[发明专利]一种用双水相体系制备聚电解质微囊的微流控芯片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种用双水相体系制备聚电解质微囊的微流控芯片。该芯片为上下两层结构，上层为液路部分，由含聚电解质I的反应相入口，反应相通道，连续相入口，连续相通道，上层压缩空气入口，含聚电解质II的分散相入口，分散相通道，气动阀作用区，液滴运输通道，微囊形成通道，微囊出口组成；下层为气路部分，由下层压缩空气入口，气体通道，气动泵阀组成。该芯片基于传统的流动聚焦型微流控液滴芯片，集成气动泵阀系统制成。本发明可用于在双水相体系中一步原位制备聚电解质微囊。通过调节各入口液体流速、泵阀开关周期等参数可以得到预期尺寸的聚电解质微囊。该芯片有望在生物活性物质包封、药物负载与递送、细胞3D培养支架制备等生物学应用中发挥作用。

技术领域

本发明属于微流控技术、材料化学等领域，具体涉及一种用双水相体系制备聚电解质微囊的微流控芯片。

背景技术

聚电解质是一类表面具有大量的剩余电荷的高分子物质，具有不同带电特性的两种聚电解质可直接在水溶液中发生静电络合反应，得到复合的聚合物。该类聚合物的形貌可以是薄膜、微球和微囊等，由于其良好的生物相容性和机械强度被广泛应用于食品工程、药物载体、组织工程等领域。

在多种形貌的聚电解质类复合材料中，微囊被认为是一种很好的微型载体，可以用于药物、细菌、细胞等的负载和递送，在生物、医学、药学等领域具有广阔的应用前景。但传统的聚电解质微囊成型法往往涉及多步操作，首先需制备实心的聚电解质微球，然后在微球表面层层组装带相反电荷的聚电解质，最后再将内部的微球溶解得到空心微囊。这样的制备过程复杂、耗时，且对被负载物的损伤大、负载效率低，不利于微囊的广泛应用。

近年来，微流控液滴技术得到了长足的发展，可以精确制备出多种不同形貌的功能化微球和微囊，在材料学、生物学和药学等领域做出了很大的贡献。而将双水相体系引入微流控液滴领域，使得制备形貌更复杂的微球和微囊成为了可能。并且得益于微流控技术精确可控和易集成等优势，这些制备的产物产业化的可能性大大增加。本发明基于传统的流动聚焦型液滴微流控芯片，集成了气动泵阀体系，设计并制备了一种可以用于原位一步法合成聚电解质微囊的微流控芯片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于常规软光刻方法，集成了气动泵阀的用于可原位一步制备聚电解质微囊的微流控芯片。

本发明一种用双水相体系制备聚电解质微囊的微流控芯片，该芯片包含上下两层结构：上层为液路部分，由含聚电解质Ⅰ的反应相入口，反应相通道，连续相入口，连续相通道，上层压缩空气入口，含聚电解质II的分散相入口，分散相通道，气动阀作用区，液滴运输通道，微囊形成通道和微囊出口组成；下层为气路部分，由下层压缩空气入口，气体通道和气动泵阀组成；

所述芯片中含聚电解质Ⅰ的反应相入口经反应相通道和微囊形成通道与微囊出口相连；连续相入口经连续相通道，液滴运输通道和微囊形成通道与微囊出口相连；上层压缩空气入口用于引入控制下层气路的压缩空气；含聚电解质II的分散相入口经分散相通道，气动阀作用区，液滴运输通道和微囊形成通道与微囊出口相连；下层压缩空气入口与上层压缩空气入口位置相对，经气体通道与气动泵阀相连。

所述芯片中四种流体的流动顺序为：反应相液体由反应相入口进入芯片，先后经反应相通道、微囊形成通道到达微囊出口；连续相液体由连续相入口进入芯片，先后经过连续相通道、液滴运输通道、微囊形成通道到达微囊出口；分散相液体由分散相入口进入芯片，先后经过分散相通道、气动阀作用区、液滴运输通道、微囊形成通道到达微囊出口；压缩空气由上层空气入口进入芯片，先后经过下层空气入口、气体通道到达气动泵阀；其中的气动泵阀直径为0.5-2mm，其上壁比气体通道上壁薄200-500μm，可在气体鼓吹的情况下发生弹性形变，从而扰动上层液路中的分散相流体。

上层芯片反应相通道和微囊形成通道宽度100-400μm，微囊形成通道长1-4cm；连续相通道、分散相通道和液滴运输通道宽度为50-250μm，所有上层芯片通道高度均为100-300μm；下层芯片通道高度和宽度均为：50-300μm。