[发明专利]一种用于固体内核包裹的毛细管微流控装置及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于双重乳液技术领域，具体涉及的是一种为解决当前乳液制备技术包覆固体内核可控性差、适应性窄的问题而设计的具有毛细管组装结构和共轴聚焦式微通道特征的微流控装置。

背景技术

双重乳液是一种液滴嵌套结构的多相体系，通过分散相外液滴包裹着更小内液滴，两相流体就构成了核壳微结构。由于核壳微结构可以有效保护内液滴不同外部环境发生物理、化学等反应，所以被广泛用于药物输运、化学隔离、生物模板、细胞培养及为反应器等领域。

目前双重乳液的制备方法已经很完善，通过使用不同的方法，可以进行大批量的乳液生产或者进行单分散双重乳液制备。常用的双重乳液的制备方法有3种，包括：整体多步乳化法、多步膜乳化法和微流控乳化法。

多步膜乳化法是通过对分散相液体加压，使其在受压多孔膜时发生乳化，这种方法只能用于制得三相均为液相型双重乳液。整体多步乳化法通过机械搅拌，不仅可以制得三相均为液相型双重乳液，还能通过将内相流体替换固体球，制备三相分别为固-液-液的双重乳液。这种方法能够实现大批量双重乳液连续生产，然而由于搅拌中剪切力不均匀，所以对于双重乳液结构和单分散性控制很不理想。

为了提高双重乳液的单分散性，并实现更复杂的双重乳液制备，性能优异的微流控乳化法被运用在乳液制备中。通过对微通道中多相流体的剪切，实现“一步法”制备双重乳液，从而制得结构、尺寸符合要求的双重乳液。目前，微流控法的运用主要还是针对液相流体，针对固体内核的包裹还有待开发。为此，迫切需要开发既能实现对固体内核的包裹，同时生成的双重乳液有具有较好的结构可控性和多工况适用性的针对固体内核包裹的双重乳液制备方法。

由于微流控乳化法制备的乳液结构可控且形貌优秀，因此，本发明吸纳微流控乳化法的思想，将不同毛细管组装，构成共轴聚焦式微通道，从而实现对固体内核的稳定、高效的包裹。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种用于固体内核包裹的具有毛细管组装结构和共轴聚焦式微通道特征的微流控装置。该装置能够有效实现固体内核的包裹，同时还能对固体内核的数目进行控制，以获取不同结构特征的双重乳液。

技术方案

为解决传统固体球包裹技术存在的上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于固体内核包裹的毛细管微流控装置，包括内相毛细管以及外相毛细管，所述内相毛细管构成内相微通道，其特征在于：还包括一连接毛细管，所述内相毛细管和所述外相毛细管从所述连接毛细管的两侧插入并间隔开构成乳化区，所述乳化区的长度为n，0.5d₂<n<1.5d₂，d₂为内相毛细管的外径，乳化区内的内相毛细管和外相毛细管的端部均为锥形，锥度为k，其中15°<k<60°，在所述外相毛细管与连接毛细管之间形成有出口位于所述乳化区的外相微通道，所述内相毛细管内径d₁与所述外相毛细管内径D₁的关系为：d₁=D₁-h，其中，h=100-300μm。

所述连接毛细管为方管，内相毛细管的外径d₂与方管的内方孔的边长l之间的关系为：d₂=l-m，其中，m=5-35μm。

所述内相毛细管、外相毛细管以及连接毛细管通过点胶针头整体连接后固定在一载玻片上。

在所述内相毛细管的输入端连接有一内相注射泵，在所述外相微通道的入口连接有一外相注射泵，在所述外相毛细管的出口连接有一乳液收集器。

所述内相毛细管、外相毛细管和连接毛细管均为玻璃毛细管。

所述外相毛细管内径D₁（流体通道）沿乳化区向流体出口方向渐扩的锥形，锥度为q，其中5°<q<30°。

一种采用上述任一所述的毛细管微流控装置制备微球的方法，其特征在于：将包含有固体球的内相液通过内相注射泵注入内相毛细管，将外相液通过外相注射泵注入外相微通道，并调节各外相液和内相液的流量，实现固体球的单包裹以及多包裹。