CN103979484B

CN103979484B - 微应力诱导反应方法及使用其的指针核‑壳微颗粒的制备方法

Info

Publication number: CN103979484B
Application number: CN201410228188.5A
Authority: CN
Inventors: 邱阳; 汪华林; 王飞; 白志山; 张艳红; 杨强
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2017-08-08
Anticipated expiration: 2034-05-27
Also published as: CN103979484A

Abstract

本发明涉及微应力诱导反应方法及使用其的指针核‑壳微颗粒的制备方法，提供了一种微应力诱导反应方法，该方法包括以下步骤：对微空间内的结构所受到的应力进行诱导，使该结构的形貌发生改变；其中，该微空间内的结构受到完全封闭的介质包裹，以与外界空间隔开；并且该介质外侧的液体浓度大于其内侧的液体浓度。还提供了一种指针核‑壳微颗粒的制备方法。

Description

微应力诱导反应方法及使用其的指针核-壳微颗粒的制备方法

技术领域

本发明属于微加工领域，涉及一种微应力诱导反应及一种非球形核-壳微颗粒的制备方法，具体地说，本发明涉及微应力诱导反应，以及一种基于微流控技术且利用该微应力诱导反应制备具有特殊指针结构的核-壳微颗粒的方法。

背景技术

微结构是指微米或纳米尺度下，晶体结构中的种种非均一结构，其在微机电系统、微反应器、生物医药等领域均有着重要的应用意义。而对其变形规律、形貌调控方法的研究，更是决定能否开发出具有复杂功能性微结构的条件。

目前对微结构的形貌调控主要通过物理或化学的方法实现。物理法主要利用材料的机械加工性能、力学性能、流变性能、粘弹性能等，通过机械切削、剪切、打磨，外力作用，温度控制等实现微结构的变形；化学法主要利用材料的化学性能，通过表面改性、官能团接枝、种子生长等方式实现微结构的变形。

中国专利申请No.201210569835.X公开了一种对微结构表面进行变形处理的方法。该方法利用热塑性材料受热变形，冷却后维持一定形状的特性，通过高温元件对微结构表面的接触、挤压等物理处理，实现微结构的变形。但是该方法对高温元件的结构及温度控制要求极高，增加了制作难度。同时，变形过程中元件对微结构的接触可能会引入外来物质，无法用于处理对洁净度要求较高的微结构。

中国专利申请No.201310330894.6公开了一种使用微粒刀进行微加工的切削工艺。该方法利用微粒刀，对固定于工作台的微结构颗粒进行微加工操作。整个切削过程在微流束内进行，及时带走切削过程中产生的热量，降低微结构变形的尺寸效应，保证加工精度。但是该方法需配备有视觉放大装置的工作台以及符合要求的刀具，对操作精度的要求也较高。

非球形核-壳结构微颗粒是一种具有部分或全部非球形结构、功能性强的新型复合材料。由于具有性质与功能多样化的特点，其在多个交叉领域均有广阔的应用前景。

用于合成具有非球形结构核-壳微颗粒的传统方法主要有非球内核模板法，添加阻聚剂、嵌段共聚物控制等方法。这些方法均有着成本高、操作精度要求高、反应过程难以控制、耗时长等缺点。而微流控技术由于具有易操作，产品结构可控性高，可扩展性强的优点，因此成为制备复杂结构微颗粒的新兴技术。

目前，基于微流控技术的非球形颗粒制备主要通过将微流控技术与乳液模板法结合，配合UV(紫外)聚合/凝胶化、颗粒自组装、流体刻蚀等反应方法以实现。但此类方法多用于制备单颗粒，对于核-壳结构微颗粒的制备，也均是通过内核的偏移、移除得到整体形状为非球形的颗粒，有很大的局限性。

中国专利申请No.200710122110.5公开了一种多腔复合微/纳米微囊的制备方法及装置。该方法为多流体复合电喷方法，装置由多流体复合喷头、储液池、供液泵等组成。该方法可实现对微颗粒材料种类、腔体数量的控制及功能化。但制得的微颗粒的结构均一度不高，尺寸单分散性差，且装置制作复杂，制备过程需引入20kV以上的电源，操作困难。

