專利名稱：一種基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水凝膠微球的制備方法，具體涉及一種基于微流控技術(shù)的溫敏性多孔微球的制備方法。
背景技術(shù)：
溫敏性水凝膠是溶脹比在某一溫度會(huì)發(fā)生突變(相變)的一類凝膠，其溶脹比發(fā)生突變時(shí)的溫度被稱為相變溫度。目前用于合成水凝膠微球的技術(shù)主要有選擇溶劑揮發(fā)法、萃取法、微乳液聚合法、輻射沉淀聚合法、高分子稀溶液輻照法等。這些技術(shù)方法可簡(jiǎn)單合成具有相變溫度的水凝 膠微球，但是形成的微球粒徑不均勻。微流控技術(shù)由于具有易操控，且能形成穩(wěn)定均一的液滴，因此成為形成單分散均一液滴/微球的首選技術(shù)。由于該微球具有溫度相變特性，且相變點(diǎn)接近人體溫度，以及收縮比和溫度響應(yīng)時(shí)間可控調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，在藥物可控釋放、細(xì)胞三維培養(yǎng)、細(xì)胞組織工程以及干燥劑等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法。該制備方法通過液滴操控技術(shù)首先在微流控芯片中形成油包水微液滴(w/o)，微液滴在移動(dòng)或者收集過程中聚合形成微球；在水相中添加成孔劑控制形成微球的多孔特性；該微球在不同溫度下具有快速響應(yīng)的溫度響應(yīng)性，當(dāng)溫度高于33度時(shí)，微球收縮體積變小，反之，當(dāng)溫度低于33度，微球膨脹體積變大；該制備技術(shù)具有芯片結(jié)構(gòu)制作簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)，易操作的特點(diǎn)，同時(shí)利用該技術(shù)制備的微球具有粒徑均勻可控，微球表面微孔大小可控，快速響應(yīng)的溫敏特性，潛在應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明具體提供了一種基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于通過微液滴技術(shù)在微流控芯片中首先形成油包水微液滴，微液滴在引發(fā)劑或者紫外光照引發(fā)作用下聚合形成微球；所用油相為氟碳化合物(FC油)或者烴類混合物，水相為溶有異丙基丙烯酰胺單體的水溶液；在水相中加入成孔劑；
該過程均在微流控芯片上完成，所述微流控芯片由上下兩層組成，上層為微流體控制芯片，材料為透明質(zhì)聚合物，下層為用于封接的封接芯片，材料為透明質(zhì)材料，上下兩層通過不可逆封接形成微流控芯片，其中微流體控制芯片由外層油相進(jìn)樣池、單體進(jìn)樣池、引發(fā)劑進(jìn)樣池、微液滴形成及聚合通道和收集池組成，單體進(jìn)樣池和引發(fā)劑進(jìn)樣池通過微流控通道連接在一起，并與微液滴形成及聚合通道連通，與單體進(jìn)樣池和引發(fā)劑進(jìn)樣池位于同一端的外層油相進(jìn)樣池通過微流控通道與微液滴形成及聚合通道連通，最后微液滴形成及聚合通道與位于微流體控制芯片另一端的收集池相連。首先采用軟光刻技術(shù)制備上層微流體控制芯片，將上層PDMS微流體控制芯片與下層基片利用氧等離子不可逆封接在一起。然后對(duì)通道表面進(jìn)行疏水化修飾以能夠形成穩(wěn)定的微液滴。制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球時(shí)，使用外置蠕動(dòng)泵進(jìn)行樣品溶液的外力驅(qū)動(dòng)，水相溶液和引發(fā)劑溶液分別從單體進(jìn)樣池和引發(fā)劑進(jìn)樣池中進(jìn)入微流控通道，調(diào)節(jié)其流速，油相從外層油相進(jìn)樣池中進(jìn)入微流控通道，調(diào)節(jié)其流速，形成的微液滴在微液滴形成及聚合通道中開始聚合成微球，形成的微球從收集池中收集。或者，在制備過程中使用光引發(fā)齊U，并在液滴形成及聚合通道位置應(yīng)用紫外光照的方式，使形成的微液滴聚合成為微球。本發(fā)明提供的基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于所述成孔劑為聚乙二醇、CaCO3、殼聚糖、Na2CO3或者硅顆粒中的一種。在水相溶液中加入成孔劑，形成的微球經(jīng)過水洗過程形成表面多孔結(jié)構(gòu)，表面孔徑的大小通過不同分子量或者不同濃度的成孔劑進(jìn)行可控調(diào)節(jié)。同濃度大分子量成孔劑形成的微孔較大，同分子量高濃度形成的微孔較小但更為密集。本發(fā)明提供的基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在 于水相和油相的驅(qū)動(dòng)力為外置的蠕動(dòng)泵或者注射泵，在微流控芯片上的液體流速為水相
