CN102580639B - 一种以微流芯片制备纤维素微球的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以微流芯片制备纤维素微球的方法。步骤如下：1）制备纤维素溶液。适当温度和低速搅拌下，将纤维素溶解于离子液体中。2）分散成微液滴。适当温度下，采用微流芯片，通过油相对水相的剪切作用，形成粒径均一的纤维素微液滴。3）微液滴固化。微液滴加至固化剂中，固化形成纤维素微球。4）洗涤。经去离子水洗涤和浸泡，得到粒径均一的纤维素微球。本发明所开发的制备过程简单方便，使用溶剂安全无毒，制备的纤维素微球粒球形度好，直径在10-100微米之间，粒径均一，分布系数小于10％，具有多孔结构，可以用作吸附剂的基质或固定化载体。

Description

一种以微流芯片制备纤维素微球的方法

技术领域

本发明涉及一种以微流芯片制备纤维素微球的方法。

背景技术

纤维素是自然界中蕴含最丰富的多糖分子。纤维素微球具有合适的多孔结构、良好生物相容性、高度的亲水性、较高的机械强度和极低的非特异性吸附，是一种良好的层析基质材料和固定化载体材料。

纤维素微球的制备过程通常包括两个步骤：（1）采用合适的方法制备纤维素或其衍生物的溶液；（2）溶液分散形成液滴，然后以合适的方法实现纤维素固化或者再生，得到纤维素微球。根据液滴分散方法的不同，传统微球制备方法大致分为两类：（1）喷射法：由喷嘴将纤维素或其衍生物的溶液喷射到惰性介质中分散，所制得微球的粒径比较均匀，但需要专门设备，研究较少；（2）反相悬浮法：将纤维素或其衍生物的溶液悬浮于不相溶的惰性介质中，搅拌分散，所制得微球的粒径分布较宽，但设备要求低。

中国发明专利CN101612540公开了离子液滴溶解纤维素，以反相悬浮法对纤维素溶解进行分散，固化得到纤维素微球。该方法得到的微球粒径分布较宽，粒径范围约74～300微米，作为层析基质材料和固定化载体的应用受到限制。固定床层析过程通常要求床层高度均一，微球粒径的差异将造成分离效率的下降。此外，作为固定化载体，也要求粒径的均一性，以保证相同的传质和扩散速率。因此，改进传统制备方法，制备粒径均一的纤维素微球十分有必要。

微流芯片法调控液滴尺寸是近二十年来兴起的新方法。如中国实用新型专利CN202129066U公开了一种微流控微球制备装置，分散相微通道为分形树状结构微通道，提高了微流芯片的微球生产率；中国发明专利CN102008983A公开了一种适用于微胶囊生产的微流控芯片，实现微胶囊的油水两相分离，提高过程可控性和可操作性。中国专利CN1884514采用微流芯片制备聚合物微球，由两个流聚焦微通道分别形成预聚物微液滴，然后在合成通道内碰撞，原位聚合而形成聚合物微球，过程涉及两种预聚物微液滴的形成和匹配等问题，较难控制；中国专利CN102068409A公开了一种基于微流控技术制备单分散性微乳、脂质体和微球的方法，将含药物的溶液作为分散相，利用微流芯片得到单分散的微液滴，直径在10～500 微米，主要作为载药材料。 

针对粒径均一纤维素微球制备的特殊要求，本发明以离子液体直接溶解纤维素制备纤维素溶液，采用微流芯片分散纤维素溶液，形成粒度均一的微液滴，再通过合适的异位固化方法形成纤维素微球。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种以微流芯片制备纤维素微球的方法。

以微流芯片制备纤维素微球的方法包括以下步骤：

1）在100重量份的离子液体中加入1～3重量份的纤维素，温度为25~45℃，搅拌混合，得到纤维素溶液；

2）在45℃恒温条件下，以纤维素溶液为水相，以重量百分比为5%的Span 85表面活性剂和重量百分比为95%的植物油为油相，调整水相和油相流速，使水相流速为5~10 μl/min，油相流速为200~400 μl/min，通过微流芯片将纤维素溶液剪切分散成粒径均一的纤维素微液滴；