中国专利申请No.201110108314.X公开了一种多相异性微颗粒的微流控制备方法。该方法采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材质的微流控芯片，首先通过微流控芯片制备油包水包油的乳液液滴，然后通过光引发技术使液滴聚合，最后通过干燥处理，得到多相异性的微颗粒。该方法可得到结构复杂且均一、单分散性高的颗粒产品。但该种微流控芯片的制作成本与难度较高，需要购买光刻蚀机及相应的光刻掩膜、PDMS基材等；同时，得到的多相异性微颗粒外形不为球体，在很多领域的潜在应用受到了限制；此外，该方法通过干燥法控制颗粒的外形改变，增长了操作时间与难度，降低了产品结构的尺寸精度。

因此，本领域迫切需要开发出一种能够克服上述现有方法的缺陷的，具有制备方法精度高、耗时短、步骤少、易操作，结构特殊、均一且参数可控，应用潜力大等特点的微结构形貌的控制方法，并将其应用于非球形颗粒的制备中。

发明内容

本发明提供了一种新颖的微应力诱导反应方法，解决了现有微结构形貌控制方法中存在的问题，同时为具有非球形结构微颗粒的制备提供了新的思路，并利用此方法，结合微流控技术制备了一种指针核-壳微颗粒。本发明的微应力诱导反应方法具有一定的普适性，通过非接触的物理化学方法对微结构形貌进行操作调控。此外，基于此原理制得的微颗粒具有指针形的内核结构与球形的整体结构，该结构具有相对位置固定，指向性强，示踪功能性强的特点，在流体示踪、磁场示踪、微结构追踪标定等领域具有巨大的应用潜力。

一方面，本发明提供了一种微应力诱导反应方法，该方法包括以下步骤：

对微空间内的结构所受到的应力进行诱导，使该结构的形貌发生改变；其中，该微空间内的结构受到完全封闭的介质包裹，以与外界空间隔开；并且该介质外侧的液体浓度大于其内侧的液体浓度。

在一个优选的实施方式中，所述微空间内的结构所受到的应力为使得结构的形貌发生改变的各力的合力，所述力包括压力、拉力、剪切力和粘性力；所述方法使得合力具有一个确定方向，从而诱导结构的形貌发生定向改变。

在另一个优选的实施方式中，所述用于包裹结构的介质为固态的、具有致密交联网络结构的物质，包括生物膜、聚合物颗粒壁结构或壳结构、以及水凝胶颗粒壁结构或壳结构；所述介质的几何形状为对其内部结构实现完全封闭包裹的形状，包括球体、椭球体和方块形。

在另一个优选的实施方式中，所述介质两侧的液体为同种类的水或油性液体，介质内侧与外侧的液体溶有同种类、但浓度不同的溶质。

另一方面，本发明提供了一种指针核-壳微颗粒的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)利用液滴操控机理，通过微流控装置中微通道的几何尺寸收缩以及内相流体、中间相流体、外相流体的相互剪切与粘带作用，在微流控装置中形成含有一个内液滴的水包油包水复合乳液液滴；

(2)将步骤(1)中得到的乳液液滴收集于盛有接收相的容器中；以及

(3)将步骤(2)中收集于盛有接收相的容器中的乳液放置于紫外光下，其外液滴在光引发剂及紫外光照作用下发生聚合反应形成固态球壁，同时利用上述微应力诱导反应方法，使内液滴发生定向变形，从而得到指针形的内核结构，制得指针核-壳微颗粒。

在一个优选的实施方式中，在光引发剂及紫外光照作用下，外液滴发生交联聚合反应，由外向内逐层形成类半透膜的球壁结构；同时，球壁内-外溶液间保持一定的离子浓度差，造成化学势的不平衡，从而形成渗透压；在渗透压的作用下，内液滴受到向外的拉力，在合力方向使得其发生定向变形，其中，所述复合乳液由内液滴与外液滴组成，其中外液滴包括预聚合单体。

在另一个优选的实施方式中，所述内相流体和外相流体为溶有表面活性剂的水溶液，其中内相流体添加染色剂；所述中间相流体为溶有表面活性剂和光引发剂的丙烯酸酯类单体溶液；所述接收相为溶有表面活性剂和金属盐溶质的水溶液；所述光引发剂选自：自由基光引发剂。

在另一个优选的实施方式中，所述表面活性剂选自：水溶性表面活性剂；所述染色剂选自：水溶性染色剂；所述金属盐溶质选自：一、二价阴阳离子组成的水溶性盐，其在室温下的水中的溶解度大于50g，溶解后的离子浓度大于1mol/L；所述自由基光引发剂选自：α-羟基C_1-20烷基苯酮(如HMPP、HHMP、HCPK)、α-氨基C_1-20烷基苯酮(如MMMP、BDMB)和α,α’-乙氧基苯乙酮(DEAP)。

在另一个优选的实施方式中，所述水溶性表面活性剂选自：EO(环氧乙烷)-PO(环氧丙烷)型聚醚(如Pluronic F-127)、十二烷基硫酸钠和聚乙烯醇；所述水溶性染色剂选自：炭黑、曙红、苏丹红和亚甲基蓝；所述水溶性盐选自：氯化钙、氯化钠、碘化钠、氢氧化钠、氯化铜和硫酸钠。

在另一个优选的实施方式中，所述微流控装置为玻璃毛细管微流控装置，该装置分为前后两级，第一级用于内液滴的生成，第二级用于外液滴的生成以及复合乳液液滴的引导。

在另一个优选的实施方式中，所述内相流体、中间相流体、外相流体的驱动力来自微流控装置外置的蠕动泵或注射泵；在微流控装置中，内相流体的流速为20～100μL/h，中间相流体的流速为500～1000μL/h，外相流体的流速为5000～8000μL/h。

在另一个优选的实施方式中，所述紫外光照时间为5～10分钟，紫外光强度为1～2mW/cm²。

在另一个优选的实施方式中，所述指针核-壳微颗粒的指针结构的形貌参数、包埋内容物和朝向通过改变制备条件进行调控。

在另一个优选的实施方式中，所述指针结构的形貌参数包括：指针的长径比L/R、偏心率e和相对长度L/D，其通过制备条件的改变进行调控。

在另一个优选的实施方式中，长径比L/R指的是指针总长度与内核半径的比值，其变化范围为1～5.26；偏心率e指的是内核中点到颗粒整体球心的直线距离与颗粒半径的比值，其变化范围为0～68％；相对长度L/D指的是指针总长度与颗粒直径的比值，其变化范围为0～0.7。

在另一个优选的实施方式中，所述指针结构的包埋内容物为具有水溶性的、或纳米级尺度的物质，包括磁响应纳米颗粒、药物、生物质和化学反应物。

再一方面，本发明涉及一种指针形核-壳微颗粒，它是用上述指针核-壳微颗粒的制备方法制备的。

附图说明

根据结合附图进行的如下详细说明，本发明的目的和特征将变得更加明显，附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的微颗粒内核定向变形方法的原理图。

图2是根据本发明的一个实施方式的基于微流控技术制备指针核-壳微颗粒的方法流程图，其中，(a)为液滴制备过程，(b)为乳液收集过程，(c)为液滴聚合反应及指针微颗粒的形成过程。

图3是根据本发明的一个实施方式的二级玻璃毛细管装置结构示意图。

图4是根据本发明的一个实施方式的微流控装置中液滴形成过程的显微照片，其中，(a)为内液滴形成过程，(b)为外液滴形成过程。

图5是根据本发明的一个实施方式的指针微颗粒的显微照片。

图6是根据本发明的一个实施方式的指针结构形貌参数的示意图。

图7是根据本发明的一个实施方式的基于改变光照时间实现指针结构参数可控化的微球显微照片，其中，(a)～(d)分别为经光照4、5、6和7分钟后的微球显微照片。

图8是根据本发明的一个实施方式的指针结构的磁响应功能化的颗粒显微照片，其中，(a)～(d)分别为单个颗粒在旋转磁场作用下的显微照片，(e)为批量颗粒在单一方向磁场作用下的显微照片。

