以蠶絲油為分散相、卡波姆水凝膠為連續(xù)相,設(shè)計(jì)玻璃管微流控器件,制備液滴尺寸均一可控的液滴懸浮液�？ú匪z的流變測(cè)試表明其具有剪切變稀的性質(zhì)。在沒有剪切力的情況下,卡波姆水凝膠黏度較大,可以穩(wěn)定懸浮液滴;在微流控器件中高速剪切下,卡波姆水凝膠黏度變小,可以流動(dòng)并乳化油相。通過(guò)改變內(nèi)相蠶絲油的流速和外相卡波姆水凝膠的流速,可以調(diào)節(jié)液滴懸浮液中液滴的大小和油水的比例;通過(guò)微流控器件的平行放大設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)液滴懸浮液的連續(xù)和批量生產(chǎn)。微流控技術(shù)精確控制乳化過(guò)程并制備液滴懸浮液具有廣闊的應(yīng)用前景。 

【文章來(lái)源】：現(xiàn)代化工. 2020,40(09)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

微流控制備懸浮液滴

為了證實(shí)卡波姆水凝膠剪切變稀的性質(zhì)，通過(guò)流變性能測(cè)試進(jìn)一步驗(yàn)證水凝膠黏度隨剪切頻率和溫度的變化關(guān)系，如圖2(a)、圖2(b)所示。在溫度為25℃、應(yīng)變?yōu)?%的條件下，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)卡波姆水凝膠的黏度隨剪切頻率的升高均表現(xiàn)出明顯的下降，說(shuō)明其具有剪切變稀的性質(zhì)。當(dāng)應(yīng)變?yōu)?%、頻率為10 rad/s時(shí)，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)卡波姆水凝膠的黏度基本不隨溫度變化，表現(xiàn)出很好的溫度穩(wěn)定性。液滴懸浮液的制備充分利用了卡波姆水凝膠剪切變稀的性質(zhì)。在微流控通道的高速剪切下，卡波姆水凝膠黏度降低，快速流動(dòng)，剪切內(nèi)相蠶絲油，將其均勻分散在水凝膠中。當(dāng)不再受剪切作用時(shí)，水凝膠的黏度恢復(fù)。為使液滴固定在三維空間中得到穩(wěn)定的液滴懸浮液，通過(guò)在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)卡波姆水凝膠中注射蠶絲油液滴，靜置觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)卡波姆質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于0.06%時(shí)，液滴可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地懸浮在三維空間中的固定位置，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月仍沒有上浮現(xiàn)象，如圖2(c)、圖2(d)所示。在液滴制備過(guò)程中，內(nèi)相蠶絲油和外相卡波姆水凝膠的流速都會(huì)影響液滴的穩(wěn)定生成;只有在滴流區(qū)域才能得到尺寸均一的液滴，如圖3(a)所示。當(dāng)內(nèi)相蠶絲油流速較小(1 mL/h)時(shí)，外相水凝膠流速在1～21 mL/h范圍內(nèi)均可以克服蠶絲油的表面張力，將內(nèi)相剪切生成一顆顆均勻的液滴，如圖3(b)、圖3(c)所示。但是隨著內(nèi)相蠶絲油的流速增大(4 mL/h)，蠶絲油的慣性力占主導(dǎo)，當(dāng)外相流速為5 mL/h時(shí)，外相的黏滯力無(wú)法及時(shí)將內(nèi)相剪斷，系統(tǒng)處于射流區(qū)域，形成的液滴尺寸不均，如圖3(d)所示。因此，為保證系統(tǒng)處于滴流區(qū)域，當(dāng)內(nèi)相流速增加時(shí)，所需外相水凝膠流速就越大。

在液滴制備過(guò)程中，內(nèi)相蠶絲油和外相卡波姆水凝膠的流速都會(huì)影響液滴的穩(wěn)定生成;只有在滴流區(qū)域才能得到尺寸均一的液滴，如圖3(a)所示。當(dāng)內(nèi)相蠶絲油流速較小(1 mL/h)時(shí)，外相水凝膠流速在1～21 mL/h范圍內(nèi)均可以克服蠶絲油的表面張力，將內(nèi)相剪切生成一顆顆均勻的液滴，如圖3(b)、圖3(c)所示。但是隨著內(nèi)相蠶絲油的流速增大(4 mL/h)，蠶絲油的慣性力占主導(dǎo)，當(dāng)外相流速為5 mL/h時(shí)，外相的黏滯力無(wú)法及時(shí)將內(nèi)相剪斷，系統(tǒng)處于射流區(qū)域，形成的液滴尺寸不均，如圖3(d)所示。因此，為保證系統(tǒng)處于滴流區(qū)域，當(dāng)內(nèi)相流速增加時(shí)，所需外相水凝膠流速就越大。微流控技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于其對(duì)乳化過(guò)程的精準(zhǔn)控制，液滴懸浮液中液滴的尺寸可以通過(guò)內(nèi)相或外相的流速進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖4(a)、圖4(b)所示。當(dāng)外相流速保持不變(10 m L/h)，液滴的尺寸隨內(nèi)相流速的增大而增大;當(dāng)內(nèi)相流速保持不變(1 m L/h)，液滴尺寸隨外相流速的增大而減小。內(nèi)相流速和外相流速的改變也可以調(diào)節(jié)液滴懸浮液中油/水的比例，如圖4(c)、圖4(d)所示。在總流速不變的情況下(10 m L/h)，當(dāng)內(nèi)相流速?gòu)? m L/h減小到0.5 m L/h時(shí)，油/水的比例由1∶9降低至1∶19。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A general strategy for one-step fabrication of biocompatible microcapsules with controlled active release[J]. Zeyong Sun,Chenjing Yang,Max Eggersdorfer,Jiecheng Cui,Yiwei Li,Mingtan Hai,Dong Chen,David A.Weitz.  Chinese Chemical Letters. 2020(01)
[2]Functional delivery vehicle of organic nanoparticles in inorganic crystals[J]. Linlin Kong,Xinyi Jin,Dapeng Hu,Leyun Feng,Dong Chen,Hanying Li.  Chinese Chemical Letters. 2019(12)
[3]Biocompatible microcapsules with a water core templated from single emulsions[J]. Linlin Kong,Esther Amstad,Mingtan Hai,Xinyou Ke,Dong Chen,Chun-Xia Zhao,David A.Weitz.  Chinese Chemical Letters. 2017(09)
[4]Microfluidic technology for multiphase emulsions morphology adjustment and functional materials preparation[J]. Xuehui Ge,Hong Zhao,Tao Wang,Jian Chen,Jianhong Xu,Guangsheng Luo.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(06)



本文編號(hào)：3292997