驅(qū)動(dòng)芯片可以方便的和上位機(jī)1及注射器5分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

上限位開關(guān)8及下限位開關(guān)9均為對射式光電開關(guān)。

當(dāng)不在上下限位時(shí)，對射式光電開關(guān)導(dǎo)通并輸出高電平，當(dāng)達(dá)到限位時(shí)，對射式光電開關(guān)被遮擋輸出低電平。