CN103374141B - 一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法 - Google Patents
一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103374141B CN103374141B CN201210125468.4A CN201210125468A CN103374141B CN 103374141 B CN103374141 B CN 103374141B CN 201210125468 A CN201210125468 A CN 201210125468A CN 103374141 B CN103374141 B CN 103374141B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- micro
- fluidic chip
- drop
- microballoon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/141—Feedstock
Landscapes
- Manufacturing Of Micro-Capsules (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
Abstract
一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，该方法为超声分散得到的初乳相(W1/O)作为被分散相，在连续相(W2)的作用下，形成芯片中的双乳相(W1/O/W2)液滴；溶解在内水相(W1)中的泡腾剂分解起膨胀作用，同时溶解在油相中的聚合物随溶剂的挥发而析出固化，沉积在内水相(W1)液滴模板外围，形成具有独特结构的聚合物微球。本发明设计并制作了基于液滴操控技术的微流控芯片，将该芯片应用于制备单分散、具有特殊仿生蜂窝结构的聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球。本发明方法特点在于可以通过调节内水相(W1)中泡腾剂的浓度制备具有不同尺寸及形貌的微球。本发明具有制备简单快速的优势，在药剂学及组织工程领域有极大的潜在应用能力。
Description
技术领域
本发明涉及聚合物微球的制备方法，具体涉及一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法。
背景技术
聚合物微球指具有球形结构、尺寸在微米级别的聚合物颗粒。由于聚合物微球制备时，尺寸、组成及形貌等多参数具有可调节性，因此呈现出多功能的应用特性，从而备受关注。现已广泛应用于物理、化学、生物及医药领域，如光电子、色谱技术、组织工程和药物缓释体系。
传统制备聚合物微球的方法包括搅拌乳化、喷雾干燥、凝胶化、热熔等，其大多存在单分散性差、形貌可控性差、多步耗时的不足。对于具有特殊形貌的功能材料，传统的方法很大程度上无法满足其合成需求。特别是以期模拟制备经历长期进化而形成的、具有精妙结构的天然生物材料，新型的合成技术更有待开发。液滴微流控系统是基于微流控芯片发展起来的一种操控微小体积液体的新技术，具有体积小、单分散性好、通量高、内部条件稳定及传热传质快等特点，特别是，基于其较强的反应可控性，近几年在材料合成领域的应用也日益受到关注。与传统的材料合成方式相比，液滴微流控系统具有制备材料粒径均匀、组成和形貌可控、单分散性好和可实现在线功能化等优点，合成聚合物微球方面，已有的典型工作包括制备单分散的药物缓释颗粒、Janus微球、核-壳结构微球及各向异性微颗粒的芯片在线自组装等。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，该方法利用具有夹流结构微流控芯片，选取快速挥发性的溶剂，简易地合成了蜂窝状聚合物微球。
本发明提供了一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，该方法步骤如下：
(1)微流控芯片的制备：基于软光刻技术制备含有微通道图案的PDMS层，与玻璃基片经不可逆封接得到微流控芯片；
(2)反应前驱液的制备：泡腾剂溶解于水中作为内水相(W1)(10％、5％、1％，wt％)，聚合物(优选为聚乳酸-羟基乙酸PLGA，PLGA粘度为1.64dL/g，1.6％，wt％)溶解于有机溶剂中作为油相(O)，超声分散得到油包水初乳相(W1/O)；外水相(W2)为含有表面活性剂(优选为聚乙烯醇，2％，wt％)的水溶液；
(3)蜂窝状聚合物微球的制备：在微流控芯片夹流结构处，初乳相(W1/O)作为被分散相，在连续相(外水相W2)的剪切力作用下，形成芯片中的双乳相(W1/O/W2)液滴；溶解在内水相(W1)中的泡腾剂分解起膨胀作用，同时溶解在油相中的聚合物随溶剂的挥发而析出固化，沉积在内水相(W1)液滴模板外围，形成具有独特结构的聚合物微球；
(4)蜂窝状聚合物微球的洗涤及干燥：微球用去离子水进行3次洗涤，干燥，用于表征。
本发明提供的基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，所述步骤(1)中微流控芯片所含功能单元分为液相入口、液滴生成夹流结构、液滴固化通道和收集池。
本发明提供的基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，所述步骤(2)中泡腾剂为碳酸氢铵，聚合物为聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)，有机溶剂为碳酸二甲酯，表面活性剂为聚乙烯醇。
