[发明专利]一种制备微颗粒的方法

说明书

本发明公开了一种用于制备微颗粒的方法，其包括：向由微流控芯片的上子芯片的表面上的微孔与其下子芯片的表面上的微孔相互重叠而形成的流体通道注入用于制备所述微颗粒的物质的溶液；将所述上子芯片相对于所述下子芯片移动，使得所述上子芯片的表面上的微孔不再与所述下子芯片的表面上的微孔相互重叠；将所述上子芯片和/或所述下子芯片的表面上的微孔中的溶液从液态转化为非液态，形成所述微颗粒。也公开了用于制备至少包括两层的微颗粒的方法以及通过生物或化学反应制备微颗粒的方法。这些方法具有操作和控制相对简单、可制备多种形状和尺寸微颗粒、可制备多层微颗粒、可适用于多种原材料等优点。

技术领域

本发明涉及生物、化学、医学分析等领域，更具体地，涉及利用微流控芯片制备微颗粒的方法。

背景技术

微颗粒(micro-particle)在生物、医学、工程等方面都有非常广泛的潜在应用，例如光学材料、MEMS、生物材料和自组装等。可控地制备不同大小和形状的微颗粒有着重要的科研和应用意义。现在的合成微颗粒的主要方法有批量生产(batch process)或者使用微流控方法，但他们在材料、形状及复合颗粒等方面都存在这很大的局限。

传统的单分散法(mono dispersion)使用于制备单一大小的球状微颗粒，并且已经可以用于进行工业化的大规模制备。但这种方法并不适用于制备非球形(例如方形，柱形，三角形，椭圆形等)的微颗粒。近年来，作为一种新的尝试，研究人员已开始将微流控(microfluidic)方法用于制备各种微颗粒。微流控指的是通过微流体管道、微孔及微腔室等对微体积的流体(例如微升μL、纳升nL、皮升pL以至于亚皮升)进行操作的一种技术。它可以通过控制芯片的表面性质、流体性质、外界环境(如压力、温度、湿度及光线等)达到对微流体的处理。

将微流控芯片用于制备微颗粒的方法主要分为以下几种(综述文章Micromachines 2017,8,255)：1)其一，将所需要固化制作微颗粒的液体材料和与其不相混溶的有机相注射到微流控芯片的流体通道(例如T型通道或者液滴生成的十字形通道(flowfocusing)通道中)。制作微颗粒的液体可以被有机相隔断产生所需要大小的液滴，再使用外部紫外光照射引发液滴内化学物质的光化学反应，从而固化成微颗粒(AngewandteChemie-International Edition,2010,49，87-90)；2)其二，将包含反应单体的液体注入到微流控芯片的流体通道中，将有设计形状的掩模放置在流体通道的底端，从底端使用紫外光进行照射。紫外光可以通过掩模上透明的部分，引发液态的单体的化学反应而固化成微颗粒(Nature Materials,2006,5,365-369)。然而，以上利用微流控芯片来制备微颗粒的方法仍然存在一些不足之处：1)较为复杂，一般均需要精密的流体控制及光学设备；2)难以用于制备不同大小及特定形状的微颗粒；3)仅适用于利用光引发的反应来合成微颗粒，不适用于其他材料(例如水凝胶hydrogel等或其他生物化学材料)；4)不易实现多层的微颗粒合成。

有鉴于此，本领域的技术人员致力于开发一种新型的利用微流控芯片来制备微颗粒的方法，该方法可以利用多种材料，只要这些材料能够在一定条件下实现从液态到非液态(例如固态或凝胶态)的变化。这个液态到非液态的变化可以是物理变化、化学变化，或其他的生物及化学反应引发的液态到非液态的转化。理想地，其不需要采用精密复杂的设备和控制，能够用于制备各种大小和形状(包括特定形状)的微颗粒，能够用于水凝胶等材料，并能实现多层微颗粒的制备。

发明内容

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于制备微颗粒的方法，其包括：向由微流控芯片的上子芯片的表面上的微孔与其下子芯片的表面上的微孔相互重叠而形成的流体通道注入用于制备所述微颗粒的物质的溶液；将所述上子芯片相对于所述下子芯片移动，使得所述上子芯片的表面上的微孔不再与所述下子芯片的表面上的微孔相互重叠；将所述上子芯片和/或所述下子芯片的表面上的微孔中的溶液从液态转化为非液态，形成所述微颗粒。

优选地，所述非液态包括固态和凝胶态。