具体实施方式

本申请的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，基于半透膜两侧溶液浓度差造成溶液定向扩散的原理，利用复合乳液的单体外液滴在聚合过程中形成的具有类半透膜结构球壁的现象，通过调控球壁内-外溶液间维持一定离子浓度差，形成化学势的不平衡，能够使得球壁内包埋的液滴在渗透压与半透膜的作用下发生定向变形，从而实现非球形微结构的制备；并且，将此方法原理与微流控技术结合，首先，在微流控装置中利用液滴操控机理，通过微通道几何压缩及内相、中间相、外相流体的相互剪切与粘带作用，形成含有一个内液滴的水包油包水(W/O/W)复合乳液液滴；其次，将乳液液滴通入盛有接收相的容器中，此接收相在外相的基础上添加了一定含量的金属盐溶质；最后，将收集好的乳液放置于紫外光下，外液滴部分在紫外光及光引发剂的作用下发生聚合反应形成固态球壁，同时利用类半透膜结构的球壁的内-外溶液离子浓度差形成的化学势与渗透压，使内液滴溶液发生定向变形，从而得到指针形的内核结构；该方法制备的指针核-壳结构微颗粒具有单分散性高，指针结构均一，指针参数可控，潜在应用广泛等优点。基于上述发现，本发明得以完成。

微应力诱导反应方法

在本发明的第一方面，提供了一种微颗粒内核定向变形方法，该方法包括以下步骤：

对一个微空间内的结构所受到的应力进行诱导，使结构的形貌发生改变；其中，微空间内的结构受到完全封闭的介质包裹，以与外界空间隔开；并且该介质外侧的液体浓度大于其内侧的液体浓度。

在本发明中，所述微空间内的结构所受到的应力为压力、拉力、剪切力、粘性力等使得结构的形貌发生改变的各力的合力。所述方法使得合力具有一个确定方向，从而诱导结构的形貌发生定向改变。

在本发明中，所述用于包裹结构的介质种类为生物膜、聚合物颗粒壁结构或壳结构、水凝胶颗粒壁结构或壳结构等固态的、具有致密交联网络结构的物质。同时，介质的几何形状为球体、椭球体、方块形等可对其内部结构实现完全封闭包裹的形状。

在本发明中，所述介质两侧的液体为同种类的水或油性液体，介质内侧与外侧的溶液溶有同种类、但浓度不相等的溶质，其中，介质外侧的溶液浓度大于介质内侧的溶液浓度。

指针核-壳微颗粒的制备方法

在本发明的第二方面，提供了一种指针核-壳微颗粒的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)液滴制备：利用液滴操控机理，通过微流控装置内微通道的几何尺寸收缩以及内相、中间相、外相流体的相互剪切与粘带作用，在微流控装置中形成含有一个内液滴的水包油包水(W/O/W)复合乳液液滴；

(2)乳液收集：将步骤(1)中得到的乳液液滴收集于盛有接收相的容器中；以及

(3)液滴聚合反应及指针微颗粒的形成：将步骤(2)中得到的乳液放置于紫外光下，其外液滴部分在光引发剂及紫外光照作用下发生聚合反应形成固态球壁，同时利用上述微颗粒内核定向变形方法，得到指针内核结构。

液滴制备

在该步骤中，所述内相流体和外相流体为溶有表面活性剂的水溶液，其中内相流体添加染色剂；所述中间相流体为溶有表面活性剂和光引发剂的丙烯酸酯类单体溶液。

在本发明中，所述表面活性剂选自：EO-PO型聚醚(如Pluronic F-127)，十二烷基硫酸钠，聚乙烯醇等水溶性表面活性剂；所述染色剂选自：炭黑，曙红，苏丹红，亚甲基蓝等水溶性染色剂；所述光引发剂选自：α-羟基C_1-20烷基苯酮(如HMPP、HHMP、HCPK)、α-氨基C_1-20烷基苯酮(如MMMP、BDMB)和α,α’-乙氧基苯乙酮(DEAP)等自由基光引发剂。

在本发明中，所述微流控装置为玻璃毛细管微流控装置，该装置分为前后两级，第一级用于内液滴的生成，第二级用于外液滴的生成以及复合乳液液滴的引导。

在本发明中，所述内相流体、中间相流体、外相流体的驱动力来自微流控装置外置的蠕动泵或注射泵；在微流控装置中，内相流体的流速为20～100μL/h，中间相流体的流速为500～1000μL/h，外相流体的流速为5000～8000μL/h。

乳液收集

在该步骤中，所述接收相为溶有表面活性剂和金属盐溶质的水溶液；

在本发明中，所述金属盐溶质选自：氯化钙，氯化钠，碘化钠，氢氧化钠，氯化铜，硫酸钠等一、二价阴阳离子组成的水溶性盐，其在室温下的水中的溶解度大于50g，溶解后的离子浓度大于1mol/L。

液滴聚合反应及指针微颗粒的形成

在该步骤中，所述紫外光照时间为5～10分钟，紫外光强度为1～2mW/cm²。

在本发明中，所述微颗粒内核应力诱导方法主要为：复合乳液由内液滴与外液滴组成，其中外液滴主要组分为预聚合单体。在光引发剂及紫外光照作用下，外液滴发生交联聚合反应，由外向内逐层形成类半透膜的球壁结构；同时，球壁内-外溶液间保持一定的离子浓度差，造成化学势的不平衡，从而形成渗透压；在渗透压的作用下，内液滴受到向外的拉力，在合力方向使得其发生定向变形。

在本发明中，所述指针核-壳微颗粒的指针结构的形貌参数、包埋内容物和朝向可通过改变制备条件进行精确调控。

在本发明中，所述指针结构的形貌参数包括：指针的长径比L/R、偏心率e和相对长度L/D等几何参数，其可通过紫外光照时间、紫外光照强度等制备条件的改变进行调控。

在本发明中，长径比L/R指的是指针总长度与内核半径的比值，其变化范围为1～5.26；偏心率e指的是内核中点到颗粒整体球心的直线距离与颗粒半径的比值，其变化范围为0～68％；相对长度L/D指的是指针总长度与颗粒直径的比值，其变化范围为0～0.7。

在本发明中，所述指针结构的包埋内容物包括磁响应纳米颗粒、药物、生物质、化学反应物等具有水溶性的、或纳米级尺度的物质。

在本发明中，所述指针结构的朝向可通过在内核包埋磁响应纳米颗粒后，在颗粒外增加磁场进行控制。单个颗粒或批量颗粒的指针结构朝向均可实现同方向控制。

指针核-壳微颗粒

在本发明的第三方面，提供了一种指针核-壳微颗粒，它是用上述指针核-壳微颗粒的制备方法制备的。

在本发明中，制得的指针核-壳微颗粒具有复杂的非球形结构，且产品结构均一度好，可控性强，单分散性高。

以下根据附图详细说明本发明的方法。

图1是根据本发明的一个实施方式的微应力诱导反应方法的原理图。如图1所示，由内液滴与外液滴组成复合乳液，外液滴的主要组分为预聚合单体；在紫外光的照射下，外液滴发生交联聚合反应形成交联聚合结构，由外向内逐层形成类半透膜球壁结构，以此实现微空间内的结构受到完全封闭的介质包裹，与外界空间隔开的条件；同时，球壁外的溶液保持一定的溶质浓度(高浓度离子)，则内液滴中的溶液与球壁外的溶液形成浓度差，造成化学势的不平衡，从而形成渗透压；在渗透压作用下，内液滴受到向外的拉力(渗透压作用下的拉力)，而由于内液滴的偏心，其在距离壁较近的一端所受到的拉力被壁对内核的压力所抵消，内核所受合力方向受到诱导，使得其形貌发生定向变形，形成指针形内核。

图2是根据本发明的一个实施方式的基于微流控技术制备指针核-壳微颗粒的方法流程图。如图2所示，在(a)液滴制备过程中，采用二级玻璃毛细管微流控装置进行液滴制备；内相流体在第一级上游毛细管1末端，在微通道几何压缩及周围中间相剪切作用下，形成内液滴；同理，中间相流体在第二级上游毛细管2末端，在周围外相剪切作用下，形成外液滴，并在第二级下游毛细管3末端，一对一包覆内液滴形成W/O/W型复合液滴；之后，在(b)乳液收集过程中，将得到的W/O/W型复乳液滴收集于盛有接收相的容器4中；最后，在(c)液滴聚合反应及指针微颗粒的形成过程中，当收集完成后，放置于紫外光照下进行液滴的聚合反应，同时利用上述内核定向变形方法得到指针结构。

图3是根据本发明的一个实施方式的二级玻璃毛细管装置结构示意图。如图3所示，该装置分为前后两级，第一级用于内液滴的生成，第二级用于外液滴的生成以及复合乳液液滴的引导。

图4是根据本发明的一个实施方式的微流控装置中液滴形成过程的显微照片。如图4所示，在(a)内液滴形成过程中，内相流体在微通道几何压缩及周围中间相剪切作用下，形成内液滴；在(b)外液滴形成过程中，中间相流体在周围外相剪切作用下，形成外液滴。

本发明的主要优点在于：

(1)本发明的微应力诱导反应方法，利用半透膜与渗透压原理，仅通过将溶液浓度控制，便实现了微结构形貌的改变与调控；该方法操作简单，得到的微结构可控性强，变形率高；

(2)本发明的指针核-壳微颗粒的制备方法，其微流控装置采用二级玻璃毛细管装置，成本低，制作简单，可扩展性强；

(3)本发明的指针核-壳微颗粒的制备方法，其制备过程主要包括三个步骤，整个过程操作简单、耗时短、效率高、可重复性强；

(4)本发明的指针核-壳微颗粒的制备方法，所制得的颗粒产品单分散性高，其指针形结构均一、形貌参数可控、可功能化，在流体示踪、磁场示踪、微结构追踪标定等领域具有巨大的应用潜力。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1

指针微颗粒的制备及参数调控：

制备颗粒流程如图2所示，所使用的微流控装置如图3所示。内相溶液为溶有表面活性剂1％Pluronic F-127(美国Sigma-Aldrich公司)、5％甘油及1％碳素墨水的水溶液，中间相为溶有5％PGPR90(蓖麻酸聚甘油酯，丹麦Danisco公司)、1％HMPP(2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，美国Sigma-Aldrich公司)的EGDMA(乙二醇二甲基丙烯酸酯，美国Sigma-Aldrich公司)溶液，内相溶液为溶有表面活性剂1％Pluronic F-127及5％甘油的水溶液，接收相为溶有表面活性剂1％Pluronic F-127、5％甘油及1mol/L氯化钙的水溶液。内相、中间相及外相分别以50μL/h、800μL/h、4000μL/h的流速通入微流控装置中，接收相倒入培养皿中。微流控装置中液滴形成过程如图4所示，制得的乳液通入上述培养皿中。当培养皿中乳液液滴达到一定数量后，将其置于紫外灯下，以1mW/cm²光强照射7分钟。得到的指针微颗粒如图5所示，表明指针成率极高，指针的形状结构较为均一。此外，通过控制乳液接收光照时间的长短，可对指针相对长度进行调控，其变化范围为0～0.7，结果如图6所示。

实施例2

磁响应功能化的指针微颗粒的制备及表征：

制备颗粒流程如图2所示，所使用的微流控装置如图3所示。内相溶液为溶有表面活性剂1％Pluronic F-127、5％甘油、1％碳素墨水及50％Fe₃O₄磁性纳米颗粒的水溶液，中间相为溶有PGPR90、HMPP的EGDMA溶液，内相溶液为溶有表面活性剂Pluronic F-127及甘油的水溶液，接收相为溶有表面活性剂1％Pluronic F-127、5％甘油及1mol/L氯化钙的水溶液。内相、中间相及外相分别以100μL/h、1000μL/h、6000μL/h的流速通入微流控装置中，接收相倒入培养皿中。微流控装置中液滴形成过程如图4所示，制得的乳液通入上述培养皿中。当培养皿中乳液液滴达到一定数量后，将其置于紫外灯下，以2mW/cm²光强照射10分钟。将单个颗粒置于带有标尺的载玻片上，并将其置于旋转磁场中，可表征单个颗粒的指针结构磁响应性；将批量颗粒置于培养皿中，并将其置于单方向磁场中，可表征批量颗粒的指针结构磁响应性，结果如图7-8所示，表明包含有Fe₃O₄磁性纳米颗粒的指针结构在外加磁场作用下具有对磁力线方向进行高灵敏度与精确度标定的功能性。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种微应力诱导反应方法，该方法包括以下步骤：

