توصيفگر ها :
الكترواسپري هم محور , كپسوله كردن , نازل ارتعاشي , تكنولوژي ارتعاشي در الكترواسپري , ارتعاش سينوسي در الكترو اسپري , نازل هاي التراسونيك
چكيده فارسي :
پژوهش حاضر با هدف اصلي توليد ريزكپسولهايي با قطر بسيار كوچك، توزيع يكنواخت و كارايي بالاتر نسبت به ريزكپسولهاي تشكيلشده در مود مخروط تيلور انجام شده است. الكترواسپري يكي از روشهاي قديمي و كارآمد در توليد ذرات و ريز كپسولهاي شامل هسته و پوشش است كه به دليل گستردگي كاربردها در حوزه ها و صنايع مختلف، طي بيش از 400 سال همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. يكي از مهمترين كاربردهاي اين فناوري، توليد ريزكپسولهاي دارويي شامل هسته و پوشش است. در اين تحقيق، روغن سيليكون به عنوان سيال مركزي انتخاب شد كه ميتواند بهعنوان حلال مناسبي براي برخي از داروهاي ضد سرطان باشد و به منظور ايجاد پوشش و تثبيت سيال مركزي، محلول كيتوزان انتخاب شد كه پيش تر نيز به عنوان پوششي مؤثر براي داروهاي ضدسرطان معرفي شده بود. در اين پژوهش بهجاي استفاده از نازل هممحور مرسوم، از نازل ارتعاشي بهره گرفته شد كه به طور عمده براي اتميزه سازي مولكولهاي بزرگ مورد استفاده قرار ميگيرد. براي تلفيق آزمايش الكترواسپري هممحور با نازل ارتعاشي، نازلي با هندسه مخروطي طراحي شد تا ضمن ايجاد توزيع يكنواخت تنش، دامنه ارتعاش مناسبي نيز فراهم آورد. به منظور تزريق سيال پوشش، يك نازل خارجي بر روي نازل داخلي تعبيه گرديد. جنس نازل ارتعاشي استيل 304 انتخاب شد تا انتقال امواج صوتي توليد شده توسط ژنراتور و محرك پيزوالكتريك به نوك سوزن بهطور مؤثر انجام گيرد. طراحي و شبيه سازي نازل در نرم افزار انسيس به كمك روش اجزاي محدود انجام شد و مودهاي ارتعاشي و فركانسهاي طبيعي آن استخراج گرديد. تفاوت اين نازل ارتعاشي با ديگر نازل هاي ارتعاشي با هندسه مخروطي اضافه شدن يك نازل خارجي به مساله است. فركانس مود طولي كه بيشترين دامنه ارتعاشي را ايجاد ميكرد، بهعنوان فركانس رزونانس انتخاب شد. نتايج شبيه سازي فركانس رزونانس را برابر با 19686 هرتز نشان داد، در حاليكه اندازهگيري تجربي با دستگاه تحليلگر آمپدانس مقدار 19853 هرتز را گزارش كرد كه كمتر از 1 درصد خطا نسبت به نتايج شبيه سازي داشت. آزمايش الكترواسپري ابتدا بدون اعمال ارتعاش انجام شد كه در آن مود مخروطي پايدار مدلسازي شد و پارامترهاي بهينه در طول آزمايش براي مدلسازي مود مخروطي پايدار بدست آمد. با بهينه سازي پارامترهاي آزمايش، ريزكپسولهايي با ميانگين قطر 295.68 ميكرومتر و انحراف معيار 21.51 حاصل شد. در مرحله بعد، آزمايش با اعمال ارتعاش در فركانس رزونانس انجام گرفت كه منجر به شناسايي دو مود ارتعاشي، يعني مود قطرهاي و مود جت گرديد. ريزكپسولهاي توليدشده در مود قطرهاي ارتعاشي، ميانگين قطري برابر با 987 ميكرومتر داشتند كه به دليل ابعاد بزرگ، فاقد كاربرد عملي بودند. در مقابل، ريزكپسولهاي توليدشده در مود جت ارتعاشي داراي ميانگين قطري 48.62 ميكرومتر با انحراف معيار 15.48 بودند. در اين مود، شكست قطرات يك بار در نوك سوزن نازل به علت اعمال ارتعاش و بار ديگر به دليل تنش هاي الكتريكي (پديده شكست ريلي) در ناحيه خروج از رينگ الكترود مشاهده شد. همچنين پارامتر هاي بهينه براي تشكيل ريزكپسول هاي شامل هسته و پوشش در مود جت ارتعاشي بدست آمد. ريز كپسول هاي تشكيل شده در اين پژوهش در ميكروسكپ نوري مشاهده و عكس برداري شد و آناليز يكنواختي و بررسي سايز آنها در نرم افزار IMAGE J انجام شد.
چكيده انگليسي :
The present study was primarily aimed at producing microcapsules with very small diameters, uniform size distribution, and higher efficiency compared to microcapsules formed in the Taylor cone mode. Electrospray is one of the oldest and most efficient methods for producing particles and microcapsules with a core–shell structure. Due to its wide range of applications across various fields and industries, it has attracted researchers’ attention for over 400 years. One of the most important applications of this technology is the production of pharmaceutical microcapsules containing a core and a shell. In this study, silicone oil was selected as the core fluid, as it can serve as a suitable solvent for certain anticancer drugs. To form the shell and stabilize the core fluid, a chitosan solution was chosen, which has previously been introduced as an effective coating for anticancer drugs. Instead of using a conventional coaxial nozzle, a vibrating nozzle was employed, which is primarily used for atomizing large molecules. To integrate the coaxial electrospray experiment with the vibrating nozzle, a nozzle with a conical geometry was designed to provide uniform stress distribution while also enabling a suitable vibration amplitude. An external nozzle was mounted around the inner nozzle to inject the shell fluid. The vibrating nozzle was made of 304 stainless steel to efficiently transmit the acoustic waves generated by the generator and piezoelectric actuator to the needle tip. The nozzle was designed and simulated in ANSYS using the finite element method, and its vibrational modes and natural frequencies were extracted. The difference between this vibrating nozzle and other conical vibrating nozzles was the addition of an external nozzle. The longitudinal mode that produced the highest vibration amplitude was selected as the resonance frequency. Simulation results indicated a resonance frequency of 19,686 Hz, while experimental measurement using an impedance analyzer reported 19,853 Hz, showing less than 1% error compared to the simulation. The electrospray experiment was initially performed without vibration, forming a stable conical mode. During this stage, the optimal parameters for modeling the stable conical mode were determined. By optimizing the experimental parameters, microcapsules with an average diameter of 295.68 μm and a standard deviation of 21.51 μm were obtained. In the next stage, the experiment was conducted with vibration applied at the resonance frequency, leading to the identification of two vibrational modes: the droplet mode and the jet mode. Microcapsules produced in the droplet vibrational mode had an average diameter of 987 μm, which was too large for practical applications. In contrast, microcapsules produced in the jet vibrational mode had an average diameter of 48.62 μm with a standard deviation of 15.48 μm. In this mode, droplet breakup occurred once at the nozzle tip due to vibration and again at the entrance to the electrode ring due to electric stresses (the “Rayleigh breakup” phenomenon.