tugas teknik biosistem
DESCRIPTION
MikrochannelTRANSCRIPT
Novel microchannel sistem monodispersed mikrosfer
Mitsutoshi Nakajima∗
National Food Research Institute
Abstrak
Microchannel (MC) disusun dengan berbagai bentuk dan ukuran yang mikro-fabrikasi menggunakan substrat silikon kristal tunggal. MC jenis beralur dan tipe modul telah digunakan untuk memproduksi mikrosfer (MS) . Pembentukan MS sangat tergantung pada jenis ionik surfaktan yang digunakan. Hal ini sangat penting untuk menjaga permukaan hidrofilik MC selama pembentukan minyak-air di-(O / W) MS. MC hidrofobik yang dimodifikasi oleh silanization dapat berlaku untuk air-dalam-minyak (W / O) MS. Kedua monodispersed O / W dan W / O MS telah berhasil diperoleh. MS ukuran secara nyata dipengaruhi oleh ukuran MC, struktur dengan / tanpa teras dan dinding partisi di teras. Analisis oleh kamera berkecepatan tinggi mengungkapkan bahwa struktur teras sangat penting untuk ketidakstabilan di outlet, dan pembentukan tetesan spontan disebabkan oleh ketegangan antar muka, yang seharusnya secara signifikan berbeda dari membran emulsifikasi. Selain itu, microfabrication MC ukuran kecil untuk produksi ukuran kecil MS, MS stabilitas, manufaktur lintas-aliran jenis MC dan modul untuk produksi MS terus menerus, produksi MS lipid padat dengan lemak hewan dan minyak terhidrogenasi ikan, fabrikasi stainless steel MC dan aplikasi untuk produksi MS, dan mikro-fabrikasi novel melalui tipe MC untuk efisien MS produksi telah dilakukan dan ditandai. Teknologi MC emulsifikasi akan memiliki besar potensi untuk menawarkan ladang baru untuk industri makanan, farmasi dan kimia.
Pendahuluan
Ada banyak penelitian pada MS (emulsi dan mikropartikel) untuk industri
makanan, farmasi dan kimia. Dr Nakashima dan rekan-rekannya di Prefektur
Miyazaki Industrial Technology Center telah mengembangkan membran
emulsifikasi teknologi untuk monodispersed MS dan pemanfaatan sistem
pengiriman obat sejak 1988,1) Beberapa studi pada membran emulsifikasi juga
telah dilakukan oleh Schubert, Suzuki, Williams, Tragardh, Omi dan Yamano di
dekade terakhir. 2-7) Di sisi lain, Kikuchi dari NFRI dikembangkan mikro-
fabrikasi berbagai _ untuk aplikasi hemorheology. 8) Menggunakan _ ini, kami
MS penelitian kelompok NFRI telah terlebih dahulu menerapkan _ untuk
emulsifikasi, dan berhasil untuk mendapatkan monodispersed MS dengan
diameter rata-rata sekitar 20 pM dan koefisien variasi dari 2-5% 0,9-12)
Untuk mempromosikan R & D _ emulsifikasi untuk pengembangkan
industri, Bio-berorientasi Penelitian Teknologi Kemajuan Lembaga kemajuan
penelitian Bio-Teknologi (LKPB) telah mendukung kami R & D sejak 1997.
Tulisan ini akan merangkum beberapa kemajuan nasional proyek.
