动态界面打印(DIP)制备单分散液滴及聚合物颗粒

Admtwangyapei单分散液滴或聚合物颗粒在微反应器、药物可控释放、生物医学成像、光子晶体等领域因其重大应用潜力而备受关注。目前,制备单分散液滴或聚合物颗粒的方法主要是膜乳化法与微流控技术,前者往往需要复杂精密的膜乳化器,成本高且均一性不足;后者常依赖于复杂的芯片微加工过程,且存在溶剂兼容性的问题。因此,发展新型、简便、兼容性好的制备方法具有着重大的意义,将极大地拓宽单分散液滴及颗粒的应用前景。

近日,中国人民大学王亚培课题组和中科院微生物研究所的杜文斌课题组提出了一种单分散液滴制备的新技术——动态界面打印(DIP)。该技术基于动态界面剪切的过程,具体而言,以Teflon管与玻璃毛细管串联构成内相流体的输出通道,通过并联的振动装置使毛细管出液端在外相液面上下振动,产生一个动态的气液界面。在每一个振动周期中,当悬挂着油滴的毛细管脱离水面的过程中,在表面张力产生的拉普拉斯压差作用下,油滴被剪切而脱离毛细管。由于每个周期产生的油滴体积是一致的,所以基于这种技术,可以完美地制备出单分散液滴。通过数据统计及分析,利用DIP技术制备的单分散液滴,其体积等于流速与振动频率的比值,与理论预期完全一致,尺寸精确可控。该技术的另一大优势在于装置简单易得,十分钟之内即可组装完成。

在单分散液滴的基础上,预先在氯仿中溶解一定量的聚合物,利用DIP技术即可得到溶有聚合物的单分散液滴。在适当的温度下将溶剂挥发干,便可获得单分散的聚合物微球。此外,DIP技术还可以有多种应用拓展,制备出不同形貌的聚合物颗粒。如制备出的单分散聚己内酯(PCL)微球,通过后续加热和拉伸处理,可制备出棒状PCL粒子;在三氯甲烷中掺入等量的聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),在溶剂挥干过程中,由于PS与PMMA发生相分离,可制备得到表面带补丁的聚合物微球;在液滴中掺入多官能度的单体及引发剂,将液滴置于紫外光下聚合,待溶剂挥发后,即可获得多孔的聚合物微球。该工作发表在Advanced Materials Technologies(DOI: 10.1002/admt.201600021 )上。

 

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