靜電噴霧技術(shù)：一種納米級(jí)/微米級(jí)微球的制備技術(shù)

靜電噴霧技術(shù)是指可以導(dǎo)電的液滴在外界高壓靜電場(chǎng)的作用下，發(fā)生高速噴射的一種現(xiàn)象。靜電噴霧技術(shù)的起源比較早，大約可追溯到1882年的Rayleigh對(duì)霧滴靜電化過(guò)程的研究，他主要是研究需要多少電荷的聚集才可以克服液滴表面張力，才能打破液滴存在的平衡狀態(tài)，我們要想打破液滴的平衡狀態(tài)，就必須使外加的電場(chǎng)力增加到大于液滴產(chǎn)生的表面張力，進(jìn)而使相對(duì)較大的液滴劈裂形成許多的帶電的小液滴。

靜電噴霧法的微球分散性、粒徑大小、形貌等與液體頻率、電場(chǎng)分布以及液體流量等相關(guān)，所以經(jīng)對(duì)電壓、針頭、電極間的距離以及推進(jìn)的速度進(jìn)行調(diào)整，可以使得所得微球粒徑和形貌存在差異，通常微球直徑約為50~500μm。

微球形成的四大階段

靜電噴霧過(guò)程通常可以分為四個(gè)階段：在噴頭處形成射流、射流通過(guò)爆裂形成許多的液滴、液滴不斷進(jìn)行萎縮和最終氣態(tài)離子的形成。

在靜電噴霧的過(guò)程中，液滴主要受到施加在液滴上的靜電場(chǎng)力和液滴自身的表面張力的作用，當(dāng)液滴上的電荷進(jìn)行不斷積累時(shí)，將會(huì)在噴嘴和玻璃接收裝置之間形成一個(gè)高壓的靜電場(chǎng)，噴射出來(lái)的液滴在施加的高壓靜電場(chǎng)作用下，將會(huì)在液滴內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)靜電場(chǎng)作用力，與此同時(shí)噴射出來(lái)的液滴也將受到一個(gè)和電場(chǎng)力作用相反的液滴表面張力的作用。

在靜電場(chǎng)力的作用下，針嘴處的半月形液滴從圓形變成圓錐形即泰勒錐。當(dāng)靜電場(chǎng)力大于溶液的表面張力時(shí)，液滴就會(huì)被不斷撕裂，形成較小的液滴，隨著溶劑的揮發(fā)，最后會(huì)形成粒徑在微米或者納米尺度上的顆粒。在整個(gè)靜電噴霧的過(guò)程中，由于液滴比較小，隨著溶劑的不斷揮發(fā)，很快會(huì)固化成為微納米顆粒，隨后落在接收裝置上，用這種方法可以制備單分散的微納米顆粒。

霧滴荷電是關(guān)鍵

目前霧滴荷電方式主要分為三種，即接觸充電、電暈充電和感應(yīng)充電。其中，接觸充電形成的霧滴荷電效果最好，電暈充電方式效果次之，感應(yīng)充電方式效果較差。從安全角度考慮，感應(yīng)充電方式最安全，充電電壓較小，只有幾千伏，絕緣容易實(shí)現(xiàn)；其次是電暈充電方式，其高壓絕緣性好，但所需電極電壓較高；接觸充電方式電極電壓高，絕緣比較困難，因而逐漸被其他充電方式取代。

接觸充電方式的高壓電源一端直接與藥液或噴頭相連，另一端接地，液體與地面之間產(chǎn)生電場(chǎng)，形成回路。藥液經(jīng)噴頭霧化形成霧滴并帶上電荷。由于充電液體與地面距離較遠(yuǎn)，因此，接觸充電方式要求充電電壓比感應(yīng)充電電壓高很多，其霧滴充電效果最佳。

電暈充電方式采用高壓電極尖端放電，使周圍空氣電離成帶電粒子，藥液經(jīng)噴頭霧化后與電極周圍的極化粒子碰撞而帶電。電極與水膜間的氣體電阻隨電離的加強(qiáng)而減小，可以用可變電阻來(lái)代替。這種充電方式絕緣性好，可直接用于普通噴頭。

感應(yīng)充電方式在噴頭和電極間設(shè)有高壓電源，由靜電感應(yīng)原理可知，噴頭與電極帶極性相反的電荷。藥液經(jīng)噴頭霧化后帶走噴頭表面電荷，因此，霧滴形成區(qū)與電極的距離決定充電效果。噴頭與電極之間的空氣層被認(rèn)為是由1個(gè)電容器和1個(gè)較大阻值的電阻并聯(lián)。

靜電噴霧法在功效成分包埋上的應(yīng)用

用于功效成分傳遞系統(tǒng)的制造微觀或納米顆粒的技術(shù)有乳化-蒸發(fā)法，鹽析/乳化法，納米沉淀法，離子凝膠化法，微流控技術(shù)，復(fù)凝聚法和噴霧干燥法，其中基于乳化的方法是最常用的。但這些方法在不同階段往往都有些繁雜和耗時(shí)。

相比于也能獲得均勻微球的可控的微流控技術(shù)，靜電噴霧法操作更簡(jiǎn)便且在相同時(shí)間段內(nèi)微球的產(chǎn)量要高10倍以上。電噴霧法具有一步合成的好處，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電噴參數(shù)輕松地獲得各種形貌和尺寸的微球，該過(guò)程僅涉及水相，不涉及額外的表面活性劑，環(huán)保且操作簡(jiǎn)單，可避免復(fù)雜的洗滌過(guò)程。

電噴霧法對(duì)環(huán)境要求不高，在環(huán)境壓力和溫度下均可進(jìn)行，而這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于超敏和熱敏功能材料來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

高壓靜電噴霧技術(shù)與益生菌

高壓靜電噴霧干燥法因無(wú)需使用有機(jī)溶劑，作用條件溫和，可調(diào)節(jié)微膠囊的粒徑大小，反應(yīng)迅速，生產(chǎn)效率高。有學(xué)者運(yùn)用高壓靜電噴霧干燥法快速制備的嗜酸乳桿菌微膠囊包埋率達(dá)到90%左右。

此外，此法還可以與其他干燥技術(shù)結(jié)合，提高微膠囊性能。也有學(xué)者運(yùn)用高壓靜電噴霧干燥法與冷凍干燥法包埋的唾液乳桿菌具有較好的耐酸能力，與未經(jīng)包埋的唾液乳桿菌相比，在模擬胃腸道試驗(yàn)中活菌數(shù)提高了4個(gè)對(duì)數(shù)級(jí)。