Metode dan Bahan
Dengan menggunakan fotolitografi dan anisotropik -_ proses pengetsaan/
penggoresan basah, paralel yang disusun dari microgrooves dibentuk dalam
singlecrystal silikon substrat, dan _ diciptakan dengan erat meliputi piring kaca
optik datar (Gambar 1) .8) Standar piring MC itu beralur-jenis, dan diameter 5 μm
setara dengan teras. Tipe lain MC yaitu tanpa teras, dengan partisi dinding, dan
juga dirancang dan diproduksi dalam ukuran yang berbeda. Tipe baru MC adalah
mikro-fabrikasi yang menggunakan ion dalam (RIE) pada tahun 2000. Masing-
masing modul diproduksi untuk masing-masing (Hitachi Haramachi Electronics
Ltd). Dengan menggunakan modul, baik minyak atau air ditekan ke dalam air
terus menerus satu sama lain atau fase minyak , kemudian tercipta tetesan
(Gambar 2) .9) Minyak sayuran sering digunakan sebagai fasa minyak. Surfaktan
sebelumnya ditambahkan ke fase terdispersi lainnya atau secara terus-menerus.
Pembentukan karakter MS dilakukan melalui pengamatan mikroskopis secara
langsung dan dengan perbesaran sekitar 1.000 kali perbesaran. Untuk
menganalisis mekanisme emulsifikasi, mikroskopis kecepatan tinggi kamera
dengan 600 api per detik juga telah digunakan. Selain silikon _, piring stainless
steel dengan diameter setara dengan 10-80 μm juga diproduksi dan digunakan
untuk emulsifikasi.
Gambar 1. Piring Michrochannel Silikon
Gambar 2. Skema aliran mekanis melalui _ silikon dalam modul
Hasil dan Pembahasan
Dengan meningkatnya tekanan yang diaplikasikan, dalam fase minyak
yang diterobos ke teras, garis batas antara air dan fase minyak secara bertahap
pindah dan terhubung ke dalam MC , dan fase minyak menerobos dan mulai
terbentuk MC (Gbr. 4). Arus Keluar dari fase minyak terdispersi lainnya muncul
pada tekanan yang sangat tinggi. Rata-rata ukuran dihasilkan O / W- mencapai
17,3 m dengan menggunakan MC dengan saluran yang memiliki diameter setara
dengan 5,3 pM dan minyak bunga matahari mengandung sorbitan monolaurat
sebagai surfaktan. Koefisien variasi adalah sekitar 2%, yang menunjukkan super
monodispersibility MS. MS yang dihasilkan relatif stabil selama lebih dari 2
bulan. Pengaturan MC secara horizontal dari 8,5 pM sama seperti 5,3 μm MS
monodispersed sulit untuk diproduksi karena koalesensi dan perluasan di dekat
saluran. Perubahan dari horisontal ke jenis vertikal, supermonodispersed dari 31,6
μm dan diameter sekitar 1% di koefisien variasi dapat diproduksi terus menerus
oleh sarana daya apung. 13) Contoh foto Ciri khas hasil MS ditunjukkan pada
Gambar. 5.
Plat MC yang berbeda juga telah diproduksi, dengan standar dengan teras,
tanpa teras, dengan dinding partisi antara saluran untuk kedua sisi teras (Gambar
3), dengan dinding partisi hanya satu sisi teras saja dan dengan outlet yang lebih
luas dan tanpa dinding partisi. Ketika _ tanpa teras digunakan, tetesan tumbuh
besar dekat outlet saluran dan pada tekanan rendah, dan agak monodispersed
terbentuk pada tekanan tinggi, yaitu stabil O / W. Pembentukan karakter MS sulit
dengan tanpa teras. Dengan dinding partisi memberikan yang terbaik
monodispersed produktivitas dengan lebih dari 95% dari saluran yang efektif, di
mana Tween-80 telah digunakan.
Gambar 3. Foto dengan mikroskop-elektron dari MC
Gambar 4. Foto dari mikroskop emulsifikasi MC dalam sistem (A) Fase
terdispersi lainnya ditutup untuk MC, (B) kontak penuh dengan MC, (C)
Terobosan saluran dan pembentukan tetesan, dan (D) Droplet formasi dari
sebagian besar MC
Gambar 5. Produksi O/W-MS dalam sistem MC
Jenis Surfaktan mempengaruhi Pembentukan karakter MS . kationik
surfaktan sulit untuk menghasilkan monodispersed , namun kedua surfaktan non-
ionik dan anionik tetap digunakan untuk memproduksi monodispersed . Untuk
menjaga kondisi hidrofilik atau hidrofobik permukaan dari sistem MC selama
proses emulsifikasi MC sangat penting untuk ditemukan .14, 17)
Dengan menggunakan -titik lebur tinggi dari minyak nabati seperti
tripalmitin dan minyak ikan terhidrogenasi, monodispersed padat yang telah
disiapkan, di mana minyak padat yang telah melebur/ meleleh pada suhu tinggi
dari 70◦C, kemudian tercipta _ proses emulsifikasi MC . penyiapan emulsi.
