CN102745660A - 一种基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种针状羟基磷灰石（HAp）纳米颗粒合成方法，该方法以单分散微流控液滴作微反应器，以微流控芯片液滴融合为核心技术，在芯片上实现HAp纳米颗粒合成，本方法的优点在于液滴体积小，混沌混合传质快；以液滴作为微反应器，产物由连续相输出减弱了通道内壁的吸附及纳米颗粒团聚；PDMS芯片透明，便于在线实时监测材料形成并调控；芯片设计简单，易于架构多组平行反应通道用于高通量合成，提高产物收率。
Description
技术领域
本发明涉及针状羟基磷灰石纳米颗粒合成的技术，特别提供了一种基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法。
背景技术
羟基磷灰石（Hydroxyapatite，简称HAp）是一种难溶于水的弱碱性磷酸钙盐生物陶瓷材料。它是天然骨的主要成分，具有良好的生物相容性和生物活性，能够诱导新骨的形成并为其提供支架；可以与骨组织直接形成良好的骨性结合，是一种理想的硬组织替换材料。由于具有独特的生物活性和相容性，HAp已经成为目前生物医用材料的研究热点，其研究的目的是确保材料具有均一的形貌、窄的粒径分布、好的单分散性和大的比表面积。其中，形貌均一、尺寸可控是HAp材料制备的核心和关键。
现阶段已发展出多种HAp材料人工合成方法，主要可分为固相法和液相法两大类。固相法是指在一定条件下（如高温或者室温）研磨，使磷酸盐和钙盐充分混合发生固相反应，生成HAp粉末。液相法是指在水溶液中，将磷酸盐和钙盐混合发生化学反应，生成HAp晶粒，包括共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳法、微波法等。其中，共沉淀法以设备简单、成本低、易于操作等优点受到人们的青睐，但传统共沉淀法仍限于制备功能相对简单的HAp材料，在材料分散性、形貌均一性、粒径控制及在线监测调控材料合成方面仍有很大的局限性。因此，构建新型材料合成平台克服传统合成方法缺陷已成为迫切需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法，为羟基磷灰石纳米材料合成提供一种重要的技术平台，同时拓宽微流控芯片液滴的应用领域。
本发明提供了一种基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法，其特征在于：该合成方法以单分散微流控液滴作为微反应器，以微流控芯片液滴融合为核心技术，其具体的合成步骤如下：
——分别向微流控芯片的储液池A、储液池B（1）和储液池B（2）中持续灌流连续相流体、分散相磷前体溶液和分散相钙前体溶液，控制储液池A中连续相流体流速为500 nl/min~1500 nl/min，根据磷、钙前体溶液浓度，调控储液池B（1）中分散相磷前体溶液和储液池B（2）中分散相钙前体溶液的流速为150 nl/min~1000 nl/min，确保钙磷比为1.67，最终形成针状羟基磷灰石纳米颗粒；
——所述的连续相流体为疏水性流体；
——所述的微流控芯片以透明PDMS为基材，采用软光刻蚀制作，芯片上设有双T-型通道液滴生成（1）、融合单元（2），弯曲通道快速混合单元（3）和延时观察单元（4），同时芯片上设有流体接口和产物液滴收集单元（5），且流体接口经塑料管与注射器相连接并由注射泵控制流体流速。
其中，采用图1所示结构的芯片，所述芯片包含两个T-型结构和弯曲通道混合结构，通道内壁采用十八烷基三氯硅烷试剂做疏水修饰，在注射泵的灌流下，当分散相溶液1沿通道到达第一级T-型通道处时，在连续相流体剪切作用下生成乳化液滴（W/O），该液滴向通道下游运动，在第二级T-型通道处与分散相2溶液相遇，经碰撞、排油、油膜破裂三个过程进入液滴，实现融合。融合后的液滴继续沿通道向下游运动，当液滴在弯曲通道内运动时，其内部将产生两个大小不等的漩涡流，每经过一次弯折结构，两个漩涡流将交替改变大小，此时漩涡流之间混合以对流为主，大大加快混合速度，生成针状羟基磷灰石纳米颗粒，其特征在于：整个针状羟基磷灰石纳米颗粒的合成过程以多个单分散液滴作为微反应器，液滴体积小（nl量级），在弯曲通道驱动下混沌对流混合传质快，有利于羟基磷灰石晶核形成和生长，克服颗粒团聚；如果保持芯片储液池A中连续相流体流速不变，改变分散相储液池B（1）和B（2）中前体溶液的流速，可以调控钙磷比；在分散相储液池B（1）和B（2）溶液中添加无机离子、表面活性剂、胶原、凝胶、染料等物质，可以形成具有不同功能、不同形貌的羟基磷灰石颗粒，如抗菌、花瓣状颗粒等。此外，芯片透明便于集成观察设备，实时在线监控材料形成。
本发明提供的基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法，所述的疏水性流体为矿物油；所述的分散相磷前体溶液中含有浓度为0.05~0.1 mol/l的氨水，氨水用于调控融合后液滴内相溶液的pH值（10~11）；所述的分散相钙前体溶液为四水合硝酸钙等溶液。
此外，还可以在所述的分散相溶液中掺杂有无机离子、表面活性剂、聚合物、染料中的一种或多种组分，合成功能化材料。
本发明提供的基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法中，针状羟基磷灰石纳米颗粒的合成温度为室温。
使用本发明提供的方法合成的针状羟基磷灰石纳米颗粒与传统共沉淀法合成的羟基磷灰石纳米颗粒比较，本方法合成的颗粒具有形貌均一、结晶度好、长径比大。