0.05 5 u L/min,油相流速為 0. 05 5 u L/min。本發(fā)明提供的基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于在微流控芯片上的液體流速比為水相油相=1:廣10。本發(fā)明提供的基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于用于制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的微流控芯片，其上層材料為透明質(zhì)聚合物材料，優(yōu)選PDMS、PMMA、PC中的一種，下層材料為透明質(zhì)材料，優(yōu)選玻璃、PDMS、PMMA、PC中的一種。上層微流體控制芯片與下層用于封接的封接芯片之間采用的不可逆封接方式為等離子封接或者膠涂覆封接。本發(fā)明提供的基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于所述的微液滴形成及聚合通道為一根或者平行多根，收集池為一個(gè)或者多個(gè)。本發(fā)明提供的基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于所述微流體控制芯片中，單體進(jìn)樣池2和引發(fā)劑進(jìn)樣池3通過微流控通道連接在一起，并與微液滴形成及聚合通道4連通，外層油相進(jìn)樣池I通過一個(gè)環(huán)形微流控通道與微液滴形成及聚合通道4連通，最后微液滴形成及聚合通道4與位于微流體控制芯片另一端的收集池5相連。本發(fā)明提供的基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于各個(gè)部分由不同尺寸的微流控通道相連在一起，其中單體進(jìn)樣池和引發(fā)劑進(jìn)樣池相連通道的寬度為5(T250微米，外層油相進(jìn)樣池與微液滴形成及聚合通道相連的微通道寬度為100微米 300微米，液滴形成及聚合通道寬度為50微米毫米，其中所有通道高度均為30^200微米高。本發(fā)明提供的基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于水相中溶有的異丙基丙烯酰胺單體為聚N-異丙基丙烯酰胺或其共聚物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于微球的粒徑均勻、大小可控；微球表面具有多孔狀結(jié)構(gòu)，且孔徑大小可控；制得的多孔微球具有溫度響應(yīng)快且溫度響應(yīng)時(shí)間可調(diào)節(jié)，其高于相變溫度的收縮體積比可控；不同特性的溫敏性微球可應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。采用的芯片制作簡(jiǎn)單，容易操作。


圖I用于制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的微流控芯片以及多孔微球示意圖，其中1為外層油相進(jìn)樣池、2為單體進(jìn)樣池、3為引發(fā)劑進(jìn)樣池、4為微液滴形成以及聚合通道、5為收集池、6為多孔微球。圖2基于微流控技術(shù)制備的空白溫敏多孔微球?qū)嵨? 圖3基于微流控技術(shù)制備方法，利用不同分子量聚乙二醇分子形成的多孔微球在不同時(shí)間下(0秒 300秒)實(shí)時(shí)收縮圖片，其中，空白表示單體溶液中未加入任何聚乙二醇分子；不同分子量的聚乙二醇分子與單體中N-異丙基丙烯酰胺的質(zhì)量比均為2:1 ;
圖4基于微流控技術(shù)制備方法，利用不同分子量聚乙二醇分子形成的多孔微球在不同時(shí)間下的收縮曲線；
圖5基于微流控技術(shù)制備方法，利用不同分子量聚乙二醇分子形成的多孔微球表面的掃描電鏡圖片；
圖6基于微流控技術(shù)制備方法，利用不同濃度聚乙二醇10，000分子形成的多孔微球在不同時(shí)間下(0秒 300秒)實(shí)時(shí)收縮圖片，其中，空白表示單體溶液中未加入任何聚乙二醇分子；聚乙二醇10，000分子與單體中N-異丙基丙烯酰胺的質(zhì)量比分別為0. 5:1、1: 1、2:1 ;
圖7基于微流控技術(shù)制備方法，利用不同濃度聚乙二醇10，000分子形成的多孔微球在不同時(shí)間下的收縮曲線；
圖8基于微流控技術(shù)制備方法，利用不同濃度聚乙二醇10，000分子形成的多孔微球表面的掃描電鏡圖片；
圖9基于微流控技術(shù)制備方法，利用不同濃度聚乙二醇1，000分子形成的多孔微球在不同時(shí)間下(0秒 300秒)實(shí)時(shí)收縮圖片，其中，空白表示單體溶液中未加入任何聚乙二醇分子；聚乙二醇1，000分子與單體中N-異丙基丙烯酰胺的質(zhì)量比分別為0. 5:1、1: 1、2:1 ;
