近期，有研究人员开发了一种基于气液共流微流控技术的简单有效方法，用于制备具有溶剂化变色特性和热致变色特性的聚二乙炔/海藻酸盐（PDA/Alg）和聚二乙炔/聚二甲基硅氧烷/海藻酸盐（PDA/PDMS/Alg）复合微球，并系统研究了影响微球生成的关键参数，为开发高性能PDA基传感材料提供了新的策略。相关研究以“Gas-Shearing Microfluidic Fabrication of Polydiacetylene–Alginate Colorimetric Sensor Beads”为题目，发表在期刊《Small Structures》上。
本文要点：
1、开发了一种气体剪切微流控（GSM）系统，用于可控制备PDA/Alg和PDA/PDMS/Alg微球。
2、系统研究了影响液滴生成的关键参数，如气压、液体流速和喷嘴尺寸，并通过数值模拟解释了液滴破碎和生成的机理。
3、PDA/Alg微球表现出显著的溶剂化变色特性，其机理涉及分子间相互作用和未聚合单体的溶解。
4、PDA/PDMS/Alg微球在加热、冷却和紫外线照射的重复循环下表现出半可逆热致变色响应，归因于PDMS相中新PDA域的形成。
5、该研究成功展示了一种简单有效的微流控方法，用于制备形态规整的刺激响应性PDA-水凝胶微球，为传感器应用提供了新的可能。
使用聚二乙炔（PDA）作为传感器材料具有以下优势：
1、独特的比色和荧光响应特性：PDA能够在外部刺激作用下发生从蓝色到红色的可逆色彩变化，并产生相应的荧光响应。这种特性使其非常适合作为传感器材料。
2、强烈的分析物结合性能：与基于纳米颗粒的传感器相比，PDA传感器能够提供更强的信号输出和更高的灵敏度。
3、更高的稳定性：由于PDA的分子结构中存在稳定的共轭体系，它不易受到外界环境如温度、湿度、化学物质的影响，从而保证了传感器在长时间使用过程中的性能稳定。
4、易于器件集成：PDA可以通过多种方法制备成薄膜、微珠或其他形状，方便地与其他材料或器件结构相结合。
5、广泛的刺激响应范围：PDA能够响应多种外部刺激，如溶剂、热量、机械应力、光照、pH值、金属离子以及生物分子等，这大大拓展了其在各种传感领域的应用潜力。
该气液共流微流控系统改善了传感器微球的制备，主要体现在以下几个方面：
1、简化制备过程：相比传统的液液微流控系统，气液共流系统消除了油相和表面活性剂的使用，避免了复杂的清洗步骤，从而简化了微球的制备过程，提高了生物相容性。
2、避免微通道堵塞：气液共流系统不需要使用海藻酸盐交联溶液，减少了微通道堵塞的风险。
3、提高生产效率：气液共流系统中气相的存在提高了雷诺数（Re），从而改善了微滴的生成过程。与传统的液液微流控系统相比，气液共流系统能够连续稳定地产生单分散的微球，不仅提高了生产效率，同时也减少了生产过程中的变异性。
4、精确控制微球尺寸和形态：通过调节气压、液体流速和喷嘴尺寸等参数，可以实现对微球尺寸和形态的精确控制，这对于传感器的准确度和可靠性至关重要。
总之，气液共流微流控系统简化了制备过程、避免了堵塞问题、提高了生产效率，并且能够精确控制微球的尺寸和形态，为制备高性能的传感器微球提供了一种有效的方法。
图1.使用GSM系统生成聚二乙炔（PDA）复合微珠的示意图（未按比例绘制）。
图2.PDA/Alg微珠的结构和光学特性。
图3.使用GSM-1设备生成PCDA/Alg液滴的稳定性分析。
图4.GSM-1系统的CFD模拟结果。
图5.PDA/Alg微球的溶剂化变色特性。
图6.PDA/Alg微珠溶剂化变色的示意图。蓝色表示聚合的PCDA分子，红色表示由于刺激变红的PCDA分子，灰色表示未聚合的PCDA单体。
图7.IPA中的CPCDA（PCDA的浓度）对PDA/Alg微珠溶剂化变色特性的影响。
图8.使用GSM-2设备制备PDA/PDMS/Alg微珠。
图9.PDA/PDMS/Alg微珠的热致变色特性。
原文链接：https://doi.org/10.1002/sstr.202400340
