专利名称：一种微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法
技术领域：
本发明涉及水凝胶微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，具体提供ー种基于微流控芯片双乳相液滴技术制备微溶液存储器和多相异性微颗粒的方法。
背景技术：
微溶液存储器是ー种能够存储极少量溶液的微型存储器，其特征尺寸为几微米至几百微米，存储的溶液容量范围可以为几皮升至几微升；多相异性微颗粒是同时具备两种或者多种不同相态的微颗粒，其可以同时为两个不同的固态相，也可以为不同的固态相和液态相的杂合颗粒。由于多种水凝胶类聚合物具有生物相容性好以及制备简单等优点，因此可以用来制备微溶液存储器和多相异性微颗粒。常规可以用来合成微颗粒状水凝胶聚合物的方法主要有溶剂乳相聚合法和非溶剂乳化聚合法。常规方法可以简单合成多分散的水凝胶微颗粒，但是微颗粒粒径不均一，难 以实现单分散特性，而且无法形成稳定单分散的双相或者多相微颗粒。微流控微液滴技术是基于微流控芯片上的微液滴形成及操控技术，由于其微流控芯片制作简单，尺寸灵活可控，操作容易且能形成稳定均一的微液滴等特点，因此，微流控微液滴技术近年来已被越多越多的应用于制备水凝胶类微颗粒的研究；同吋，由于在微流控芯片上可以形成稳定单分散的双乳相及多乳相的微液滴，因此通过将形成的微液滴聚合固化可形成包裹有微溶液的水凝胶微存储器和多相异性微颗粒。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，通过微液滴技术首先在微流控芯片的微通道中形成油包水包油(o/w/o)的双乳相微液滴，然后微液滴在紫外光照引发作用下聚合为包裹有油核内含物的微溶液存储器，将微溶液存储器置于水中，其内含物可迅速释放；若将合成的微溶液存储器置于干燥条件下，其油核内含物缓慢脱形成多相异性的微颗粒。该方法制备微溶液存储器易调控，且释放简单快速；制备多相异性微颗粒简单可调，通过灵活调节流体流速大小和不同的油核相，可形成多种不同种类的多相异性微颗粒。本发明具体提供了ー种微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于采用基于微流控芯片上的双乳相微液滴技术制备微溶液存储器，其中微流控芯片共由上下两层组成，上层为微流体控制芯片，材料为透明质聚合物，下层为用于封接的基片，上下两层通过不可逆封接形成完整的微流控芯片；
所述微流体控制芯片由分散油核相微通道、水相微通道、连续油相微通道、单相微液滴形成通道、双乳相微液滴形成通道、聚合通道和收集池组成，其中，分散油核相微通道与水相微通道直接相连构成単相液滴形成通道，连续油相微通道与単相液滴形成通道相连构成双乳相微液滴形成通道，并与收集池通过聚合通道连通在一起；微溶液存储器制备方法使水相溶液进入水相微通道中，分散油核相进入分散油核相微通道中，连续油相进入连续油相微通道中，在単相液滴形成通道处形成水包油単相液滴，形成的单相微液滴继续流动，在双相微液滴形成通道处形成油包水包油双乳相微液滴，双乳相微液滴在流经聚合通道时，在紫外光源的辐照下聚合成为含有油核内含物的水凝胶微溶液存储器，最后，形成的微溶液存储器在收集池处被收集储存；
多相异性微颗粒制备方法将微溶液存储器置于常温大气下缓慢干燥或置于加热装置中快速干燥，使油核脱出以形成多相异性微颗粒。其中所用的水相聚合物単体材料为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺或其共聚单体中的ー种，其浓度大小为5 30%。所采用的分散油核相为烃类混合物或者其它与水不能互溶的油类化合物中的一种或者多种。分散油核相为矿物油、十六烷或葵花油。所用连续油相为常规含氟的油类化合物(如FC-40，FC-77等)或者其他同时不与水相和分散油核相互溶的 化合物及混合物。本发明提供的微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在干在所述微流控芯片上液体的流速范围分别为油核相0. oro. 5 u L/min，水相0. f I u L/min，连续油相 0. 5 5 u L/min。本发明提供的微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在干所述上层微流控芯片的材料为PDMS、PMMA或PC，下层封接基片为玻璃、PDMS、PMMA、PC或硅片。上层微流控芯片与下层用于封接的基片之间采用的不可逆封接方式为等离子封接或者胶涂覆封接。所述微流体控制芯片中，两个分散油核相微通道I与水相微通道2直接相连构成単相液滴形成通道4，连续油相微通道3与単相液滴形成通道4相连构成双乳相微液滴形成通道5，并与收集池8通过聚合通道6连通在一起，在聚合通道6上方设有紫外光源7。本发明提供的微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在干水相和油相的驱动カ为外置的蠕动泵或者注射泵。本发明的优点在于微溶液存储器的制备简单，粒径均一，大小可控，内含物大小及数量可调，释放简单；多相异性微颗粒制备简单，形貌可控。制备的微溶液存储器可应用于不同剂量或者不同种类的内含物存储以及可控性释放，以及医学类药物的载体、运输和保存等；制备的多相异性微颗粒可应用于两相溶液之间降低表面张カ以及油漆喷印等。