本发明提供的基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，所述步骤(3)中连续相和被分散相由外置注射泵控制流动状态，在连续相和被分散相流速分别为8μl/min和0.5μl/min条件下，双乳相液滴可以顺利生成并在芯片内固化为微球。
本发明提供的基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，所述步骤(3)中双乳相液滴形成时，溶解在内水相中的泡腾剂分解释放微小气泡，稳定内水相(W1)液滴模板防止其融合并使得内水相液滴膨胀。
本发明提供的基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，通过调节内水相中泡腾剂的浓度，制备的微球具有不同的尺寸及形貌。
本发明的创造性在于：利用具有夹流结构微流控芯片，选取快速挥发性的溶剂，简易地合成了蜂窝状聚合物微球。
本发明的优点在于：1、过程简易快速；2、微球的形貌和大小可控；3、微球所含孔洞大小可控；4、所有溶剂及材料无毒，环境友好。
附图说明
图1本发明所用微流控芯片结构示意图；
图2基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的原理示意图；
图3内水相(W1)中碳酸氢铵浓度为1％所制备微球的形貌，光学显微镜及扫描电镜表征；
图4内水相(W1)中碳酸氢铵浓度为5％所制备微球的形貌，光学显微镜及扫描电镜表征；
图5内水相(W1)中碳酸氢铵浓度为10％所制备微球的形貌，光学显微镜及扫描电镜表征；
图6内水相(W1)中碳酸氢铵浓度为1％、5％及10％所制备微球的球径尺寸分布统计；
图7内水相(W1)中碳酸氢铵浓度为1％、5％及10％所制备微球的孔径尺寸分布统计。
具体实施方式
下面的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：
微流控芯片的制备和修饰：基于软光刻技术制备含有微通道图案的PDMS层，与玻璃基片经不可逆封接得到微流控芯片。向芯片灌入聚乙烯醇-丙三醇混合溶液，经过一段时间的分子吸附，通道表面修饰以亲水基团，从而保证双乳相(W1/O/W2)液滴的顺利生成。
反应前驱液的配制：泡腾剂碳酸氢铵无机盐溶解于水中作为内水相(W1)(10％、5％、1％，wt％)，聚合物聚乳酸-羟基乙酸溶解于有机溶剂碳酸二甲酯中作为油相(O)(PLGA黏度为1.64dL/g，1.6％，wt％)，冰浴超声分散得到油包水初乳相(W1/O)；外水相(W2)为含有表面活性剂聚乙烯醇的水溶液(2％，wt％)。
微球制备：采用如图1所示的微流控芯片，所含功能单元分为连续相和被分散相液相入口、液滴生成夹流结构(图1插图所示)、液滴固化通道和收集池。连续相(W2)和被分散相(W1/O)由外置注射泵提供驱动力并控制流动状态。当连续相和被分散相流速分别为8μl/min和0.5μl/min条件下，在微流控芯片夹流结构处，初乳相作为被分散相，在连续相的剪切力作用下，形成芯片中的双乳相(W1/O/W2)液滴。在芯片内，双乳相液滴固化为蜂窝状结构PLGA微球的过程及原理如图2：双乳相形成后，水油界面处的油相首先开始挥发使得溶解于其中的PLGA析出形成一层均质薄膜，同时内水相中碳酸氢铵开始分解，反应式为NH4HCO3→NH3↑+H2O+CO2↑；双乳相内部的油相强烈挥发致使PLGA大量析出并沉积在内水相液滴周围；添加在内水相中的碳酸氢铵分解释放的微小气泡，可以稳定(W1)液滴模板防止其融合并使得(W1)液滴膨胀；PLGA在芯片内即可完全析出固化，用去离子水进行3次洗涤，真空干燥3小时去除内外水相，留下蜂窝结构的PLGA微球。
微球表征：图3、图4及图5为内水相(W1)中碳酸氢铵浓度为1％、5％及10％所制备微球的光学显微镜表征及扫描电镜表征。从中可以看出随碳酸氢铵浓度提高，微球的球径和孔径都呈现逐渐增大的趋势，具体数据统计如图6及图7。内水相(W1)中碳酸氢铵浓度为1％、5％及10％所制备微球的平均球径分别为44.67μm、61.93μm及97.61μm，平均孔径分别为2.28μm、5.79μm及8.70μm。随碳酸氢铵浓度提高，其分解生成气体的膨胀作用越发强烈，从而引起球径和孔径逐渐增大。
Claims (5)
1.一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，其特征在于：具体方法步骤如下：
(1)微流控芯片的制备：基于软光刻技术制备含有微通道图案的PDMS层，与玻璃基片经不可逆封接得到微流控芯片；
(2)反应前驱液的制备：泡腾剂溶解于水中作为内水相W1，聚合物溶解于有机溶剂中作为油相O，W1和O混合超声分散得到油包水初乳相W1/O；外水相W2为含有表面活性剂的水溶液；
所述泡腾剂为碳酸氢铵；
所述聚合物为聚乳酸-羟基乙酸PLGA；
所述有机溶剂为碳酸二甲酯；
所述表面活性剂为聚乙烯醇；
(3)蜂窝状聚合物微球的制备：在微流控芯片夹流结构处，初乳相W1/O作为被分散相，在连续相W2的剪切力作用下，形成芯片中的双乳相W1/O/W2液滴；溶解在内水相W1中的泡腾剂分解起膨胀作用，同时溶解在油相中的聚合物随溶剂的挥发而析出固化，沉积在W1液滴模板外围，形成具有独特结构的聚合物微球，经后续洗涤干燥进行系列形态表征。