3）将纤维素微液滴滴入固化剂中，缓慢搅拌，形成纤维素微球；

4）过滤纤维素微球，用1~2倍固化剂体积的去离子水洗涤3~6次，然后浸泡于去离子水中24小时，得到粒径均一的纤维素微球。

所述的纤维素为脱脂棉、棉短绒或微晶纤维素。所述的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑甲基磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑甲基磷酸甲酯盐或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐。所述的微流芯片为十字型微流芯片，微通道为长方形，宽200 μm~1 mm，高500 μm~1 mm。所述的植物油为葵花油、大豆油或花生油。所述的固化剂为水、乙醇或它们的混合物。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：1）利用离子溶液作为溶剂直接溶解纤维素。离子液体是一类“绿色溶剂”，无毒、不燃、热容大、热稳定性好、蒸气压几乎为零、对环境污染小，且可以重新回收利用，本发明使用可在25~40℃下溶解纤维素的离子液体。2）通过微流芯片形成纤维素微液滴。由于纤维素溶液黏度高，难以分散，将制备装置放置于45℃恒温环境中，有利于高黏水相的分散，形成粒径均一的微液滴。3）纤维素微液滴的固化。以水或醇水溶液为固化剂，直接固化纤维素微液滴形成单分散的纤维素微球，过程简便，不添加有害溶剂。本发明以离子液体为溶剂，以微流芯片促进液滴分散，以及使用温和的固化方法，有效解决了微球球粒度难以控制、粒径分布宽、制备工艺复杂等问题，过程简单，安全无毒，是一种环境友好的新工艺。

附图说明

图1是本发明采用的微流芯片示意图；

图2是本发明制备纤维素微球的电镜照片；

图3是本发明制备纤维素微球的粒径分布图。

具体实施方式

本发明的技术关键在于高黏纤维素溶液的分散、纤维素微液滴大小和均一度的调控，主要措施有：（1）采用合适的离子液体， 25~40℃下直接溶解纤维素，制备纤维素溶液；（2）微流芯片置于45℃恒温环境中，有利于高黏纤维素溶液的分散，形成粒度均一的微液滴；（3）调整油水两相流速，得到合适的流型，形成粒径均一的微液滴。（4）调控油水两相流速配比，得到适当粒径的微液滴。

以微流芯片制备纤维素微球的方法包括以下步骤：

1）在100重量份的离子液体中加入1～3重量份的纤维素，温度为25~45℃，搅拌混合，得到纤维素溶液；

2）在45℃恒温条件下，以纤维素溶液为水相，以重量百分比为5%的Span 85表面活性剂和重量百分比为95%的植物油为油相，调整水相和油相流速，使水相流速为5~10 μl/min，油相流速为200~400 μl/min，通过微流芯片将纤维素溶液剪切分散成粒径均一的纤维素微液滴；

3）将纤维素微液滴滴入固化剂中，缓慢搅拌，形成纤维素微球；

4）过滤纤维素微球，用1~2倍固化剂体积的去离子水洗涤3~6次，然后浸泡于去离子水中24小时，得到粒径均一的纤维素微球。

所述的纤维素为脱脂棉、棉短绒或微晶纤维素。所述的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑甲基磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑甲基磷酸甲酯盐或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐。所述的微流芯片为十字型微流芯片，微通道为长方形，宽200 μm~1 mm，高500 μm~1 mm。所述的植物油为葵花油、大豆油或花生油。所述的固化剂为水、乙醇或它们的混合物。

以下通过实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1

于20ml烧杯内加离子液体1-乙基-3甲基-咪唑甲基磷酸盐（[EMIM]MP）19.6克，加入聚合度为250的微晶纤维素0.4克，于30℃下搅拌2小时，形成总重为20克的纤维素溶液。以纤维素溶液作为水相，以添加了5% Span 85的葵花油为油相，在恒温45℃下，油相流速为200 μl/min，水相流速为5 μl/min，通过注射泵注入微流芯片的相应入口，微通道宽200 μm，高1 mm。至微流芯片内流动稳定，液滴生成均匀，收集微液滴，直接滴入去离子水中，200 rpm搅拌5小时，固化形成纤维素微球。过滤微球，用去离子水洗涤3次，去离子水中浸泡24小时，得到纤维素微球。纤维素微球湿真密度为1.012 g/ml，含水率为95.0%，孔度为96.1%，孔容为18.9 ml/g，平均粒径为24.7 μm。

实施例2

于20ml烧杯内加离子液体1-乙基-3甲基-咪唑甲基磷酸盐（[EMIM]MP）19.6克，加入聚合度为250的微晶纤维素0.6克，于40℃下搅拌2小时，形成总重为20克的纤维素溶液。以纤维素溶液作为水相，以添加了5% Span 85的葵花油为油相，在恒温45℃下，油相流速为400 μl/min，水相流速为5 μl/min，通过注射泵注入微流芯片的相应入口，微通道宽200 μm，高1 mm。至微流芯片内流动稳定，液滴生成均匀，收集微液滴，直接滴入去离子水中，200 rpm搅拌5小时，固化形成纤维素微球。过滤微球，用去离子水洗涤4次，去离子水中浸泡24小时，得到纤维素微球。纤维素微球湿真密度为1.025 g/ml，含水率为93.9%，孔度为94.2%，孔容为17.5 ml/g，平均粒径为15.8 μm。

实施例3

于20ml烧杯内加离子液体1-乙基-3甲基-咪唑甲基磷酸盐（[EMIM]MP）19.6克，加入聚合度为250的微晶纤维素0.2克，于25℃下搅拌2小时，形成总重为20克的纤维素溶液。以纤维素溶液作为水相，以添加了5% Span 85的葵花油为油相，在恒温45℃下，油相流速为200 μl/min，水相流速为10 μl/min，通过注射泵注入微流芯片的相应入口，微通道宽200 μm，高1 mm。至微流芯片内流动稳定，液滴生成均匀，收集微液滴，直接滴入去离子水中，200 rpm搅拌5小时，固化形成纤维素微球。过滤微球，用去离子水洗涤3次，去离子水中浸泡24小时，得到纤维素微球。纤维素微球湿真密度为1.011 g/ml，含水率为95.2%，孔度为96.4%，孔容为19.1 ml/g，平均粒径为28.3 μm。

实施例4

于20ml烧杯内加离子液体1-乙基-3-甲基咪唑甲基磷酸甲酯盐19.6克，加入棉短绒0.4克，于45℃下搅拌3小时，形成总重为20克的纤维素溶液。以纤维素溶液作为水相，以添加了5% Span 85的大豆油为油相，在恒温45℃下，油相流速为400 μl/min，水相流速为10 μl/min，通过注射泵注入微流芯片的相应入口，微通道宽1 mm，高500 μm。至微流芯片内流动稳定，液滴生成均匀，收集微液滴，直接滴入5%乙醇溶液中，200 rpm搅拌5小时，固化形成纤维素微球。过滤微球，用去离子水洗涤5次，去离子水中浸泡24小时，得到纤维素微球。纤维素微球湿真密度为1.020 g/ml，含水率为94.8%，孔度为95.8%，孔容为17.9 ml/g，平均粒径为21.3 μm。

实施例5

于20ml烧杯内加离子液体或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐19.6克，加入分子量为19万道尔顿的精制棉0.4克，于45℃下搅拌3小时，形成总重为20克的纤维素溶液。以纤维素溶液作为水相，以添加了5% Span 85的花生油为油相，在恒温45℃下，油相流速为400 μl/min，水流速相为10 μl/min，通过注射泵注入微流芯片的相应入口，微通道宽200 μm，高1 mm。至微流芯片内流动稳定，液滴生成均匀，收集微液滴，直接滴入20%乙醇溶液中，200 rpm搅拌5小时，固化形成纤维素微球。过滤微球，用去离子水洗涤6次，去离子水中浸泡24小时，得到纤维素微球。纤维素微球湿真密度为1.008 g/ml，含水率为94.0%，孔度为94.1%，孔容为15.8 ml/g，平均粒径为37.8 μm。

Claims (4)

1.一种以微流芯片制备纤维素微球的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在100重量份的离子液体中加入1～3重量份的纤维素，温度为25~45℃，搅拌混合，得到纤维素溶液；

2）在45℃恒温条件下，以纤维素溶液为水相，以重量百分比为5%的Span 85表面活性剂和重量百分比为95%的植物油为油相，调整水相和油相流速，使水相流速为5~10 μL/min，油相流速为200~400 μL/min，通过微流芯片将纤维素溶液剪切分散成粒径均一的纤维素微液滴；

3）将纤维素微液滴滴入固化剂中，缓慢搅拌，形成纤维素微球；

4）过滤纤维素微球，用1~2倍微球体积的去离子水洗涤3~6次，然后浸泡于去离子水中24小时，得到粒径均一的纤维素微球；

所述的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑甲基磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑甲基磷酸甲酯盐或1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯盐；所述的微流芯片为十字型微流芯片，微通道为长方形，宽200 μm~1 mm，高500 μm~1 mm。

2.根据权利要求1所述的一种以微流芯片制备纤维素微球的方法，其特征在于所述的纤维素为脱脂棉、棉短绒或微晶纤维素。

3.根据权利要求1所述的一种以微流芯片制备纤维素微球的方法，其特征在于所述的植物油为葵花油、大豆油或花生油。

4.根据权利要求1所述的一种以微流芯片制备纤维素微球的方法，其特征在于所述的固化剂为水、乙醇或它们的混合物。

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