[发明专利]一种水凝胶微球的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及液滴生成与水凝胶聚合物微球制备技术领域，特别涉及一种基于微流控芯片技术的水凝胶微球的制备方法及装置。

背景技术

水凝胶是一种分子内部交联的高分子聚合物，具有三维网络结构，在水中能够溶胀并保持大量水分而又不能溶解，分子能够在水凝胶中扩散。高分子水凝胶微球在医药工程和生化工程领域的研究近年来尤为热门。水凝胶微球以其亲水性、多孔性、高比表面积以及优良的生物相容性等特点可作为微结构单元、微分离器、微反应器、微存储器等应用于DNA、细胞以及蛋白质的包埋，生物活性药物的包覆，酶的固定化，生物活性物质的分离和提纯等。制备水凝胶微球通常采用反相悬浮聚合、反相乳液聚合、反相微乳液聚合、种子聚合、分散聚合等，但是这些方法制备的微球粒径在纳米和亚微米范围。其中应用最广泛、技术最成熟的为采用反相悬浮工艺制备微米级水凝胶微球，但是反相悬浮聚合法产生微球的粒径分布范围大，重复性差，因此，如何制备单分散微米级水凝胶微球应用于高度精确的生物分析领域是目前亟待解决的关键问题。

微流控是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指微米亚微米结构的技术。21世纪以来得到了飞速发展，其中的微流控芯片技术作为当前分析科学的重要发展前沿，在生物、化学、医药等领域都发挥着巨大的作用。微流控芯片技术是指采用微细加工技术，在一块几平方厘米的芯片上制作出微通道网络结构，以期在一张芯片上完成不同的实验过程。由于其试剂损耗少，通量高，而且设备易于微型化、集成化，方便自动化地对液体进行微细精确操控，因此近年来得到了飞速发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微流控芯片技术的单分散微米级水凝胶微球的制备方法。

本发明的另一目的在于提供用于实施上述制备方法的微流控芯片装置。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种水凝胶微球的制备方法，该方法包含下述步骤：(1)制备水性混合物：所述水性混合物包含水溶性单体、交联剂、引发剂和制孔剂；(2)制备油性混合物：所述油性混合物包含水不溶性液体和亲油亲水两性分子；(3)生成油包水液滴：以所述水性混合物为分散相，以所述油性混合物为连续相，在微流控芯片装置内生成微米级油包水液滴；(4)得到水凝胶微球：收集所述微米级油包水液滴并进行固化、破乳，回收得到单分散微米级水凝胶微球。

本发明的实施方式所提供的水凝胶微球的制备方法，基于微流控芯片技术，使一种或多种水溶性单体在液滴内发生均聚或共聚。该制备方法的显著特点是由微流控芯片产生微米级的球形油包水液滴作为高分子聚合的反应腔体，利用微流控芯片产生的微液滴实现液滴内聚合制备水凝胶微球，液滴制备过程完全隔绝空气，保证了各微液滴反应腔条件一致，所获得的水凝胶微球具有粒径可控、均一，具有高度可复性等优势，因而适于广泛应用于基因的固定与筛选、蛋白及细胞的包覆、药物缓控释体系等。

具体地，在本发明的实施方式所提供的水凝胶微球的制备方法中，水溶性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、羟甲基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸中的一种或几种；所述交联剂为双烯类化合物，例如可以为甲叉双丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯或二烯丙基二甲基氯化铵；所述引发剂为偶氮引发剂VA-086、过硫酸铵、过硫酸钾、偶氮二异丁脒盐酸盐和过氧化氢中的一种或几种；所述制孔剂为水、聚乙二醇、甲醇或乙醇。

此外，以含量配比看，所制备的水性混合物中，以质量百分含量计：所述水溶性单体量占水性混合物总质量的5～30％，所述交联剂量占所述水溶性单体质量的0.01～10％，所述引发剂量占水性混合物总质量的0.1～3％。进一步地，当制孔剂为水时，制孔剂的添加量占水性混合物总质量的37～94.9％；当制孔剂为聚乙二醇、甲醇或乙醇时，制孔剂的添加量占水性混合物总质量的0～30％。

另外，在本发明的实施方式所提供的水凝胶微球的制备方法中，作为连续相物质组成的可选方案，所述的油性混合物由水不溶性液体及亲水亲油两性分子组成；所述的水不溶性液体可以为矿物油、碳酸二乙基己酯、液体石蜡、聚二甲基硅氧烷和氟化液中的一种或多种；亲油亲水两性分子可以为：Span-80、ABIL EM90，ABIL WE09，FC4430，ABIL EM180，Triton X-100和Tween-20中的一种或几种。以质量百分含量计：所制备的油性混合物中，水不溶性液体占所述油性混合物总质量的96～98％，所述亲水亲油两性分子占所述油性混合物总质量的2～4％。亲水亲油两性分子分布在油相和水相的界面，能有效降低界面张力，使形成的油包水液滴更加稳定。