[发明专利]一种基于微流控液滴的核壳二氧化硅微球制备方法

说明书

本发明提出了一种基于微流控液滴的核壳二氧化硅微球制备方法，该方法包含制备梯度乳化装置，通道修饰，通道内液滴的生成以及微球的制备等步骤，通过液滴微流控技术中的梯度乳化法形成单分散液滴，以二氧化硅前体溶液和辛癸酸甘油酯在乙酸乙酯的存在下互溶作为分散相，以氟碳油作为连续相，形成尺寸均一的液滴，静置后乙酸乙酯的挥发导致二氧化硅前体溶液与辛癸酸甘油酯不互溶，同时氟碳油中的表面活性剂与二氧化硅前体溶液反应使液滴固化，因此形成了具有核壳结构的二氧化硅微球。在此基础上，改变了分散相中二氧化硅前体溶液与辛癸酸甘油酯的含量，得到了具有不同核壳厚度的二氧化硅微球。

技术领域

本发明涉及一种基于微流控液滴的核壳二氧化硅微球制备方法，属于微流控微液技术领域。

背景技术

随着微纳米技术的发展，核壳二氧化硅微球广泛应用于药物递送、生物传感等领域，在材料学中具有广阔的发展前景。核壳二氧化硅微球的制备方法多种多样。二氧化硅微球传统的制备方法是将乳化法与溶胶凝胶法相结合，但是该方法所需仪器设备庞大，制备的微球单分散性较差，在应用于微球尺寸要求严格的研究时，难以满足实验要求。检索发现，公开号为CN108341415A的中国专利公开了一种大孔二氧化硅核壳微球的制备方法，该方法制备的二氧化硅核壳微球具有大孔结构，是采用无孔微球与有机单体、交联剂、致孔剂反应改性无孔硅胶微球获得，所制备的微球尺寸是1～3μm，用于生物大分子的快速分离分析。CN110433882A公开一种毛细管液滴微流控装置及单粒柱塞制备方法，该装置是用毛细管制成的微流控装置，以四甲氧基硅氧烷、聚乙二醇、乙酸和氨水混合溶液为分散相制备毛细管柱塞。

液滴微流控技术形成的液滴具有高度单分散性，逐渐发展为微球制备的新方法。液滴微流控技术根据芯片装置几何形状的不同可分为：共流（co-flow）、交叉流（cross-flow）、流动聚焦（flow focusing）以及梯度乳化装置（step emulsification）。其中，梯度乳化法主要依靠通道几何形状和表面张力来形成单分散液滴，是一个自发过程。当分散相进入平行化副通道末端时受到四周通道壁的约束力，靠近副通道连接的储液池（连续相所处位置）时，流体受表面张力的作用变为舌状。舌状流体进入储液池后被不断填充为灯泡状，灯泡状流体与仍在副通道的分散相之间的普拉斯压力差不断增大，最终灯泡状流体颈部断裂形成液滴。目前，基于微流控液滴的梯度乳化法制备核壳二氧化硅微球还未发现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足而提供一种基于微流控液滴的核壳二氧化硅微球制备方法，该方法将微流控技术用于微球制备，所制备的微球尺寸均一，具有高度单分散性。

本发明提供一种基于微流控液滴的核壳二氧化硅微球制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备微流控芯片（即梯度乳化装置）——采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）浇筑在梯度乳化装置模板和无图案的空模板上，加热定型后取下，空白聚二甲基硅氧烷在上、梯度乳化通道在下进行封接后，打孔、等离子体清洗，最后封接至玻璃片上；

步骤2、通道修饰——将修饰液注入梯度乳化装置的通道内，修饰一定时间后，去除修饰液；

步骤3、通道内液滴的生成以及微球的制备——将二氧化硅前体溶液与辛癸酸甘油酯按照体积比10～50:1的比例溶于乙酸乙酯中（乙酸乙酯作为溶剂，其加入量为使二氧化硅前体溶液与辛癸酸甘油酯两者互溶即可），混合均匀构成分散相，分散相以一定的流速注入梯度乳化装置内中，分散相在梯度乳化装置的通道内破裂成液滴，液滴流进装有连续相的储液池中，静置一段时间后，固化成微球；

步骤4、收集微球于马弗炉中于800℃下煅烧2小时，得到基于微流控液滴的核壳二氧化硅微球。

本发明通过微流控技术形成微液滴，液滴具有高度单分散性，并且后续固化成微球时，微球粒径分布小，同时利用二氧化硅前体溶液与辛癸酸甘油酯在有无乙酸乙酯存在下的互溶性得到具有核壳结构的微球，制备了具有不同核壳厚度的二氧化硅微球。所制备的核壳二氧化硅微球未观察到孔状结构，尺寸在200μm左右，具有吸附功能，能够吸附碘水溶液中的碘离子。