对微空间内的处于偏心状态的结构所受到的应力进行诱导，使该结构的形貌发生改变；其中，该微空间内的结构受到完全封闭的固态类半透膜结构的介质包裹，以与外界空间隔开；该介质两侧的液体为同种溶质的水或油性液体，并且该介质外侧的液体溶质浓度大于其内侧的液体溶质浓度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微空间内的结构所受到的应力为使得结构的形貌发生改变的拉力的合力；所述方法使得合力具有一个确定方向，从而诱导结构的形貌发生定向改变。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于包裹微空间内结构的介质包括生物膜、聚合物颗粒壁结构或聚合物颗粒壳结构、以及水凝胶颗粒壁结构或水凝胶颗粒壳结构；所述介质的几何形状为对其内部结构实现完全封闭包裹的形状，包括球体、椭球体和方块形。

4.一种指针核-壳微颗粒的制备方法，该方法包括以下步骤：

(2)将步骤(1)中得到的乳液液滴收集于盛有以溶有表面活性剂和金属盐溶质的水溶液作为接收相的容器中；以及

(3)将步骤(2)中收集于盛有接收相的容器中的乳液液滴放置于紫外光下，其外液滴在光引发剂及紫外光照作用下发生聚合反应形成固态类半透膜结构的球壁，同时利用权利要求1-3中任一项所述的微应力诱导反应方法，使内液滴发生定向变形，从而得到指针形的内核结构，制得指针核-壳微颗粒。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在光引发剂及紫外光照作用下，外液滴发生交联聚合反应，由外向内逐层形成类半透膜的球壁结构；同时，球壁内-外溶液间保持一定的离子浓度差，造成化学势的不平衡，从而形成渗透压；在渗透压的作用下，内液滴受到向外的拉力，在合力方向使得其发生定向变形。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述内相流体和外相流体为溶有表面活性剂的水溶液，其中内相流体添加染色剂；所述中间相流体为溶有表面活性剂和光引发剂的丙烯酸酯类单体溶液；所述接收相为溶有表面活性剂和金属盐溶质的水溶液；所述光引发剂选自：自由基光引发剂。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自：水溶性表面活性剂；所述染色剂选自：水溶性染色剂；所述金属盐溶质选自：一、二价阴阳离子组成的水溶性盐，其在室温下的水中的溶解度大于50g，溶解后的离子浓度大于1mol/L；所述自由基光引发剂选自：α-羟基C_1-20烷基苯酮、α-氨基C_1-20烷基苯酮和α,α’-乙氧基苯乙酮。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水溶性表面活性剂选自：环氧乙烷-环氧丙烷型聚醚、十二烷基硫酸钠和聚乙烯醇；所述水溶性染色剂选自：炭黑、曙红、苏丹红和亚甲基蓝；所述水溶性盐选自：氯化钙、氯化钠、碘化钠、氢氧化钠、氯化铜和硫酸钠。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微流控装置为玻璃毛细管微流控装置，该装置分为前后两级，第一级用于内液滴的生成，第二级用于外液滴的生成以及复合乳液液滴的引导。

10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述内相流体、中间相流体、外相流体的驱动力来自微流控装置外置的蠕动泵或注射泵；在微流控装置中，内相流体的流速为20～100μL/h，中间相流体的流速为500～1000μL/h，外相流体的流速为5000～8000μL/h。

11.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述紫外光照时间为5～10分钟，紫外光强度为1～2mW/cm²。

12.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述指针核-壳微颗粒的指针结构的形貌参数、包埋内容物和朝向通过改变制备条件进行调控。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述指针结构的形貌参数包括：指针的长径比L/R，指的是指针总长度与内核半径的比值；偏心率e，指的是内核中点到颗粒整体球心的直线距离与颗粒半径的比值；和相对长度L/D，是指针总长度与颗粒直径的比值，其通过紫外光照时间或紫外光照强度的改变进行调控。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，长径比L/R的变化范围为1～5.26；偏心率e的变化范围为0～68％；相对长度L/D的变化范围为0～0.7。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述指针结构的包埋内容物为具有水溶性的、或纳米级尺度的物质，包括磁响应纳米颗粒、药物、生物质和化学反应物。