本发明提供的基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法，其优点在于：
1、对芯片通道内壁做疏水修饰，液滴生成稳定、流畅，液滴融合准确，液滴大小均一。
2、液滴体积小，混沌混合传质速度快，反应物在液滴内部分布均匀，有利于纳米颗粒成核、生长。
3、液滴通量高，每个液滴作为独立的微反应器，产物由连续相输出，克服了通道内壁的吸附及纳米颗粒团聚。
4、芯片制作材料PDMS透明，可集成显微镜在线实时监测材料的形成并进行调控。
5、芯片设计简单，易于架构多组平行反应通道，进行高通量合成，提高产物收率。
附图说明
图1为PDMS芯片结构示意图，其中：A为连续相储液池，B（1）为分散相1储液池，B（2）分散相2储液池；1为液滴生成单元，2为液滴融合单元，3为混合单元，4为延时观察单元，5为产物液滴收集单元；
图2为液滴融合微流控芯片实物图；
图3为液滴融合合成HAp纳米颗粒原理图；
图4为液滴融合过程显微照片；
图5为不同分散相流速条件下，液滴融合、快速混合显微照片；
图6为HAp合成体系中液滴生成、融合、快速混合、延时观察区显微照片；
图7为采用本方法合成的HAp纳米颗粒扫描电镜图；
图8为采用本方法合成的HAp纳米颗粒透射电镜图；
图9为传统方法合成的HAp纳米颗粒透射电镜图。
具体实施方式
以下实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
不同分散相流速下液滴融合及快速混合，采用图1所示结构芯片，其实物见图2。注射泵以800 nl/min流速对储液池A持续灌流矿物油，以500 nl/min流速对储液池B（1）持续灌流去离子水，在150 nl/min~1000 nl/min流速范围内对储液池B（2）持续灌流20 mg/ml苋菜红染料溶液。在第一级T-型通道1处连续形成油包水的液滴（去离子水/矿物油），在矿物油驱动下沿通道流经第二级T-型通道2处与苋菜红溶液相遇，经碰撞、排油、油膜破裂三个过程，苋菜红溶液进入液滴，实现融合，如图4所示。保持矿物油连续相和去离子水分散相流速不变，将苋菜红溶液分散相流速从150 nl/min增大至1000 nl/min，苋菜红溶液均能够与前级液滴准确融合，融合后的液滴体积增大，颜色变深，如图5所示。液滴在弯曲通道运动过程中，从图5中可以看出染料分子从融入液滴时刻的一侧迅速充满整个液滴，表明混沌混合传质速度很快。
实施例2
针状羟基磷灰石纳米颗粒的合成及电镜表征，将磷酸氢二胺溶解于去离子水中配制成0.06 mol/L溶液，该溶液中含有0.1 mol/l的氨水用于调控融合后液滴内相溶液的pH值（10~11）；将硝酸钙溶解于去离子水配制成0.1mol/L溶液。使用注射泵以800 nl/min流速对储液池A持续灌流矿物油，对储液池B（1）持续灌流0.06 mol/L磷酸氢二胺的氨水溶液，以500 nl/min流速对储液池B（2）持续灌流0.1mol/L硝酸钙溶液。在第一级T-型通道1处连续形成油包磷前体的液滴（磷前体/矿物油），在矿物油驱动下沿通道流经第二级T-型通道2处与钙前体溶液相遇，经碰撞、排油、油膜破裂三个过程，钙前体溶液进入液滴，实现融合，引发共沉淀反应。图6给出了此过程中液滴生成、融合、混合和延时观察区的显微照片，图中液滴内沉淀物为生成的羟基磷灰石。对采用上述方法生成的羟基磷灰石收集、陈化、洗涤、干燥后进行电镜表征，其扫描电镜纳米形貌如图7所示，透射电镜纳米形貌如图8所示。和采用传统方法合成HAp纳米颗粒透射电镜图（如图9）比较可以看出，此种液滴融合方法合成的羟基磷灰石呈针状，颗粒形貌均一、长径比大。
实施例3
不同染料作为分散相的液滴融合及快速混合，采用图1所示结构芯片，其实物见图2。注射泵以800 nl/min流速对储液池A持续灌流矿物油，以500 nl/min流速对储液池B（1）持续灌流20 mg/ml苋菜红染料溶液，以300 nl/min流速对储液池B（2）持续灌流20 mg/ml溴甲酚蓝染料溶液。在第一级T-型通道1处连续形成油包苋菜红溶液的液滴（苋菜红/矿物油），在矿物油驱动下该液滴沿通道流经第二级T-型通道2处与溴甲酚蓝溶液相遇，经碰撞、排油、油膜破裂三个过程，溴甲酚蓝溶液进入液滴，实现融合。通过观察可以看出，当液滴在弯曲通道运动时，溴甲酚蓝染料分子从融入液滴时刻的一侧迅速均匀分布在整个液滴中，表明混沌混合传质速度很快。
Claims (6)
1.一种基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法，其特征在于：该合成方法以单分散微流控液滴作为微反应器，以微流控芯片液滴融合为核心技术，其具体的合成步骤如下：
——分别向微流控芯片的储液池A、储液池B（1）和储液池B（2）中持续灌流连续相流体、分散相磷前体溶液和分散相钙前体溶液，控制储液池A中连续相流体流速为500 nl/min~1500 nl/min，根据磷、钙前体溶液浓度，调控储液池B（1）中分散相磷前体溶液和储液池B（2）中分散相钙前体溶液的流速为150 nl/min~1000 nl/min，确保钙磷比为1.67，最终形成针状羟基磷灰石纳米颗粒；
——所述的连续相流体为疏水性流体；
——所述的微流控芯片以透明PDMS为基材，采用软光刻蚀制作，芯片上设有双T-型通道液滴生成（1）、融合单元（2），弯曲通道快速混合单元（3）和延时观察单元（4），同时芯片上设有流体接口和产物液滴收集单元（5），且流体接口经塑料管与注射器相连接并由注射泵控制流体流速。
2.按照权利要求1所述的基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法，其特征在于：所述的疏水性流体为矿物油。
3.按照权利要求1所述的基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法，其特征在于：所述的分散相磷前体溶液中含有浓度为0.05~0.1 mol/l的氨水。
4.按照权利要求1所述的基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法，其特征在于：所述的分散相溶液中掺杂有无机离子、表面活性剂、聚合物、染料中的一种或多种组分。
5.按照权利要求1所述的基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法，其特征在于：所述微流控芯片的通道中灌入十八烷基三氯硅烷试剂对其内壁做疏水修饰。
6.按照权利要求1所述的基于微流控芯片合成针状羟基磷灰石纳米颗粒的方法，其特征在于：针状羟基磷灰石纳米颗粒的合成温度为室温。
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|---|---|
| CN (1) | CN102745660B (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104084247A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-10-08 | 北京工业大学 | 基于t形微通道的弹性壁面微流控芯片 |
| CN106841151A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-06-13 | 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) | 微流控芯片及其微流道结构和液态微滴的检测方法 |
| CN106825605A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-06-13 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种基于微流控芯片制备金纳米簇的方法 |
| CN106892413A (zh) * | 2015-12-17 | 2017-06-27 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 微反应器中直接结晶制备磷酸二氢铵的方法 |
| CN107412877A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-12-01 | 王华楠 | 一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法及其应用 |
| CN107596450A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-01-19 | 浙江美加华医疗技术有限公司 | 一种表面修饰的羟基磷灰石纳米材料及其制备方法 |
| CN107824229A (zh) * | 2016-09-23 | 2018-03-23 | 中国科学技术大学 | 电动微流控液滴分配器 |
| CN109025983A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-18 | 中国石油大学(北京) | 一种模拟致密油藏微观模型制作方法 |
| CN110202161A (zh) * | 2019-06-12 | 2019-09-06 | 苏州国科医疗科技发展有限公司 | 一种数字微流控芯片的金纳米颗粒合成方法及金纳米颗粒 |
| CN111704120A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-09-25 | 湖南御家化妆品制造有限公司 | 一种基于微流控的改性羟基磷灰石粉体的可控制备方法及羟基磷灰石纳米粒子 |
| CN113332744A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-09-03 | 华东理工大学 | 一种连续结晶微纳化工芯片及其应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5679315A (en) * | 1995-09-25 | 1997-10-21 | Nu-West Industries, Inc. | Method of production of high purity silica |
| CN101157745A (zh) * | 2007-09-11 | 2008-04-09 | 浙江大学 | 一种无机材料表面接枝聚合物的方法 |
| CN101186286A (zh) * | 2007-11-29 | 2008-05-28 | 同济大学 | 有序多孔羟基磷灰石材料的制备方法 |
-
2011
