微流控双乳化法制备具有两亲性聚合物共网络壳的微胶囊-北京永康乐业科技发展有限公司

微流控技术在制备水包油包水（W/O/W）双乳液微胶囊方面具有显著优势，能够实现精确的液滴尺寸控制。传统的微胶囊壳材料多基于疏水性聚合物或胶体颗粒，导致水溶性化合物无法透过。

为了解决这一问题，研究人员引入了两亲性聚合物共网络（APCNs）作为新型壳材料。这些APCNs基于聚(2-羟乙基丙烯酸酯)与聚二甲基硅氧烷的交联网络，具备优良的机械强度和透水性，能够在干燥和再水合过程中保持结构完整性。合成的APCN微胶囊对亲水性有机化合物透过性良好，但对大分子是不可渗透的，适合用于药物控制释放、催化反应等多种应用。相关研究以“Microfluidically Produced Microcapsules with Amphiphilic Polymer Conetwork Shells”为题目发表于期刊《Advanced Materials Technologies》。

本文要点：

1、本研究采用微流控双重乳化法制备了一种新型微胶囊，其壳层材料为基于聚（2-羟乙基丙烯酸酯）和聚二甲基硅氧烷（PHEA-l-PDMS）的两亲性聚合物共网络（APCNs）。

2、这些APCN是机械坚固的硅水凝胶，可膨胀且可透水，并且在干燥或膨胀时柔软且有弹性。

3、合成的微胶囊可以多次干燥和再水合，或在高盐溶液中收缩而不受损。

4、APCNs对亲水性有机化合物是可渗透的，但对大分子则不可渗透，这使得它们在微流控形成过程中可以装载大分子或纳米颗粒，并在合成后负载有机分子。

5、这些微胶囊可以作为微反应器，负载具有催化活性的铂纳米颗粒用于分解过氧化氢。

6、此外，APCN微胶囊表面可以被选择性功能化，有望应用于药物控制释放、合成微反应器或合成细胞的支架。

微胶囊的制备过程主要包括以下几个步骤：

1、微流控装置的搭建：使用一个灵感来源于乐高积木的玻璃毛细管微流控设备，该设备由两个塑料块组成，内部装有两支圆玻璃毛细管，这些毛细管被外圆毛细管同心包围。

2、相材料的准备：

内相：通常为水相，可以包含要被包载的物质，如荧光标记的分子或铂纳米粒子（PtNPs）。
中间相：含有用于形成微胶囊壁的单体和交联剂，例如2-（三甲基硅氧基）乙基丙烯酸酯（TMS-HEA）和α,ω-甲基丙烯酰氧基封端的聚二甲基硅氧烷（MA-PDMS-MA），以及光引发剂，这些成分溶解在不与水混溶的有机溶剂中，如甲苯。
外相：含有水溶性聚合物，如聚乙烯醇（PVA），作为连续相以帮助形成双乳液。

3、双乳液的形成：通过微流控装置，将内相、中间相和外相以特定的流速泵入装置中，形成水包油包水（W/O/W）型双乳液。

4、微胶囊壁的形成：将形成的双乳液收集到一个玻璃瓶中，并通过紫外线（UV）照射引发中间相中的单体和交联剂发生自由基聚合反应，形成初步的微胶囊壁。

5、后处理：将形成的微胶囊转移到含有异丙醇和水的混合溶液中，以去除保护基团（如TMS基团），从而得到最终的PHEA-l-PDMS APCN微胶囊。

6、清洗和纯化：通过离心和再悬浮的过程，去除微胶囊表面的PVA和未反应的单体或交联剂，得到纯净的微胶囊。

7、功能化（如有必要）：微胶囊的表面可以进一步通过化学反应进行功能化，例如引入基于胆固醇的连接体，以实现特定的应用需求。

整个制备过程需要精确控制毛细管的直径、间距、流速以及反应条件，以确保微胶囊的质量和一致性。通过这种微流控技术，可以制备出具有特定尺寸和壁厚的微胶囊，为药物递送、化学反应器和其他应用提供了一个强大的平台。

使用APCNs作为微胶囊的壳材料具有以下优势：

1、机械性能优异，可以多次干燥和重新水合而不会损坏。APCNs是弹性材料，即使在干燥状态下也具有良好的柔韧性。

2、对小分子具有良好的渗透性，但对大分子和胶体具有阻隔作用。这使得APCNs微胶囊可以选择性地控制物质的进出。

3、APCNs的光学透明性使得微胶囊可以用于需要光学特性的应用，如光学传感器或作为微透镜等。

4、表面可以选择性地进行功能化修饰，如通过引入PEG-胆固醇基团来修饰外表面，为进一步的应用提供了可能性。

5、可以作为微反应器，将催化性纳米颗粒封装其中，利用其选择性渗透性进行反应控制。