微流体技术生产的聚合体

科学家们设计了一种新的基于聚合物的微流体设备,这种装置能够连续制备聚合物微胶囊。
聚合物组装聚集体(polymersomes)是一种微小的球状胶囊,由双层聚合物和一些封装组分组成。就像一个合成的囊泡,但是更坚固,更容易被功能化。双层聚合物通常通过自组装,由两种(多种)聚合物的组合而成,通常被称为二嵌段聚合物。许多科学家都在研究这类聚合体的合成方法,因为它们有着广泛的应用前景;同时这类聚合体具有良好的物理性质,也可用于基础研究。
聚合物微胶囊可以由多种方式合成,但是大多数的合成方法会得到尺寸分散的产物。为了制备尺寸均一的产物:在所谓的双重乳液聚合过程中采用微流体装置:核液滴被另一层其它液体包裹,这样内部的液体就与外部的液体完全分开;通常是油-水-油混合物。在该装置中制造的液滴可用做高效模板来制备聚合物微胶囊。微流体装置有微小的通道,流体可从通道中注入。由于这种装置尺寸很小,其可以高效地生产微液滴或颗粒,并带来一些只有当尺寸下降到一定程度才会拥有的性能。过去利用这类装置制备聚合物微胶囊时:通道会由于局部溶液浓度的改变而被聚合物堵塞。
美国和德国的研究人员在一项最新研究中,成功地克服了堵塞的缺陷并制造出连续操作的装置,可以生产直径为50–100 μm的聚合物微胶囊。Dave Weitz和他在哈佛、汉堡和曼海姆的团队已经设计了一种新的装置,有3个注入口,均被装饰上有亲溶剂性或疏溶剂特性的材料。两个疏水的注入口被用作注入有机溶剂,这使得注入的溶剂可依据管中溶剂的挥发情况而进行补偿。如果没有这种补偿作用,溶剂的挥发效应就会导致溶液的组分发生改变,从而使已溶解的聚合物沉淀下来。与常规的方法不同的是,这种聚二甲基硅氧烷(poly(dimethyl siloxane))可以轻易地被印在任何表面上。同时在PDMS上有一层类似玻璃的涂层可以防止其接触到有机溶剂后溶胀。
Wilhelm Huck教授是剑桥大学(University of Cambridge)和内梅亨大学(Radboud University)的微液滴和微流体领域的专家,他说这是人类第一次用这种方式制造出聚合物微胶囊。他相信:“因为你有能力用1层或2层结构中控制的组分来制造单分散不对称微胶囊,所以这种能力看起来在流体控制领域很有前景。”但是,他还指出,这种方法操作起来并不简单,如果要经常使用,还需要进行大量的调整。
研究人员证实了他们的装置对于聚乳酸和聚乙二醇的混合液有很好的效果。他们还声称该设计可被用于制造更小的胶囊和一些特殊的胶囊,比如Janus粒子(按照古罗马的两面神Janus命名)。
J. Thiele et al., Small 2010, DOI: 10.1002/smll.201000798