2.按照权利要求1所述基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，其特征在于：所述步骤(1)中微流控芯片所含功能单元分为液相入口、液滴生成夹流结构、液滴固化通道和收集池。
3.按照权利要求1所述基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，其特征在于：所述步骤(3)中连续相和被分散相由外置注射泵控制流 动状态，在连续相和被分散相流速分别为8μl/min和0.5μl/min条件下，双乳相液滴可以顺利生成并在芯片内固化为微球。
4.按照权利要求1所述基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，其特征在于：所述步骤(3)中双乳相液滴形成时，溶解在内水相中的泡腾剂分解释放微小气泡，稳定内水相W1液滴模板防止其融合并使得内水相液滴膨胀。
5.按照权利要求1所述基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法，其特征在于：通过调节内水相中泡腾剂的浓度，制备的微球具有不同的尺寸及形貌。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210125468.4A CN103374141B (zh) | 2012-04-25 | 2012-04-25 | 一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210125468.4A CN103374141B (zh) | 2012-04-25 | 2012-04-25 | 一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103374141A CN103374141A (zh) | 2013-10-30 |
| CN103374141B true CN103374141B (zh) | 2015-04-22 |
Family
ID=49460019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210125468.4A Active CN103374141B (zh) | 2012-04-25 | 2012-04-25 | 一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103374141B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105617464A (zh) * | 2014-11-07 | 2016-06-01 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 基于微流控技术的高分子聚合物支架材料的制备方法 |
| CN106345542B (zh) * | 2016-08-30 | 2019-09-06 | 上海交通大学 | 一种用于复乳法制备脂质体的微流控芯片及其制作方法 |
| CN106757516A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-31 | 西南交通大学 | 微流控‑静电纺丝制备多级结构高分子超细纤维的方法 |
| CN107998443A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-05-08 | 华中科技大学 | 一种微包纳杂化微球的制备方法 |
| CN109200957B (zh) * | 2018-07-16 | 2021-05-07 | 西安科技大学 | 一种粒径大小及壁厚可控的阻燃微胶囊制备方法 |
| CN110237787B (zh) * | 2019-06-25 | 2021-12-07 | 华南师范大学 | 一种蜂窝状碳纳米管多孔微球及其制备方法和用途 |
| CN110681330B (zh) * | 2019-09-24 | 2021-06-25 | 山东省科学院能源研究所 | 一种调控微颗粒形貌和孔结构的装置及方法 |
| CN113248772A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-13 | 中国科学院广州生物医药与健康研究院 | 一种多孔聚羟基脂肪酸酯聚合物微球的微流控制备方法及制备得到的多孔聚合物微球及应用 |
| CN115178198B (zh) * | 2022-05-30 | 2023-11-03 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 聚合物微球制备装置和制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010121307A1 (en) * | 2009-04-21 | 2010-10-28 | The University Of Queensland | Complex emulsions |
| CN102068409A (zh) * | 2011-01-13 | 2011-05-25 | 清华大学 | 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 |
-
2012