圖10基于微流控技術(shù)制備方法，利用不同濃度聚乙二醇1，000分子形成的多孔微球在不同時(shí)間下的收縮曲線；
圖11基于微流控技術(shù)制備方法，利用不同濃度聚乙二醇1，000分子形成的多孔微球表面的掃描電鏡圖片。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明。實(shí)施例I
空白溫敏微球的制備制備所使用的微流控芯片，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，單體進(jìn)樣池2和引發(fā)劑進(jìn)樣池3通過微流控通道連接在一起，并與微液滴形成及聚合通道4連通，外層油相進(jìn)樣池I通過一個(gè)環(huán)形微流控通道與微液滴形成及聚合通道4連通，最后微液滴形成及聚合通道4與位于微流體控制芯片另一端的收集池5相連。首先采用軟光刻技術(shù)制備上層微流控芯片，將上層PDMS微流控芯片與下層基片利用氧等離子不可逆封接在一起。然后對(duì)通道表面進(jìn)行疏水化修飾以能夠形成穩(wěn)定的微液滴。使用外置蠕動(dòng)泵進(jìn)行樣品溶液的外力驅(qū)動(dòng)，單體溶液(不含有任何聚乙二醇分子)和引發(fā)劑溶液分別從單體進(jìn)樣池2和引發(fā)劑進(jìn)樣池3中進(jìn)入微通道，其流速均調(diào)節(jié)為0. L/min，油相(FC-40)從外層油相進(jìn)樣池I中進(jìn)入微通道，其流速調(diào)節(jié)為I U L/min，形成的微液滴在微液滴形成以及聚合通道4中開始聚合成微球，形成的多孔微球6從收集池5中收集至玻璃瓶中儲(chǔ)存；然后取出個(gè)別微球至加熱平臺(tái)中，研究其在不同溫度下的響應(yīng)特性，其結(jié)果如圖3和圖4所示；取出個(gè)別微球，在冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行凍干處理，樣品微球凍干后，在表面鍍金處理后進(jìn)行電鏡掃描表征其表面形貌，其結(jié)果如圖2和圖5所示。實(shí)施例2
制備由聚乙二醇1,000分子，濃度為1:1(聚乙二醇1,000 :N-異丙基丙烯酰胺)形成的多孔溫敏微球的制備，在實(shí)施例I制作的微流控芯片的基礎(chǔ)上進(jìn)行單體溶液中加入聚乙二醇1，000分子，其質(zhì)量為N-異丙基丙烯酰胺的2倍，例如，配置ImL的溶液，其中N-異丙基丙烯酰胺的質(zhì)量為0. 2g,向其中加入0. 4g的聚乙二醇1，000，溶解后作為單體溶液。其中，單體和引發(fā)劑流速均調(diào)節(jié)為0. L/min，油相(FC-40)流速調(diào)節(jié)為I. 2 y L/min，從收集池5中取出合成的微球，然后置于去離子水中浸泡3天，并每隔一段時(shí)間進(jìn)行換水，以除去從微球中溶解而出的聚乙二醇分子，制得的多孔性溫敏微球采取上述同樣的方法進(jìn)行溫敏 特性的考察(如圖9和圖10所示)和電鏡掃描表征(如圖11)。實(shí)施例3
以相同分子量，不同濃度聚乙二醇制備不同的快速響應(yīng)溫敏多孔微球在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，單體溶液中加入3種不同濃度的聚乙二醇10，000分子，其與N-異丙基丙烯酰胺的質(zhì)量比分別為0. 5:1，1: 1，2:1，即配置ImL的溶液時(shí)，其中分別溶解有0. 2g N-異丙基丙烯酰胺，0. lg、0. 2g、0.4g聚乙二醇10，000分子。合成微球時(shí)，將單體和引發(fā)劑濃度調(diào)節(jié)為
0.5u L/min,油相(FC-40)流速調(diào)節(jié)為I y L/min,從收集池4中取出合成的微球后，均置于去離子水中浸泡3天，并進(jìn)行階段換水以除去不同濃度的聚乙二醇分子，對(duì)制得的多孔微球進(jìn)行溫敏性質(zhì)的考察(如圖6和圖7所示)和表面形貌的電鏡掃描(如圖8)。
權(quán)利要求
1.一種基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于通過微液滴技術(shù)在微流控芯片中首先形成油包水微液滴，微液滴在引發(fā)劑或者紫外光照引發(fā)作用下聚合形成微球；所用油相為氟碳化合物或者烴類混合物，水相為溶有異丙基丙烯酰胺單體的水溶液；在水相中加入成孔劑； 該過程均在微流控芯片上完成，所述微流控芯片由上下兩層組成，上層為微流體控制芯片，材料為透明質(zhì)聚合物，下層為用于封接的封接芯片，材料為透明質(zhì)材料，上下兩層通過不可逆封接形成微流控芯片，其中微流體控制芯片由外層油相進(jìn)樣池、單體進(jìn)樣池、引發(fā)劑進(jìn)樣池、微液滴形成及聚合通道和收集池組成，單體進(jìn)樣池和引發(fā)劑進(jìn)樣池通過微流控通道連接在一起，并與微液滴形成及聚合通道連通，與單體進(jìn)樣池和引發(fā)劑進(jìn)樣池位于同一端的外層油相進(jìn)樣池通過微流控通道與微液滴形成及聚合通道連通，最后微液滴形成及聚合通道與位于微流體控制芯片另一端的收集池相連； 制備時(shí)，水相溶液和引發(fā)劑溶液分別從單體進(jìn)樣池和引發(fā)劑進(jìn)樣池中進(jìn)入微流控通道，油相從外層油相進(jìn)樣池中進(jìn)入微流控通道，形成的微液滴在微液滴形成及聚合通道中開始聚合成微球，形成的微球從收集池中收集；或者，在制備過程中使用光引發(fā)劑，并在液滴形成及聚合通道位置應(yīng)用紫外光照的方式，使形成的微液滴聚合成為微球。
