農(nóng)業(yè)表面接枝的制作方法
【技術領域】
[0001]本文描述的是用于在基底上沉積物質(zhì)的方法和設備，尤其是用于收獲后產(chǎn)品保藏當中。
【背景技術】
[0002]導致產(chǎn)生腐敗的兩種主要原因是經(jīng)由通過產(chǎn)品表面的蒸發(fā)而損失水分，和經(jīng)由與擴散進入產(chǎn)品的氧氣反應而氧化。預防腐敗的常規(guī)途徑比如冷藏或特殊包裝的實施成本高。冷藏需要昂貴的主要設備、必須加以主動管理、在運行時具有恒定的能量需求，并且能夠導致產(chǎn)品的損害或品質(zhì)損失。特殊包裝需要昂貴的設備，必須加以主動管理，并且消耗包裝材料。即使采用了冷藏和特殊包裝，產(chǎn)品的處理和運輸導致美學上令消費者不快的表面磨損或瘀傷并且還充當細菌和真菌的入口。
[0003]作為對腐敗的天然防御，全部陸生植物的空氣表面均被稱為角質(zhì)的薄的、高度交聯(lián)的聚酯覆蓋。在該角質(zhì)層上沉積可食用包衣已經(jīng)顯示降低收獲后水分損失和氧化、同時幫助抵抗表面磨損。然而，從具有最佳擴散屏障特性的非毒性溶劑難以產(chǎn)生這些包衣，原因是膜需要是可處理的(即它們必須是高度可溶的)。從而，大多數(shù)可食用包衣的常規(guī)應用需要兩個步驟;膜的沉積步驟，隨后的獨立交聯(lián)步驟。這種多個處理步驟使得可食用包衣的使用難以商品化并且增加產(chǎn)品的處理要求。
發(fā)明概要
[0004]本文描述用于在基底上沉積物質(zhì)或向基底施用包衣的方法和設備。比如說，包衣能夠是用于在沉積場所生長的產(chǎn)品的可食用包衣，其使用僅單個處理步驟，引起降低的產(chǎn)品水分損失和氧化、同時為表面增加機械完整性。雖然通過其它方法沉積的包衣一般未結合至包覆表面，本文描述的方法和設備能夠獲得共價鍵合至表面的至少一部分的包衣。這可以引起改善的包衣特性，比如更高的耐久性和對包衣滲透性和厚度更嚴格控制。另外，結合至預先沉積物質(zhì)的這種包衣的逐層沉積可以用來構造更復雜的三維結構(也即用作三維打印的墨水)。此外，本文描述的方法使得可以在臨將溶液與基底接觸之前升高或降低溶液內(nèi)的離子濃度，其用于各種應用比如抗微生物洗滌劑。
[0005]在第一方面，描述了從噴頭中的液體溶液內(nèi)含有的結構單元形成物質(zhì)結構的方法。液體溶液包括溶劑和溶質(zhì)，所述溶質(zhì)包含多個結構單元，所述結構單元包括單體單元、低聚物單元或其組合。方法包括形成包括結構單元的液體溶液的微滴，和將微滴噴霧在基底上，由此與噴頭中液體溶液內(nèi)的結構單元相比實質(zhì)上增加微滴內(nèi)的結構單元的反應性。然后，在基底上由微滴內(nèi)的結構單元形成物質(zhì)結構。
[0006]在第二方面，描述了由噴頭中的液體溶液內(nèi)含有的結構單元在基底表面上形成包衣的方法。噴頭包括具有導電壁的分配裝置，和液體溶液包括溶劑和溶質(zhì)，所述溶質(zhì)包含多個結構單元。溶質(zhì)中的結構單元包括單體單元、低聚物單元或其組合。方法包括在分配裝置的壁與噴頭的環(huán)狀電極或地之間施加電壓，由此導致與分配裝置相鄰的液體溶液表面變得帶電。方法也包括在帶電表面從液體溶液形成微滴，導致微滴具有電荷，和將微滴導至基底表面，其中微滴包括溶質(zhì)的多個結構單元。方法還包括在基底表面上從微滴中的多個結構單元形成包衣。