- 2011-04-18 CN CN201110096700.1A patent/CN102745660B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5679315A (en) * | 1995-09-25 | 1997-10-21 | Nu-West Industries, Inc. | Method of production of high purity silica |
| CN101157745A (zh) * | 2007-09-11 | 2008-04-09 | 浙江大学 | 一种无机材料表面接枝聚合物的方法 |
| CN101186286A (zh) * | 2007-11-29 | 2008-05-28 | 同济大学 | 有序多孔羟基磷灰石材料的制备方法 |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104084247B (zh) * | 2014-06-30 | 2017-02-08 | 北京工业大学 | 基于t形微通道的弹性壁面微流控芯片 |
| CN104084247A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-10-08 | 北京工业大学 | 基于t形微通道的弹性壁面微流控芯片 |
| CN106892413B (zh) * | 2015-12-17 | 2018-12-14 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 微反应器中直接结晶制备磷酸二氢铵的方法 |
| CN106892413A (zh) * | 2015-12-17 | 2017-06-27 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 微反应器中直接结晶制备磷酸二氢铵的方法 |
| CN107824229A (zh) * | 2016-09-23 | 2018-03-23 | 中国科学技术大学 | 电动微流控液滴分配器 |
| CN106825605B (zh) * | 2017-01-18 | 2018-07-13 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种基于微流控芯片制备金纳米簇的方法 |
| CN106825605A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-06-13 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种基于微流控芯片制备金纳米簇的方法 |
| CN106841151A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-06-13 | 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) | 微流控芯片及其微流道结构和液态微滴的检测方法 |
| CN107412877A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-12-01 | 王华楠 | 一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法及其应用 |
| CN107412877B (zh) * | 2017-07-21 | 2020-03-31 | 深圳华诺生物科技有限公司 | 一种磷酸钙/明胶复合材料纳米颗粒的制备方法及其应用 |
| CN107596450A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-01-19 | 浙江美加华医疗技术有限公司 | 一种表面修饰的羟基磷灰石纳米材料及其制备方法 |
| CN109025983A (zh) * | 2018-07-27 | 2018-12-18 | 中国石油大学(北京) | 一种模拟致密油藏微观模型制作方法 |
| CN110202161A (zh) * | 2019-06-12 | 2019-09-06 | 苏州国科医疗科技发展有限公司 | 一种数字微流控芯片的金纳米颗粒合成方法及金纳米颗粒 |
| CN110202161B (zh) * | 2019-06-12 | 2022-04-26 | 苏州国科医工科技发展(集团)有限公司 | 一种数字微流控芯片的金纳米颗粒合成方法及金纳米颗粒 |
| CN111704120A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-09-25 | 湖南御家化妆品制造有限公司 | 一种基于微流控的改性羟基磷灰石粉体的可控制备方法及羟基磷灰石纳米粒子 |
| CN113332744A (zh) * | 2021-05-27 | 2021-09-03 | 华东理工大学 | 一种连续结晶微纳化工芯片及其应用 |
| CN113332744B (zh) * | 2021-05-27 | 2023-01-03 | 华东理工大学 | 一种连续结晶微纳化工芯片及其应用 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102745660B (zh) | 2014-03-26 |
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