昆士兰大学乔瑞瑞团队：开发用于微流控液滴生成的功能性含氟聚合物表面活性剂-北京永康乐业科技发展有限公司

含氟表面活性剂在液滴微流控中发挥着重要作用，能够快速产生均匀的液滴，这对于各种应用至关重要。然而，市售含氟表面活性剂价格昂贵，并且具有复杂的化学结构，限制了它们赋予液滴所需功能的潜力。

近期，澳大利亚昆士兰大学乔瑞瑞团队利用可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合技术合成了多种功能性氟化表面活性剂，以实现液滴生成的可调控性，并探讨了其在原位生成离子交换树脂中的应用潜力。相关研究以“Functional Fluoropolymer Surfactants for Droplet Generation in Microfluidics”为题目发表于期刊《ACS Applied Polymer Materials》。

本文要点：

1、本研究探讨了含氟表面活性剂在基于液滴的微流体技术中的应用，旨在快速生成均匀液滴，以满足多种应用需求。

2、采用可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合策略，合成了多种功能性含氟表面活性剂，包括亲水性聚（2-羟基乙基丙烯酸酯）、热响应性聚（N-异丙基丙烯酰胺）、pH响应性聚（2-（二甲氨基）乙基丙烯酸酯）和两性离子聚合物。

3、此外，研究还展示了这些表面活性剂在原位光聚合生成离子交换树脂中的应用，能够精确控制树脂的尺寸。

4、这项工作为设计和合成功能性氟化表面活性剂提供了新策略，促进了离子交换树脂的开发，以实现潜在的高价值应用。

氟化表面活性剂在微流体技术中的优势主要包括：

1、低表面张力：氟化表面活性剂具有极低的表面张力，有助于快速生成均匀的液滴，这对于许多应用至关重要。

2、化学惰性：它们在多种化学环境中表现出良好的稳定性，能够在苛刻条件下保持性能。

3、溶解氧的能力：氟化油能够有效溶解氧，这在组织培养等生物医学应用中非常重要。

4、优异的相容性：氟化表面活性剂与氟化油的良好相容性使得液滴的控制和操作更加精确。

5、功能多样性：通过可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合等方法，可以合成多种功能性氟化表面活性剂，扩展了其应用范围。

6、精确控制：可以通过调节氟化表面活性剂的分子结构和聚合度，实现对液滴尺寸和稳定性的精确控制。

RAFT聚合是一种灵活且高效的聚合方法，能够精确控制聚合物的分子量和分散度。其在合成功能性氟化表面活性剂中的贡献主要体现在以下几个方面：

1、分子量和分散度的精确控制：RAFT聚合能够对聚合物的分子量和分散度进行精确调节，从而获得所需的表面活性剂特性。

2、多样化单体的使用：该方法能够兼容多种单体，合成不同功能的氟化表面活性剂，如热响应性、pH响应性和两性离子聚合物。

3、链端修饰：RAFT聚合可以通过链端修饰引入不同的功能基团，进一步增强表面活性剂的功能性。

4、成本效益：与商业氟化表面活性剂相比，RAFT聚合合成的氟化表面活性剂通常具有更好的生物相容性和液滴稳定性，同时成本更低。

图1.（a）聚（HEA）₄-BTPA-PFPE的合成路线。（b）纯化的聚（HEA）₄-BTPA-PFPE的¹H NMR和（c）¹⁹F NMR光谱。这两个光谱都是在CDCl₃中测量的。

图2.（a）P4液滴在0、24和48h时的光学显微镜图像。（b）P4在不同时间点的液滴尺寸分布。（c）PFPE-CH₂OH（红色方块）和聚（HEA）_n-BTPA-PFPE表面活性剂（黑色圆圈）的HLB值、氟含量（wt%）和液滴稳定性之间的关系（n=2-10）。（d）P4在PBS缓冲液中使用四种不同尺寸的微流控通道产生的液滴，宽度×高度=50×50μm（左上）、100×100μm（右上）、150×150μm（左下）和200×200μm（右下）。比例尺=100μm。时间=0h。（e）使用不同直径的微通道产生的P4液滴尺寸分布。