【摘 要】
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微囊作为一种理想的载体,可以实现活性物质的有效封装,并能在特定条件下实现被封装物质的智能响应与可控释放。传统方法制备微囊的过程中,一般通过高速搅拌剪切得到双乳模板,进一步固化得到微囊,这种方法存在操作复杂、可控性差及包裹率低等问题。近年来随着微流控技术的发展,可以制备出尺寸均一、壁厚可控且包裹率高的微囊。然而现有微流控制备微囊的方法仍然较为复杂,并且难以实现微囊的高通量制备,这限制了微囊的广泛应用
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微囊作为一种理想的载体,可以实现活性物质的有效封装,并能在特定条件下实现被封装物质的智能响应与可控释放。传统方法制备微囊的过程中,一般通过高速搅拌剪切得到双乳模板,进一步固化得到微囊,这种方法存在操作复杂、可控性差及包裹率低等问题。近年来随着微流控技术的发展,可以制备出尺寸均一、壁厚可控且包裹率高的微囊。然而现有微流控制备微囊的方法仍然较为复杂,并且难以实现微囊的高通量制备,这限制了微囊的广泛应用。针对现有研究存在的不足,本文提出了一种将微流控技术与重力作用相结合制备微囊的方法,并基于微通道并行放大实现了微囊的高通量制备。本文的主要研究内容如下:(1)提出了一种基于微流控一步乳化制备微囊的方法。该方法将微流控技术与重力作用相结合,采用同轴式玻璃毛细管微流控器件,分散相和连续相分别从内外玻璃毛细管管口挤出,两相流体在惯性力、粘滞力、界面张力及重力的共同作用下,最终脱离玻璃毛细管管口形成双乳液滴并掉落,双乳液滴外层的海藻酸钠与氯化钙溶液交联固化形成微囊。微囊将活性物质封装在具有一定机械强度的囊壁内部,避免活性物质受到外界环境的影响。与传统方法相比,本文提出的微囊制备方法只需要经过一步乳化,提高了微囊的制备效率,所制备的微囊具有良好的单分散性以及较高的包裹率。(2)采用实验与数值模拟相结合的方法,分别探究了水-油体系、水-水体系中各参数对微囊特征的影响规律。首先,通过调节各相流速得到了微囊制备的相图,所制备的微囊均为单核结构且具有良好的单分散性。然后,探究了分散相流速、连续相流速、微流控器件结构、连续相与空气间界面张力、分散相与连续相间界面张力、分散相粘度及连续相粘度等参数对微囊特征的影响,并且从理论层面对各参数的影响进行了深入分析。最后,将微囊分别置于酸碱性环境中,实现了p H触发微囊的智能响应与可控释放,为微囊的实际应用做出了探索。(3)基于微通道并行放大理论与3D打印技术,在单通道成功制备微囊的基础上,设计并加工出10通道微流控器件,实现了微囊的高通量制备。首先,根据梯形网络结构中的流量分配准则以及圆形微通道中的流阻计算公式,确定了主干通道与分支通道之间的尺寸分配关系。然后,根据通道之间的尺寸分配关系设计出10通道微流控器件,采用光固化3D打印的方式加工微流控器件。最后,在10通道微流控器件中成功制备水核微囊,分别对10个通道所制备的微囊进行表征,发现均具有良好的单分散性及稳定性。在连续制备4小时的过程中,微囊的直径与壁厚未发生明显的变化,证明了此方法可以实现微囊的高通量制备,为其规模化生产提供了一定的参考。
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