- 2012-04-25 CN CN201210125468.4A patent/CN103374141B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010121307A1 (en) * | 2009-04-21 | 2010-10-28 | The University Of Queensland | Complex emulsions |
| CN102068409A (zh) * | 2011-01-13 | 2011-05-25 | 清华大学 | 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 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "Gas foamed open porous biodegradable polymeric microspheres";Taek Kyoung Kim等;《Biomaterials》;20050714;第27卷;第152-159页 * |
| 罗婷婷等."微流控技术制备吡柔比星聚乳酸微球及其体外释放研究".《材料导报B:研究篇》.2011,第25卷(第4期),第30-33、41页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103374141A (zh) | 2013-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103374141B (zh) | 一种基于微流控芯片制备蜂窝状聚合物微球的方法 | |
| Leong et al. | Advances in fabricating spherical alginate hydrogels with controlled particle designs by ionotropic gelation as encapsulation systems | |
| CN103232051B (zh) | 一种超细多孔碳酸钙微球的制备方法 | |
| Chen et al. | Controllable microfluidic production of gas-in-oil-in-water emulsions for hollow microspheres with thin polymer shells | |
| CN106040117B (zh) | 基于乳化液膜传质制备单分散性海藻酸钙微球的方法 | |
| CN106076214B (zh) | 一种具有核壳结构的海藻酸钙微球制备方法 | |
| CN103387691B (zh) | 一种空心聚苯乙烯塑料小球及其制备方法和应用 | |
| CN105126715A (zh) | 一种蛋黄结构的磁性介孔氧化硅微球材料及其制备方法 | |
| CN101857698B (zh) | 核壳结构的聚苯乙烯/海藻酸钙复合凝胶微球及其制备方法 | |
| CN104688714B (zh) | 一种石墨烯/壳聚糖复合微胶囊及其制备方法 | |
| CN104288122B (zh) | 生物可降解plga/pcl复合微胶囊及其制备方法 | |
| CN103131040B (zh) | 一种表面无渗透性聚合物中空微球及其制备方法 | |
| Wang et al. | One-step microfluidic approach for controllable production of gas-in-water-in-oil (G/W/O) double emulsions and hollow hydrogel microspheres | |
| Yamada et al. | Multiphase microfluidic processes to produce alginate-based microparticles and fibers | |
| Zhang et al. | Controllable microfluidic fabrication of microstructured functional materials | |
| CN112138732A (zh) | 一种简易微流控装置及基于其的磁性海藻酸盐微球及其制备方法和应用 | |
| CN107198791A (zh) | 静电喷射制备多孔交联淀粉止血微球的方法 | |
| CN109988323A (zh) | 一种常温下快速制备单分散聚乙烯醇微球的方法 | |
| CN103788300A (zh) | 两亲性不对称聚苯乙烯-丙烯酰胺微球 | |
| CN103816843A (zh) | 一种尺寸均一的再生纤维素微球的制备方法 | |
| CN108610060A (zh) | 一种光敏性颗粒稳定乳液及薄壁空心球的制备方法 | |
| CN105776180B (zh) | 一种纳米级多孔碳微球的制备方法 | |
| Li et al. | Solvent evaporation self-motivated continual synthesis of versatile porous polymer microspheres via foaming-transfer | |
| CN102585279B (zh) | 表面无渗透性低密度聚合物微球的制备方法 | |
| CN105106967A (zh) | 具有血红细胞形状和大小的壳聚糖微颗粒及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |