CN101279232A - 基于微流体的微球制备方法 - Google Patents

Abstract

基于微流体的微球制备方法采用微流体通道系统使胶体溶液或前聚体溶液在流动相中形成液滴，基于液滴模板形成用于生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选载体的聚合物微球，其步骤为：微流体通道的制备：采用微加工技术建立微流体通道网络，或者选择针头、聚合物管、三通连接出一个T形通道，该通道有2个入口，分别为分散相入口和连续相入口，有1个出口；液滴模板的制备：将分散相和连续相两相溶液分别装入针筒，连接各自的入口，用数字控制注射泵控制两相溶液流速，从出口得到均匀稳定的液滴模板；微球的制备：将液滴模板干燥固化，去除表面或内部的杂质，得到符合生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选载体要求的聚合物微球。

Description

基于微流体的微球制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种基于微流体的微球制备方法。该制备方法通过借助连续相液体对分散相液体的剪切力、表面张力等作用形成液滴，再通过固化干燥，形成符合生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选等载体要求的聚合物微球。

背景技术

随着生物医学技术的不断发展，以微球为载体的液相芯片技术在生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选中得到了越来越多的运用。相对于其他形式的固相载体，微球具有显著的优势：第一，微球的比表面积大，能够增加有效反应表面积与体积之比，因此可以使表面的化学反应在更小的体积内进行；第二，采用微球作为载体可以利用一些其他辅助手段如搅拌、液体冲刷等实现一种介于固-液反应和液-液反应之间的反应体系，从而加快体系的反应速度；第三，微球表面结合的分子在反应完成之后可以方便的从溶液中分离出来；第四，随着微球表面功能化基团的改变，可以扩展微球的用途。

目前，多功能、高性能聚合物微球的制备一直是国内外研究的一个热点，并且已经渗入到众多相关学科的研究中。常用的聚合物微球制备方法有乳液聚合法、分散聚合法、种子聚合法、悬浮聚合法和微悬浮聚合法等，但是这种方法制备的微球粒径在纳米和亚微米范围，并且将某种颗粒包被在聚合物中的难度很大。而制备几百个微米到几个毫米粒径聚合物微球的方法有喷雾干燥法和模板法等，但是都存在粒径不均匀以及制作设备要求高，制作成本高等问题。微流控技术是指采用微细加工技术，在一块几平方厘米的芯片上制作出微通道网络结构，把实验室大型设备集成在尽可能小的操作平台上，用以完成不同的实验过程，并能对产物进行分析的技术。它不仅使试剂的消耗降低，而且使实验速度提高，费用降低，充分体现了当今实验室设备微型化、集成化和便携化的发展趋势。因此，开发基于微流控技术的微球制备方法将简化实验步骤，缩小实验设备，精确控制结果，实现微球的大量制备。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于微流体的微球制备方法，该方法制备成本低，便于集成与微型化，制备的微球单分散性好，可重复性好。

技术方案：本发明通过借助连续相液体对分散相液体的剪切力、表面张力等作用形成液滴模板，再通过固化干燥，形成符合生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选等载体要求的聚合物微球。

本发明基于微流体的微球制备方法采用微流体通道系统使乳液或前聚体溶液在流动相中形成液滴，基于液滴模板形成用于生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选等载体的聚合物微球，具体制备方法包括以下步骤：

1)微流体通道的制备：采用微加工技术建立微流体通道网络，或者选择针头、聚合物管、三通连接出一个T形通道，该通道有2个入口，分别为分散相入口和连续相入口，有1个出口；

3)液滴模板的制备：将分散相和连续相两相溶液分别装入针筒，连接各自的入口，用数字控制注射泵控制两相溶液流速，从出口得到均匀稳定的液滴模板；

3)微球的制备：将液滴模板干燥固化，去除表面或内部的杂质，得到符合生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选载体要求的聚合物微球。

所述的微流体通道网络采用硅、或玻璃、或聚甲基丙烯酸甲酯、或聚二甲基硅氧烷微流体芯片制作。

所述的聚合物管为聚四氟乙烯Teflon、或聚醚醚酮Peek或聚氯乙烯管。

所述的液滴模板选用油相为连续相，水相为分散相制备油包水的液滴模板，或者选用水相为连续相，油相为分散相制备水包油的液滴模板；油相选择硅油、石蜡油、甲苯、二氯己烷中的一种，水相选择水或酒精。

所述的胶体溶液是二氧化硅胶体粒子溶液、或二氧化钛胶体粒子溶液、或聚苯乙烯类聚合物胶体粒子溶液中的一种；前聚体溶液为乙烯类聚合物溶液，或正硅酸乙酯溶液，或肽酸正四丁酯溶液中的一种。

微球的直径可控，通过增加分散相流速或减小连续相流速可使微球直径增大，减小分散相流速或增加连续相流速可使微球直径减小。

有益效果：根据本发明，利用微流体通道制备微球具有以下优点：

1)制备成本低：只要制作一个微流体系统即可实现一系列微球的制备。

2)便于集成与微型化：由于微流体通道的尺寸在几个立方厘米，如果加上微泵注射，那么整个装置将是十分微小的。

3)液体需要量小：由于微通道是微米级或者毫米级的，因此可以实现μl/min的流速，减少了液体的浪费。

4)制备的微球种类多：通过改变出口管或分散相出口针头的内径可制备不同尺寸范围的微球，通过使用不同的分散相可制备不同材料的微球。

5)制备的微球单分散性好：由于液滴是通过两相溶液的作用力产生，而两相溶液在通道内都很稳定，所以产生了直径均一的液滴，干燥固化后既得到单分散性好的微球。

6)可重复性好：由于微球的大小与装置的材料特性无关，所以只要两相液体与前期实验相同就可重复实验结果。

7)经过相应的固化处理后，微球的结构稳定，能够较好的满足作为生物载体的使用要求。

附图说明

图1为本发明微流体通道示意图，图中标注有：连续相入口11，分散相入口12，出口13，针孔14。

图2为本发明汇聚剪切微流体通道示意图，图中标注有：连续相通道21，分散相通道22，T形通道接口23，收集杯24。

具体实施方式

我们设计了一种微流体通道系统(如图1)。采用微加工技术建立微流体通道网络系统(包括硅、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷微流体芯片)或者选择针头、聚合物管(如Teflon、Peek、聚氯乙烯)、三通(如Peek、不锈钢)等连接出一个T形通道系统，该系统有2个入口，分别为分散相入口和连续相入口，有1个出口。该微流体通道网络通过水相与油相之间的剪切力、表面张力等作用，最终形成了单分散的水包油或油包水的液滴模板。

采用微流体通道系统使胶体溶液或前聚体溶液在流动相中形成液滴，基于液滴模板形成用于生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选载体的聚合物微球，具体制备方法包括以下步骤：

微流体通道的制备：采用微加工技术建立微流体通道网络，或者选择针头、聚合物管、三通连接出一个T形通道，该通道有2个入口，分别为分散相入口11和连续相入口12，有1个出口13；

液滴模板的制备：将分散相和连续相两相溶液分别装入针筒，连接各自的入口，用数字控制注射泵控制两相溶液流速，从出口13得到均匀稳定的液滴模板；

微球的制备：将液滴模板干燥固化，去除表面或内部的杂质，得到符合生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选载体要求的聚合物微球。

所述的液滴模板选用油相为连续相，水相为分散相制备油包水的液滴模板，或者选用水相为连续相，油相为分散相制备水包油的液滴模板；油相选择硅油、石蜡油、甲苯、二氯己烷中的一种，水相选择水或酒精。所述的胶体溶液是二氧化硅胶体粒子溶液、或二氧化钛胶体粒子溶液、或聚苯乙烯类聚合物胶体粒子溶液中的一种；前聚体溶液为乙烯类聚合物溶液，或正硅酸乙酯溶液，或肽酸正四丁酯溶液中的一种。收集出口液滴模板，经过干燥固化，去除表面或内部的杂质得到用于载体的微球。

调节两相的流速和分散相的浓度就可以得到不同直径微球，使用不同的分散相就可以得到不同材料的微球。

本发明是一种基于微流体的微球制备技术，通道有两种制作方法：一是采用微加工技术建立微流体通道系统(包括硅、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷微流体芯片)；二是选择针头、聚合物管(如Teflon、Peek、聚氯乙烯)、三通(如Peek、不锈钢)等连接出一个T形通道系统。制备的微球主要有两种结构：一是完全高聚物微球，二是由基本的粒子组装成的微球。

使微球直径增大的方法有：①增加分散相流速；②减小连续相流速。

使微球直径减小的方法有：①减小分散相流速；②增加连续相流速。

实施例一：聚苯乙烯微球的制备

1.通道的制备：

①.选用三根长度为10cm内径为500μm的Teflon管分别作为连续相，分散相和出口的通道。其中连续相管道的一端插入一个6号针头作为聚乙烯醇水溶液的入口；分散相的一端插入一个6号针头作为聚苯乙烯溶液的入口，另一端插入一个60μm内径150μm外径的针头作为聚苯乙烯溶液的出口。

②.用内径500μm的Peek三通连接以上三个Teflon管，其中分散相通道的出口针头位于出口管的中心轴线上，连续相通道与其他两通道垂直。

2.液滴模板的制备：

①.将聚苯乙烯固体以1％的浓度溶解在二氯乙烷和苯的混合溶剂中，二氯乙烷和苯的混合比例为1∶1；聚乙烯醇(PVA)溶于500ml超纯水当中，形成10％PVA溶液；

②.将PS溶液，PVA溶液分别装入针筒，装载在数字控制注射泵上，两相的针筒分别连接分散相和连续相管道的入口；

③.调节PS溶液的流速为5μl/min，PVA溶液的流速为100μl/min；

④.当出口管形成稳定的液滴模板时，用装有PVA溶液的收集杯收集液滴模板；

3.聚苯乙烯微球的制备

①.接收到一定数目的液滴模板之后，将收集杯置于旋转蒸发仪，设置温度为60℃，转速为40rpm，开始旋转；

②.待PS溶液的溶剂完全蒸发，取出微球，清洗去表面的PVA溶液，60℃烘干即可得到直径为50μm的聚苯乙烯微球。

实施例二：二氧化硅胶体晶体微球的制备

1.通道的制备：

①.用三根长度为10cm内径为500μm的Teflon管分别作为连续相，分散相和出口的通道。其中连续相管道的一端插入一个6号针头作为聚乙烯醇水溶液的入口；分散相的一端插入一个6号针头作为聚苯乙烯溶液的入口，另一端插入一个110μm内径300μm外径的针头作为聚苯乙烯溶液的出口。

②.用内径500μm的Peek三通连接以上三个Teflon管，其中分散相通道的出口针头位于出口管的中心轴线上，连续相通道与其他两通道垂直。

2.液滴模板的制备：

①.将0.15g的200nm二氧化硅粒子分散到1ml的超纯水当中；

②.将二氧化硅溶液和硅油溶液分别装入针筒，装载在数字控制注射泵上，两相的针筒分别连接分散相和连续相管道的入口；

③.调节二氧化硅溶液的流速为10μl/min，硅油溶液的流速为50μl/min；

④.当出口管形成稳定的液滴模板时，用装有硅油溶液的收集杯收集液滴模板；

3.胶体晶体微球的制备

①.接收到一定数目的液滴模板之后，将收集杯置于60℃烘箱中12小时；

②.当液滴模板干燥形成微球后，用正己烷将微球从硅油中洗出；

③.将所得到的微球置于700℃的烘箱中两小时，即可得到机械强度和光谱都很好的300μm胶体晶体微球。

Claims (6)

1.一种基于微流体的微球制备方法，其特征在于：采用微流体通道系统使胶体溶液或前聚体溶液在流动相中形成液滴，基于液滴模板形成用于生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选载体的聚合物微球，具体制备方法包括以下步骤：

1)微流体通道的制备：采用微加工技术建立微流体通道网络，或者选择针头、聚合物管、三通连接出一个T形通道，该通道有2个入口，分别为分散相入口(11)和连续相入口(12)，有1个出口(13)；

2)液滴模板的制备：将分散相和连续相两相溶液分别装入针筒，连接各自的入口，用数字控制注射泵控制两相溶液流速，从出口(13)得到均匀稳定的液滴模板；

3)微球的制备：将液滴模板干燥固化，去除表面或内部的杂质，得到符合生物分析以及蛋白质、基因、药物筛选载体要求的聚合物微球。

2.根据权利要求1所述的基于微流体的微球制备方法，其特征在于所述的微流体通道网络采用硅、或玻璃、或聚甲基丙烯酸甲酯、或聚二甲基硅氧烷微流体芯片制作。

3.根据权利要求1所述的基于微流体的微球制备方法，其特征在于所述的聚合物管为聚四氟乙烯Teflon、或聚醚醚酮Peek或聚氯乙烯管。

4.根据权利要求1所述的基于微流体的微球制备方法，其特征在于所述的液滴模板选用油相为连续相，水相为分散相制备油包水的液滴模板，或者选用水相为连续相，油相为分散相制备水包油的液滴模板；油相选择硅油、石蜡油、甲苯、二氯己烷中的一种，水相选择水或酒精。

5.根据权利要求1所述的基于微流体的微球制备方法，其特征在于所述的胶体溶液是二氧化硅胶体粒子溶液、或二氧化钛胶体粒子溶液、或聚苯乙烯类聚合物胶体粒子溶液中的一种；前聚体溶液为乙烯类聚合物溶液，或正硅酸乙酯溶液，或肽酸正四丁酯溶液中的一种。

6.根据权利要求1所述的基于微流体的微球制备方法，其特征在于微球的直径可控，通过增加分散相流速或减小连续相流速可使微球直径增大，减小分散相流速或增加连续相流速可使微球直径减小。

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