靜電噴霧技術：一種納米級/微米級微球的制備技術

靜電噴霧技術是指可以導電的液滴在外界高壓靜電場的作用下，發(fā)生高速噴射的一種現(xiàn)象。靜電噴霧技術的起源比較早，大約可追溯到1882年的Rayleigh對霧滴靜電化過程的研究，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力增加到大于液滴產(chǎn)生的表面張力，進而使相對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、電場分布以及液體流量等相關，所以經(jīng)對電壓、針頭、電極間的距離以及推進的速度進行調(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

靜電噴霧過程通?？梢苑譃樗膫€階段：在噴頭處形成射流、射流通過爆裂形成許多的液滴、液滴不斷進行萎縮和最終氣態(tài)離子的形成。

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

在靜電場力的作用下，針嘴處的半月形液滴從圓形變成圓錐形即泰勒錐。當靜電場力大于溶液的表面張力時，液滴就會被不斷撕裂，形成較小的液滴，隨著溶劑的揮發(fā)，最后會形成粒徑在微米或者納米尺度上的顆粒。在整個靜電噴霧的過程中，由于液滴比較小，隨著溶劑的不斷揮發(fā)，很快會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，感應充電方式效果較差。從安全角度考慮，感應充電方式最安全，充電電壓較小，只有幾千伏，絕緣容易實現(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，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，因此，接觸充電方式要求充電電壓比感應充電電壓高很多，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而減小，可以用可變電阻來代替。這種充電方式絕緣性好，可直接用于普通噴頭。

感應充電方式在噴頭和電極間設有高壓電源，由靜電感應原理可知，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為是由1個電容器和1個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，復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。

相比于也能獲得均勻微球的可控的微流控技術，靜電噴霧法操作更簡便且在相同時間段內(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，該過程僅涉及水相，不涉及額外的表面活性劑，環(huán)保且操作簡單，可避免復雜的洗滌過程。

電噴霧法對環(huán)境要求不高，在環(huán)境壓力和溫度下均可進行，而這個特點對于超敏和熱敏功能材料來說至關重要。

高壓靜電噴霧技術與益生菌

高壓靜電噴霧干燥法因無需使用有機溶劑，作用條件溫和，可調(diào)節(jié)微膠囊的粒徑大小，反應迅速，生產(chǎn)效率高。有學者運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到90%左右。

此外，此法還可以與其他干燥技術結合，提高微膠囊性能。也有學者運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，在模擬胃腸道試驗中活菌數(shù)提高了4個對數(shù)級。