【微胶囊案例】液滴微流控制备尺寸可控、高单分散GMA/ETPTA微胶囊

具有核壳结构的微胶囊允许将各种活性材料封装在核内，以隔离、固定、稳定和保护核心活性成分免受周围环境的影响。同时可作为控释系统以输送药物、香料、气味、催化剂等，应用于几乎所有工业领域，从制药行业、农用化学品、食品行业、化妆品行业到纺织品行业等。

微胶囊通常需要固化，才能具有良好的稳定性，能够保护芯材不受外界环境的影响，并在需要时释放芯材。微胶囊常见的固化方式包括溶剂挥发或沉淀（用于PLGA胶囊）、离子交联（用于海藻酸盐胶囊）或化学交联（用于壳聚糖胶囊）、热或光引发聚合等。光引发聚合（光固化）是最普遍的方法之一，因为它的响应时间快，可以在几秒钟内引发聚合，可以精确控制固化区域，减少对周围环境的影响。

微胶囊的制备方法通常有乳液聚合、层层组装、相分离、溶胶凝胶封装、喷雾干燥等方法[1-3]。这些方法通常涉及复杂的工艺和设备，并且在控制微胶囊尺寸和实现单分散性方面面临局限性。

ü与传统方法不同，微流控技术可实现对微尺度流体的精确操控，利用该技术可以制备高度单分散、尺寸和结构高度可控的微液滴。我们基于液滴微流控技术，提供一种微液滴紫外光固化装置，利用光固化微胶囊制备套装，为制备尺寸可控且直径和外壳均一的微胶囊提供解决方案，满足人们对药物、自修复材料、催化剂、染料、相变材料等活性成分的封装。

1）实验材料

内相：3%（wt/wt %）PVA（Mw=67,000）水溶液+0.2% 蓝色染料台盼蓝；

中间相：采用甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（ETPTA）和 十二醇的三元混合物，其中含有 1 wt% 2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙酮和1 wt% Span 80； GMA、ETPTA和十二醇醇的混合比例设置为重量比27:41:30。

外相：5%（wt/wt %）PVA（Mw=67,000）水溶液；

收集液：同连续相；

2）实验仪器

芯片：DUAL型号3D共轴毛细管液滴微流控芯片

液滴微流控工作站：DMF-3G

1）微液滴的制备

• 将一定量的内相、中间相、外相溶液分别抽取到10毫升规格的注射器中，并将其固定在液滴微流控工作站（DMF-3G）的注射泵上。

• 使用特氟龙（PTFE）导管，一端通过鲁尔接头与各注射器连接，确保连接牢固无泄漏。另一端通过倒锥接头与微流控芯片（DUAL芯片）进液口连接。

• 将特氟龙导管通过倒锥接头与芯片的收集口连接，作为收集管使用，以便收集生成的乳液液滴。

• 取适量收集相至收集瓶中，并确保收集管的出液端浸没在收集相中，以便液滴能够顺利进入收集相。

• 在工作站上设定各相相的流速。首先启动外相溶液，确保通道完全充满。

• 外相稳定后，启动中间相溶液，形成单乳液液滴。

• 单乳液液滴形成稳定后，再开启内相溶液。

• 通过调节三相溶液的流速，控制双乳液液滴的尺寸和内核数量。

• 收集到的液滴可用于后续分析和处理，例如测量粒径分布和固化。

2）微液滴的紫外（UV）固化

微液滴由出口处流出，在外界给予强度为1000 mW/cm² 紫外光照射（1 cm 照射距离），使其光交联。最后，获得直径和外壳均一的高度单分散微胶囊。

图1. 在DUAL液滴微流控芯片中双乳液液滴的实时生成，内、中、外相的流速分别为12、20、50 μl/min。在内相中添加蓝色染料以增加对比度。图中比例尺为200 μm。

图2. 紫外光照射之前（左）和照射后（右）GMA/ETPTA双乳液液滴的光学显微镜图，比例尺为200 μm。

前沿拓展

由液体核心和致密固体膜组成的致密的膜不允许材料扩散通过它，从而将微胶囊的内部与周围环境完全隔离，这种不渗透膜可用于自修复剂和显示颜料的微囊化[4-6]。致密膜可以进一步功能化，仅在特定环境下降解或破裂[7-11]。这种智能半渗透性微胶囊具有高机械稳定性和耐化学性，以及可控的渗透性和高封装效率，提供了一种多功能技术，具有在环境监测、碳捕获、控制释放系统和生物修复等多个环境应用中的潜力。

应用前景：

碳捕获：使用半透性微胶囊可以填充液态溶剂，如碳酸钠，允许与周围环境交换CO₂和H₂O[6]。

控制释放系统：可以用来保护并逐渐释放催化剂或营养物质，这在各种环境修复过程中都是有益的。

微吸湿器：利用微胶囊封装液体干燥剂，例如CaCl₂和LiCl，可作为除湿用的微吸收器[12]。

[1] Wang, Y.; Angelatos, A.S.; Caruso, F. Template Synthesis of Nanostructured Materials via Layer-by-Layer Assembly. Chem. Mater. 2008, 20, 848–858.

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