图I基于微流控双乳相液滴技术的微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备芯片示意图以及局部放大通道示意图，其中1为分散油核相微通道、2为水相微通道、3为连续油相微通道、4为单相液滴形成通道、5为双乳相微液滴形成通道、6为聚合通道、7为紫外光源、8为收集池；
图2基于微流控双乳相液滴技术的微溶液存储器油核内含物释放过程 图3基于微流控双乳相液滴技术的多相异性微颗粒形成过程 图4基于微流控双乳相液滴技术的制备的含有两个和三个油核内含物的微溶液存储器的实物图及荧光图，以及其加入水中释放以后的实物图；其中A为两个内含物微溶液存储器实物图、B为A对应的荧光图、C为加入水中释放后的实物图、D为三个内含物的微溶液存储器实物图、E为D对应的应该图、F为加入水中释放后的实物图，B和E中的虚线表示微溶液存储器的水凝胶外壳轮廓； 图5基于微流控双乳相液滴技术的制备的两相异性微颗粒实物图及荧光图。其中A为含有两个油核内含物微溶液存储器示意图、B为A对应形成的两相三面异性微颗粒实物图，C为B对应的荧光图、D为含有三个油核内含物的微溶液存储器示意图、E为D对应形成的两相四面异性微颗粒实物图、F为E对应的荧光 图6基于微流控双乳相液滴技术制备的含有复杂油核内含物的微溶液存储器。其中A为含有两个不同油核内含物的微溶液存储器示意图、B为A对应的实物图、C为对应的荧光图、D为含有三个不同油核内含物的微溶液存储器示意图、E为D对应的实物图，F为对应的荧光 图7基于微流控双乳相液滴技术制备的复杂多相异性微颗粒。其中A为含有两种不同油相的三相三面异性微颗粒示意图、B为A对应的实物图，C为对应的荧光图、D为含有两种不同油相的三相四面异性微颗粒示意图、E为D对应的实物图、F为对应的荧光图。
具体实施例方式下面的实施例将对本发明予以进ー步的说明，但并不因此而限制本发明。实施例I
含有单个油核内含物的水凝胶微溶液存储器及两相两面异性微颗粒的制备
制备所使用的微流控芯片示意图如图I所示。首先采用软光刻技术制备上层带有通道的微流控芯片，然后将其与下层基片利用氧等离子不可逆封接在一起。通过对通道表面进行疏水化和亲水化处理以能够形成稳定的双乳相微液滴。然后使用外置蠕动泵进行不同溶液的外力驱动，异丙基丙烯酰胺単体溶液进入水相微通道2中，分散油核相(矿物油)进入分散油核相微通道I中，连续油相(FC-40)进入连续油相微通道3中，其流速分别调节为0.9 ii L/min ,0. 01 u L/min,3. 0 u L/min，在单相液滴形成通道4处形成水包油(o/w)単相液滴，形成的单相微液滴在双乳相液滴形成通道5处形成油包水包油(o/w/o)双乳相微液滴，双乳相微液滴在流经聚合通道6时，在紫外光源7的辐照下聚合成为含有油核内含物的水凝胶微溶液存储器，最后，形成的微溶液存储器在收集池8处被收集储存，形成的微溶液存储器及加入水中的释放过程如图2所示。将制备的微颗粒置于大气中，自然干燥，使其油核内含物脱出并与水凝胶外壳粘附在一起形成两相两面异性微颗粒，其形成过程如图3所示。
实施例2
复杂油核内含物的水凝胶微溶液存储器及多相多面异性微颗粒的制备
制备所使用的芯片及各种流体的控制如图I所示，当异丙基丙烯酰胺溶液、矿物油和FC-40的流速分别为0. L/min，0. 03 u L/min, 3. 0 u L/min时可以在形成双乳相微液滴时包含两个油核，进而聚合成为含有两个油核内含物的水凝胶微溶液存储器，当将矿物油的流速调节为0. 05 u L/min时，可形成含有三个油核内含物的微溶液存储器，如图4所示为形成的含有两个(A至C)和三个(D至F)油核内含物的微溶液存储器及其加水后的油核释放。将多个内含物在室温下自然脱水则会形成两相三面异性微颗粒(如图5 A至C)和两相四面异性微颗粒(如图5 D至F)。图4所示微溶液存储器可以用于存储单剂量或者多剂量的微内含物溶液；图5所示形成的多相异性微颗粒则可应用于降低多相液体之间的表面张カ从起到稳定的作用。如果在分散油核相的两个微通道中使用两种不同的分散油核相和改变流体的流速比，则在双乳相液滴形成通道5处会形成含有两种不同种类油核的复杂双乳相微液滴，通过紫外辐照聚合则会成为含有复杂内含物的微溶液存储器，如图6所示为含有两种不 同油核组分的微溶液存储器，分别含有两个(A至C)和三个(D至F)油核内含物。通过将该复杂内含物的微溶液存储器进行脱水处理，则会形成三相三面异性微颗粒(如图7 A至C)和三相四面异性微颗粒(如图7 D至F)。图6所示微溶液存储器可应用于同时存储不同种类及不同剂量的微内含物液体。图7所示多相异性微颗粒则可应用于更多种液体间的稳定作用。