2.按照權(quán)利要求I所述基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于所述成孔劑為聚乙二醇、CaCO3、殼聚糖、Na2CO3或者娃顆粒中的一種。
3.按照權(quán)利要求I所述基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于水相和油相的驅(qū)動(dòng)力為外置的蠕動(dòng)泵或者注射泵，在微流控芯片上的液體流速為水相0.05 5 u L/min,油相流速為 0. 05 5 u L/min。
4.按照權(quán)利要求3所述基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于在微流控芯片上的液體流速比為水相油相=1:廣10。
5.按照權(quán)利要求I所述基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于所述透明質(zhì)聚合物為PDMS、PMMA或PC，透明質(zhì)材料為玻璃、PDMS, PMMA或PC。
6.按照權(quán)利要求I所述基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于所述的微液滴形成及聚合通道為一根或者平行多根，收集池為一個(gè)或者多個(gè)。
7.按照權(quán)利要求I所述基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于上層微流體控制芯片與下層用于封接的封接芯片之間采用的不可逆封接方式為等離子封接或者膠涂覆封接。
8.按照權(quán)利要求I所述基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于所述微流體控制芯片中，單體進(jìn)樣池(2 )和引發(fā)劑進(jìn)樣池(3 )通過微流控通道連接在一起，并與微液滴形成及聚合通道(4)連通，外層油相進(jìn)樣池(I)通過一個(gè)環(huán)形微流控通道與微液滴形成及聚合通道(4)連通，最后微液滴形成及聚合通道(4)與位于微流體控制芯片另一端的收集池(5)相連。
9.按照權(quán)利要求8所述基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于各個(gè)部分由不同尺寸的微流控通道相連在一起，其中單體進(jìn)樣池(2)和引發(fā)劑進(jìn)樣池(3)相連通道的寬度為5(T250微米，外層油相進(jìn)樣池(I)與微液滴形成及聚合通道(4)相連的微通道寬度為100微米 300微米，液滴形成及聚合通道(4)寬度為50微米毫米，其中所有通道高度均為3(T200微米高。
10.按照權(quán)利要求I所述基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法，其特征在于水相中溶有的聚合物單體為N-異丙基丙烯酰胺或其共聚物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于微流控技術(shù)制備快速響應(yīng)溫敏多孔微球的方法。所使用的微流控芯片主要由上層帶有微通道的聚合物或者玻璃芯片與下層封接基片組成；該制備方法通過液滴操控技術(shù)首先在微流控芯片中形成油包水微液滴(w/o)，微液滴在移動(dòng)或者收集過程中聚合形成微球；在水相中添加成孔劑聚乙二醇控制微球的不同多孔形貌，從而具有不同的溫度響應(yīng)特性。該技術(shù)制備技術(shù)具有芯片結(jié)構(gòu)制作簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)，易操作，同時(shí)利用該技術(shù)制備的微球具有粒徑均勻可控，微球表面微孔大小可控，快速響應(yīng)的溫敏特性，潛在應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08J9/26GK102757517SQ20111010838
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者姜雷, 秦建華, 黃術(shù)強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所