[发明专利]一种纳米气泡的制备装置及其制备方法

说明书

本发明提供一种纳米气泡的制备装置及其制备方法。先构建一套体积可变的密闭装置，由与体积可变装置(1)相连的连通管(2)插入固定体积的生成容器(3)中组成。该方法包括将一定体积的液体(水或脂质的水分散液)和特定气体收容于密闭装置中；压缩体积达到一定压力，同时部分气体通过连通管被压入液体实现气液混合；恢复到常压，液体中局部过饱和气体溢出形成微纳气泡，脂质存在时则通过在气液界面自组装形成脂质包覆气泡；反复压缩气体并恢复到常压，获得常温常压下稳定的自由纳米气泡或脂质包覆气泡。该方法装置简单、操作简易，能够获得具有纳米尺寸、较窄粒径分布及数量可控的自由纳米气泡或脂质包覆纳米气泡。

技术领域

本发明涉及一种纳米气泡的制备装置及其制备方法，属于纳米气泡的制备的技术领域。

背景技术

近年来，微纳气泡由于具有尺寸小、上升速度慢、传质效率高等优点，被广泛用于浮选、水体净化、医疗美容、生物医学等各种行业和应用领域。其中，由于纳米气泡在液相中停留时间比微米气泡更长，具有更小的尺寸和更大的比表面积，成为科学应用领域的重要方向。

纳米气泡按有无膜材可分为自由气泡(Free gas microbubbles)和包裹气泡(Encapsulated microbubbles)。现已开发出各种各样的自由纳米气泡制备方法，具体地包括气液两相旋转剪切法、醇水置换法、曝气法、超声空化法、电解水法等。这些方法存在系统复杂、操作繁琐、气泡尺寸分布宽、数量难以控制的缺点。对于包膜气泡而言，制备的大部分为微米尺寸气泡，如目前商业化的微气泡造影剂SonoVue、Optison、Levovist、Echogen等，或者通过严格的参数控制和后分离等方法从微纳气泡中获得，方法较复杂繁琐。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种装置简易、操作简便，可获得较窄粒度分布和数量可控的纳米气泡的制备装置和方法。一方面涉及一种制备自由纳米气泡的方法，通过反复压缩气体至水中再恢复到大气压，利用反复压差法制备自由纳米气泡；另一方面涉及一种制备脂质包覆纳米气泡的方法，先制备脂质和水的混合物；在通过反复压缩气体至水中再恢复到大气压，利用反复压差法制备自由纳米气泡；利用脂质在气泡表面的自组装制备脂质包覆的纳米气泡。

技术方案：本发明的一种纳米气泡的制备装置包括体积可变装置、生成容器和连通管；在生成容器中装有液体，在体积可变装置中有气体，连通管的一端与体积可变装置相连，一端插入生成容器中的液体中；其中，生成容器为具有固定体积且密闭状态的装置；体积可变装置包括管筒和柱塞，通过改变柱塞位置改变总容积，从而改变装置内压力。

本发明的纳米气泡的制备方法，通过反复压缩体积可变装置中气体至生成容器中的液体中再恢复到大气压，利用反复压差法制备自由纳米气泡，该方法包括下述步骤：a)将一定体积的液体收容于生成容器，生成容器上侧、连通管和体积可变装置中填充气体，构成密闭系统；b)施力压缩体积可变装置的柱塞，将部分气体通过连通管压入液体中，增加密闭系统压力；c)去除外力，使柱塞回复到与大气压平衡位置，密闭系统压力降为常压；d)重复加压-降为常压过程若干次。

所述的自由纳米气泡，利用脂质分子在自由纳米气泡表面的自组装作用，制备获得脂质包覆的纳米气泡；该方法包括以下步骤：1)制备脂质和水的混合物液体；2)在所述混合物液体中制备脂质包覆的纳米气泡，包括以下步骤：a)将脂质和水的混合物液体收容于生成容器，生成容器上侧、连通管和体积可变装置中填充气体，构成密闭系统；b)施力压缩体积可变装置的柱塞，将部分气体通过连通管压入液相中，增加密闭系统压力；c)去除外力，使柱塞回复到与大气压平衡位置，密闭系统压力降为常压；d)重复加压-降为常压过程若干次。

所述的体积可变装置，通过调节体积可变装置的体积改变系统的压力，产生压力差。

所述的体积可变装置，通过改变系统压力，可驱动部分液体和气体通过连通管，产生的剪切作用使气液两相充分混合。