权利要求
1.ー种微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于采用基于微流控芯片上的双乳相微液滴技术制备微溶液存储器，其中微流控芯片共由上下两层组成，上层为微流体控制芯片，材料为透明质聚合物，下层为用于封接的基片，上下两层通过不可逆封接形成完整的微流控芯片； 所述微流体控制芯片由分散油核相微通道、水相微通道、连续油相微通道、单相微液滴形成通道、双乳相微液滴形成通道、聚合通道和收集池组成，其中，分散油核相微通道与水相微通道直接相连构成単相液滴形成通道，连续油相微通道与単相液滴形成通道相连构成双乳相微液滴形成通道，并与收集池通过聚合通道连通在一起； 微溶液存储器制备方法使水相溶液进入水相微通道中，分散油核相进入分散油核相微通道中，连续油相进入连续油相微通道中，在単相液滴形成通道处形成水包油単相液滴，形成的单相微液滴继续流动，在双相微液滴形成通道处形成油包水包油双乳相微液滴，双乳相微液滴在流经聚合通道时，在紫外光源的辐照下聚合成为含有油核内含物的水凝胶微溶液存储器，最后，形成的微溶液存储器在收集池处被收集储存； 多相异性微颗粒制备方法将微溶液存储器置于常温大气下缓慢干燥或置于加热装置中快速干燥，使油核脱出以形成多相异性微颗粒。
2.按照权利要求I所述微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于在所述微流控芯片上液体的流速范围分别为油核相0. oro. 5 u L/min，水相0. f I u L/min,连续油相 0. 5^5 V- L/min。
3.按照权利要求I或2所述微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于所用的水相聚合物単体材料为丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺或其共聚单体中的ー种，其浓度大小为5 30%。
4.按照权利要求I或2所述微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于所采用的分散油核相为烃类混合物或者其它与水不能互溶的油类化合物中的一种或者多种。
5.按照权利要求4所述微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于所述分散油核相为矿物油、十六烷或葵花油。
6.按照权利要求I所述微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于所用连续油相为常规含氟的油类化合物或者其他同时不与水相和分散油核相互溶的化合物及混合物。
7.按照权利要求I所述微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于所述上层微流控芯片的材料为PDMS、PMMA或PC，下层封接基片为玻璃、PDMS、PMMA、PC或硅片。
8.按照权利要求I所述微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于上层微流控芯片与下层用于封接的基片之间采用的不可逆封接方式为等离子封接或者胶涂覆封接。
9.按照权利要求I所述微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于水相和油相的驱动カ为外置的蠕动泵或者注射泵。
10.按照权利要求I所述微溶液存储器和多相异性微颗粒的制备方法，其特征在于所述微流体控制芯片中，两个分散油核相微通道(I)与水相微通道(2)直接相连构成単相液滴形成通道(4 )，连续油相微通道(3 )与単相液滴形成通道(4 )相连构成双乳相微液滴形成 通道(5)，并与收集池(8)通过聚合通道(6)连通在一起，在聚合通道(6)上方设有紫外光源(7)。
全文摘要
本发明提供了一种基于微流控双乳相液滴技术制备水凝胶微溶液存储器和多相异性微颗粒的方法。微流控芯片主要由带通道的微流控芯片和封接基片组成；该制备方法首先通过微流控芯片的微通道中形成油包水包油(o/w/o)的双乳相微液滴，然后通过光引发技术使双乳相微液滴聚合成为包含有水凝胶外壳和油核内含物的微溶液存储器结构；将该微溶液存储器置于一定的干燥条件下，油核会缓慢脱出与水凝胶外壳形成多相异性的微颗粒。
文档编号B81C1/00GK102757012SQ20111010831
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者姜雷, 秦建华, 黄术强 申请人:中国科学院大连化学物理研究所