dikumpulkan dari modul, didinginkan di suhu kamar, beku-kering, kemudian
tercipta lipid padat MS yang diperoleh dengan penyebaran tunggal yang tinggi.15)
Piring-Konvensional MC piring adalah jenis yang buntu yaitu jenis tanpa
pemulihan saluran. Jenis cross-flow jenis mencapai pengembangan yang baru
untuk mencipttakan pemulihan yang efektif selama memproduksi MS.16 )
Dari kecepatan- pengamatan kamera, fase minyak terdispersi lainnya
dilakukan dengan melewati MC, dan meningkat di teras serta mengalami bentuk
disklike dalam 0,1 s. Pada saat fase minyak terdispersi lainnya mencapai akhir
hanya satu sisi teras saja, fase terdispersi lainnya mengalir ke dinding bagian dan
terputus dalam waktu 0,01 s. Pembentukan tetesan mekanis yang diusulkan
terdistorsi fasa terdispersi yang terpotong secara spontan ke dalam tetesan bola
dengan antarmuka ketegangan, yaitu, karena ketidakstabilan karena struktur MC.
Mekanisme emulsifikasi MC tampaknya berbeda secara signifikan dari yang
membran, di mana adanya aliran turbulensi sangat berpengaruh dalam kondisi
tersebut.
Dengan menggunakan konvensional atas silikon yang berlekuk MC, O /
W-MS dengan diameter 20-50 μm dan koefisien yang variasinya kurang dari 5%
berhasil yang diperoleh. Untuk menghasilkan MS berukuran kecil, dengan
diameter 1-3 setara dengan diameter yang digunakan. Produksi O / W-MS
memiliki diameter 5 μm dan koefisien variasi kurang dari 10%, yang kurang
monodispersed dibandingkan dengan ukuran konvensional MC. hal ini mungkin
karena akurasi MC fabrikasi.
Untuk mengatasi titik-titik lemah dari silikon yang berlekuk, seperti
mekanika kekuatan dan daya tahan kimia, fabrikasi stainless MC dari baja telah
dicoba. Meskipun akurat dalam skala mikron seperti silikon tidak tersedia karena
proses mekanik, piring stainless steel MC _ dengan diameter 10-80 μm setara
dengan diameter yang digunakan untuk memproduksi O / W-MS dengan
ukurannya yang berdiameter 20-210 μm _ . Tekanan secara signifikan
mempengaruhi pembentukan dan tiga zona ukuran-yang stabil, ukuran
berkembang dan arus keluar yang telah diamati.
Sampai saat ini-silikon tipe MC dengan bagian lonjong baru
dikembangkan sebagai perangkat baru untuk produksi MS dengan produksi yang
lebih tinggi dibandingkan dengan konvensional MC.18)
Di atas O / W-MS dapat diperoleh dengan menggunakan silikon yang
berlekuk MC tanpa perawatan lebih lanjut, di mana permukaan MC yang
hidrofilik. W / O-MS diperoleh dengan menggunakan hidrofobik MC yang
termodifikasi oleh silanization.
