人工细胞的概念由加拿大McGill大学T.M.S.Chang教授于1957年首次提出并应用具有半渗透性薄膜的微胶囊固定活体细胞或组织取得成功。由于微胶囊膜起到了类似细胞膜的作用，且固定后体系的形态和功能酷似活性细胞，所以称之为“人工细胞”。目前，随着材料科学和生物技术的发展，具有生物相容性以及半渗透性薄膜的微胶囊已被广泛应用于人工细胞和器官移植，细胞培养工程，细胞和酶固定化工程，蛋白质及其它化合物的分离提纯以及药物控制释放等方面。

人工细胞的制备方法很多。直径较小的人工细胞主要通过乳化作用制备，而包埋有生物组织、细胞尺寸较大的人工细胞多基于凝聚法原理，采用液滴凝聚法制备。典型的海藻酸-聚赖氨酸-海藻酸(APA)体系人工细胞就是采用液滴凝聚法，用氮气喷射或静电液滴法制备的。其中，静电脉冲液滴法(EDG法)制得的人工细胞直径较小，尺寸均匀，制备效率高，是人工细胞的理想制备方法。EDG法工艺因素决定了人工细胞粒径及其分布，从而决定其应用领域、范围和性能。因此EDG法工艺因素对人工细胞粒径及均一性影响是人工细胞领域的重要课题。

本文以人工细胞直径及其分散指数为主要评价参数，研究了EDG法的工艺因素对人工细胞粒径及其分布的影响。

1实验

1.1凝胶球直径D和分散指数α的测量

显微镜下随机摄影，在所得的照片上随机测量160个凝胶球的直径，并计算其线均直径D1、面均直径D_S和体均直径Dv，取分散指数α=Dv/D1作为衡量凝胶尺寸均一性的指标。

1.2静电脉冲液滴发在电压的设定

EDG的电压分别设置为1KV、2KV、3KV、4KV、5KV、6KV、7KV、8KV、9KV。

1.3脉冲频率的设定

EDG的频率分别设置为10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、60Hz、70Hz、80Hz、90Hz。

1.4注射泵流速的设定

EDG的流速分别设置为：2.54ml/hr、5.08ml/hr、7.61ml/hr、10.14ml/hr、12.68ml/hr、15.21ml/hr、17.74ml/hr、20.27ml/hr和22.81ml/hr。

在上述三组实验中均为在固定其它条件，变更某一条件进行的。凡未注明的，均指电压为3kv,频率为66Hz，流速为18ml/hr。

2结果与讨论

2.1影响因素的理论分析

在一定时间间隔T内，有。式中，F为脉冲变压器的频率，R为注射器泵的流速，V为该时间段内由注射器泵挤出液体的总体积Vi为某个液滴i的体积。因此，流速与频率决定球的大小。而t时刻，在强电场下，可忽略重力影响，有。式中，α_it为该液滴的瞬时加速度，V_t为t的电压，ρ为液滴密度。α_it可反映各工艺因素对液滴形成的影响。电压和距离的影响较大。各因素共同决定了球的大小和分布，并有很强的相关作用。

2.2静电脉冲液滴发生器的电压、频率和流速对ACA人工细胞膜性能的影响

2.2.1电压对微胶囊球形态的影响由图-1，电压在2kV～6kV间粒径分布最好，3kV～8kV间粒径最小，电压以3kV～6kV为宜。电压过高或过低使微液滴的产生失稳。此时适当降低或增加其粘度应有助于改善球的尺寸分布。粘度一定时，在适当的电压范围内，电压的大小对球的粒径及分布无明显的影响。

图1电压的影响

2.2.2频率对微胶囊球形态的影响由图-2，60Hz为最佳值。40Hz～60Hz处可获得较为均一的微球。70Hz～90Hz处粒径较小。粒径随频率增大而近似线性的减小符合前述公式。过高和过低的频率影响球的均一性。一定的流速下，频率与电场强度有匹配关系。α对30Hz及70Hz～80Hz处敏感，可能与液滴发生过程在太高或太低的频率下因液体补充量(流速)相对过低或过高而失稳有关。

图2频率的影响

2.2.3流速对微胶囊球形态的影响由图-3，流速对尺寸大小和均一性的影响相反。7.10ml/hr、11.74ml/hr和18.77ml/hr处都是可选点。5.71ml/hr、22.9ml/hr和16.94 ml/hr处分布较好，而9.34ml/hr和22.9ml/hr处粒径较小，2.54ml/hr、10.23ml/hr和16.94ml/hr处分布较分散，而13.3ml/hr处尺寸最大。12.7ml/hr处液滴的发生最不稳定，并随频率的增大或减小而逐渐改善。

图3流速的影响

比较图1，图2和图3，电压对粒径和分散指数的影响最大，频率和流速的影响相当。

3结论

在EDG法各工艺因素中，电压对人工细胞粒径及其分布的影响是最主要的；脉冲频率和注射器泵的流速次之。液滴发生过程的稳定性是决定人工细胞粒径及其分布的直接因素。