[0007]在第三方面，描述了在基底表面催化結構單元共價鍵合的方法。結構單元包含單體單元、低聚物單元或其組合。方法包括提供噴頭，其包括具有導電壁的分配裝置，所述噴頭含有包括溶劑的液體溶液。方法還包括在分配裝置的壁與地或噴頭的環(huán)狀電極之間施加電壓，其中所施加的電壓導致與分配裝置相鄰的液體溶液表面具有凈電荷。方法也包括在分配裝置附近的帶電表面從液體溶液形成微滴，導致微滴具有凈電荷，和將微滴噴霧在基底表面上。方法還包括允許微滴中的溶劑至少部分蒸發(fā)，其中微滴的凈電荷導致微滴內(nèi)所含的液體溶液的離子濃度隨溶劑蒸發(fā)而變化。
[0008]在第四方面，描述了調(diào)節(jié)液體溶液離子濃度的方法。方法包括提供組件，所述組件包括偶合至分配裝置的儲庫，所述分配裝置包括導電壁，所述儲庫含有液體溶液。方法也包括在分配裝置的壁與地或組件的環(huán)狀電極之間施加電壓，由此導致與分配裝置相鄰的液體溶液表面具有凈電荷。方法還包括在分配裝置附近的帶電表面從液體溶液形成微滴，導致微滴具有凈電荷，和允許微滴部分蒸發(fā)。微滴的部分蒸發(fā)導致微滴中溶液的離子濃度不同于儲庫中溶液的離子濃度。
[0009]在第五方面，描述了適于從多個結構單元形成物質(zhì)結構的組件，其中所述結構單元包含單體單元、低聚物單元或其組合。組件包括適于容納包括溶劑和溶質(zhì)的液體溶液的噴頭，所述溶質(zhì)包含非反應性狀態(tài)或低反應性狀態(tài)的結構單元，從而結構單元并不實質(zhì)上彼此鍵合，所述噴頭具有連接的分配裝置，其壁是導電的。組件也包括具有第一末端和第二末端的電壓供給源，其中第一末端電連接至分配裝置的壁和第二末端電連接至地或至噴頭的環(huán)狀電極。從電壓供給源施加電壓導致液體溶液的帶電微滴從分配裝置發(fā)射出來，由此隨微滴中溶劑的蒸發(fā)而改變微滴pH。
[0010]本文描述的方法、組件和設備能夠各自包括下述特征中的一種或多種。實質(zhì)上增加結構單元的反應性能夠使得結構單元可以以比反應性增加之前更高的速率彼此或與基底共價鍵合。物質(zhì)結構能夠是包衣，和所述包衣能夠在整個基底上且完全圍繞基底形成。基底能夠是人可食用的，和包衣能夠是可食用包衣。包衣能夠經(jīng)配置以防止或抑制水分損失或被基底吸收，揮發(fā)物損失或被基底吸收，經(jīng)由與能夠擴散進入基底的氧氣反應而氧化，或表面磨損。物質(zhì)結構能夠是包衣，和包衣能夠在基底的一部分上形成。噴頭能夠包括電連接至電壓供給源第一末端的毛細管，并且電壓供給源提供的電壓能夠導致與毛細管相鄰的液體溶液表面具有凈電荷。噴頭能夠還包括環(huán)狀電極，并且電壓供給源的第二末端能夠電連接至環(huán)狀電極。
[0011]電壓供給源的第二末端能夠電連接至電氣地。微滴能夠在與毛細管相鄰的表面形成自液體溶液，導致微滴具有凈電荷。方法能夠還包括允許微滴的溶劑至少部分蒸發(fā)，其中在溶劑至少部分蒸發(fā)之后，微滴的凈電荷導致微滴內(nèi)所含的液體溶液具有與噴頭內(nèi)所含的液體溶液不同的離子濃度。在微滴內(nèi)所含的液體溶液與噴頭內(nèi)所含的液體溶液之間的離子濃度差異能夠導致微滴中的結構單元比噴頭內(nèi)所含的結構單元具有實質(zhì)上更高的反應性。形成物質(zhì)結構能夠包括結構單元的聚合，其中聚合直接發(fā)生在基底表面上或在基底表面附近。