Karya ini didukung oleh Program Promosi Kegiatan Penelitian Dasar
untuk Inovatif Biosciences. Berkat rekan berikut; Dr Y. Kikuchi, Dr H. Nabetani,
Dr J. Tong, Dr X. Liu, Dr K. Chun, dan Dr S. Iwamoto (NFRI), Prof Y. Sano
(NFRI, Setsunan Univ.), Dr T. Kawakatsu (Universitas Tokyo), Dr S. Ichikawa
(University of Tsukuba), Q. Xu, I. Kobayashi, Y. Maruta, dan K. Yamamoto
(NFRI, Universitas Tsukuba), S. Sugiura dan T. Maruyama (NFRI, University of
Tokyo), Prof M. Seki dan Prof H. Fujita (Universitas Tokyo).
Daftar Pustaka
1) T. Nakashima, M. Shimizu, and M. Kukizaki: Key Eng. Mater. 61/62, 513
(1991).
2) V. Schroeder, O. Behrend, and H. Schubert: J. Colloid Interface Sci. 202, 334
(1998).
3) K. Suzuki, I. Fujiki, and Y. Hagura: Food Sci. Technol. Int. Tokyo 4, 164
(1998).
4) R. A. Williams, S. Peng, D. A. Wheeler, N. C. Morley, D. Taylor, M. Whalley,
and D. W. Houldsworth: Chem. Eng. Res. Des. 76, 902 (1998).
5) S. Joscelyne and G. Tragardh: J. Food Eng. 39, 59 (1999).
6) K. Kim, S. Gohtani, and Y. Yamano: J. Dispersion Sci. Technol. 18, 199
(1996).
7) S. Omi, M. Nagai, and G. H. Ma: 2nd World Cong. On Emulsion, Bordeaux,
France, Vol. 4 (1997), p. 99.
8) Y. Kikuchi, H. E. Kikuchi, Y. Kuboi, and M. Nakajima: Proc. SPIE 3912, 95
(2000).
9) K. Kawakatsu, Y. Kikuchi, and M. Nakajima: J. Am. Oil Chem. Soc. 74, 317
(1997).
10) M. Nakajima, T. Kawakatsu, H. Nabetani, Y. Kikuchi, and Y. Sano:
Hydrocolloids; Part 2 (Elsevier, Amsterdam, 2000), p. 87.
11) T. Kawakatsu, R. M. Boom, H. Nabetani, Y. Kikuchi, and M. Nakajima:
AIChE J. 45, 967 (1999).
12) Y. Matsumoto, T. Kawakatsu, M. Nakajima, and Y. Kikuchi: Water Res. 33,
929 (1999).
13) I. Kobayashi, M. Nakajima, J. Tong, T. Kawakatsu, H. Nabetani, Y. Kikuchi,
A. Shohno, and K. Satoh: Food Sci. Technol. Res. 5, 350 (1999).
14) J. Tong, M. Nakajima, H. Nabetani, and Y. Kikuchi: in Bioseparation
Engineering (Elservier, Amsterdam, 2000), p. 155.
15) S. Sugiura, M. Nakajima, J. Tong, H. Nabetani, and M. Seki: J. Colloid
Interface Sci. 227, 95 (2000).
16) T. Kawakatsu, H. Komori, M. Nakajima, Y. Kikuchi, and T. Yonemoto: J.
Chem. Eng. Jpn. 32, 241 (1999).
17) H. Aizawa, M. Tsutumi, T. Masaki, X. Liu, Y. Watanabe, H. Nabetani, M.
Nakajima, S. Ichikawa, H. Ihara, and Y. Sano: Nippon Shokuhin Kagaku
Kogaku Kaishi 47, 487 (2000).
18) I. Kobayashi, M. Nakajima, K. Chun, Y. Kikuchi, and H. Fujita: Fabrication
of Through-Type Microchannels for Monodispersed Microspheres (Proc. of
ISPUC-III) (2000), p. 674.
TUGAS TEKNIK BIOSISTEM
RESUME JURNAL
Novel microchannel system for monodispersed microspheres
Disusun Oleh :
NAMA : Isnaillaila Paramasari
NIM : 10/300772/ TP/ 09875
JURUSAN TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2012