[0012]形成包衣能夠包括結構單元的聚合，其中聚合直接發(fā)生在基底表面上或在基底表面附近。結構單元能夠是單官能分子，和形成包衣能夠包括形成單官能分子的實質(zhì)上單層的包衣。形成包衣能夠還包括導致多個單官能分子各自與基底表面上的成鍵位點形成共價鍵。方法能夠還包括允許微滴的溶劑至少部分蒸發(fā)，其中在溶劑至少部分蒸發(fā)之后，微滴的凈電荷導致微滴內(nèi)所含的液體溶液具有與噴頭內(nèi)所含的液體溶液不同的離子濃度。在微滴內(nèi)所含的液體溶液與噴頭內(nèi)所含的液體溶液之間的離子濃度差異能夠導致微滴中的結構單元處于比噴頭內(nèi)所含的結構單元實質(zhì)上更不平衡的狀態(tài)。
[0013]基底能夠是人可食用的，和包衣能夠是可食用包衣。儲庫內(nèi)的液體溶液能夠經(jīng)配置使得儲庫內(nèi)溶質(zhì)中的結構單元處于實質(zhì)上平衡的狀態(tài)，從而它們并不實質(zhì)上彼此鍵合。形成微滴和導致微滴具有凈電荷能夠引起微滴中的溶液處于比儲庫內(nèi)所含溶液的狀態(tài)更遠離平衡的狀態(tài)，允許微滴中的結構單元彼此或與基底形成共價鍵。分配裝置能夠包含毛細管。
[0014]在微滴中的溶劑至少部分蒸發(fā)之后，液體溶液的離子濃度能夠位于足以催化微滴附近的結構單元在基底表面上共價鍵合的范圍。共價鍵合的催化能夠包括催化結構單元的聚合以在基底表面上形成聚合物物質(zhì)結構。共價鍵合的催化能夠還包括催化在聚合物物質(zhì)結構的至少某些結構單元與基底表面之間形成共價鍵。聚合物物質(zhì)結構能夠是圍繞基底的保護性包衣。方法能夠還包括將微滴噴霧在基底上，其中微滴用于對基底進行衛(wèi)生處理。基底能夠包含農(nóng)業(yè)設備，產(chǎn)品或醫(yī)學設備。
[0015]物質(zhì)結構能夠包含結構單元形成的聚合物。組件能夠還包括配置以接受微滴的基底，其中基底是人可食用的，和物質(zhì)結構包含可食用包衣?？墒秤冒碌闹辽倌承┙Y構單元能夠共價鍵合至基底表面。
[0016]本發(fā)明的一種或多種實施方式的細節(jié)描述于附圖以及下文當中。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢將通過描述和附圖以及通過權利要求變得明顯。
【附圖說明】
[0017]圖1和2各自是包衣沉積系統(tǒng)的側視圖。
[0018]圖3是導致包衣形成的化學反應的示意圖。
[0019]圖4是又一包衣沉積系統(tǒng)的側視圖。
[0020]各附圖中的相同標記符號指出相同元件。
[0021]發(fā)明詳述
[0022]本文描述的是用于在基底上沉積物質(zhì)的或者將包衣施用至基底的方法和設備。沉積物質(zhì)或包衣形成自儲庫中的溶液，所述溶液包括溶劑，所述溶劑含有溶質(zhì)，所述溶質(zhì)是有待在基底上包覆或在基底上沉積的物質(zhì)的單體和/或低聚物。在溶劑中的情況下，溶質(zhì)的單體和/或低聚物處于非反應性狀態(tài)或處于低反應性狀態(tài)，從而它們并不實質(zhì)上彼此鍵合和/或與溶液的其它組分鍵合。然后形成溶液的小微滴并且被導向待包覆表面。如下文的進一步詳細描述，形成微滴的方法導致微滴中的單體/低聚物變得具有反應性，或者與它們在微滴形成之前在溶液中相比變得實質(zhì)上更具反應性。從而，在微滴到達基底表面的情況下，隨溶劑蒸發(fā)(增加微滴內(nèi)的單體/低聚物濃度)，活化的單體/低聚物直接共價鍵合至基底表面或者至包衣的預先沉積部分(即預先沉積的單體/低聚物單元)。以該方式，包衣在基底表面上〃生長〃。
[0023]如本文所用，術語〃基底〃是指本文描述的反應性微滴朝其導向并且所得包衣在其上形成或物質(zhì)在其上沉積的任意物體或物質(zhì)。盡管在許多應用中包衣在基底的整個外表面形成，但是在某些應用中包衣可以不覆蓋整個外表面，或