[发明专利]一种多孔微球的制备装置及方法

说明书

本发明公开了一种多孔微球的制备装置及制备方法，其中制备装置包括外相流体注射器、中间相流体注射器、内相流体注射器以及微流控芯片单元，微流控芯片单元包括外相输入通道、中间相输入通道、内相输入通道、多核双乳液生成微结构以及主流通道，多核双乳液生成微结构包括双同轴玻璃毛细管；在所述内相通道内通过所述内相流体注射器通入流速可控制的气体，在所述外间相通道内通过所述外相流体注射器注射通入含有纳米颗粒的液体。本发明实现了多孔微球的尺寸和多孔参数的便捷控制，同时纳米颗粒加强了乳液稳定性和界面张力的可调控性，制备的多孔微球不会有组分残留在微球之中，不影响后续应用。另外，存储特定气体的多孔微球可应用于化工反应。

技术领域

本发明涉及一种多孔微球制备方法，具体涉及的是一种为获得一定尺寸和多孔参数、无组分残留的多孔微球而设计的具有纳米颗粒控制润湿性且输气量可调特征的气-液-液微流控技术制备多孔微球的方法。

背景技术

多孔微球因其低密度、高表面积、良好的稳定性和渗透性以及吸附各种化学物质的能力等优异特性，可用于离子交换、催化、固相萃取、色谱分析和固体支持物合成等过程，在能源、生物、化工等领域得到了广泛的应用。制备多孔微球的主要过程是先产生乳液，然后聚合。传统的乳液制备方法，在微球与其核心的尺寸和结构控制以及单分散性方面受到限制。传统的悬浮聚合法中，由于液滴的形成受混沌搅拌的控制，而且液滴在整个过程中不断发生碰撞/破碎，因而得到的颗粒几乎都是多分散的。受相转移限制产生的聚合延迟现象会影响到颗粒的多孔性及核心尺寸。此外，传统方法采用的芯片结构多为单通道，一次只能产生一个双重乳液液滴，因而生产率低、制备耗时长。

相较于传统的制备方法，微流体技术可方便地制备各类功能性微球，同时具有粒径形态可控、单分散性好、低耗等优势。另外，采用采用微流体技术可以可控地制备形态统一、粒径分布窄的微型颗粒。因而，微流控技术已经成为近十年来生产单分散液滴、微泡和双乳液结构可控的新方法。液-液-液微流控制备多孔微球法是目前制备多孔微球的一种方法，其利用微凝胶受刺激诱发体积迅速收缩而挤出内部的细小油滴，在微凝胶内部形成海绵状的开孔多孔结构。受微凝胶结构和诱发产生的挤压力不足等因素影响会有油滴残留在微球之中，影响后续多孔微球的使用。双重乳液为热力学不稳定体系，一般需要加入表面活性剂来提高乳液的稳定性。表面活性剂的加入，降低了油水界面张力，减弱了维持液滴球形度的驱动力，同时由于张力梯度导致的Marangoni对流可能引起微球表面粗糙度的增加。

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，而提供了一种多孔微球的制备装置及制备方法，该方法能够简单、高效地制备一定尺寸和多孔参数、无组分残留的多孔微球，且可以填充特定气体使微球应用于化工反应，还通过添加纳米颗粒提高了乳液的可调控性和热稳定性。

为解决传统多孔微球制备方法存在的上述技术缺陷，本发明提供的技术方案是：

一种多孔微球的制备装置，包括外相流体注射器、中间相流体注射器、内相流体注射器以及微流控芯片单元，所述微流控芯片单元包括外相输入通道、中间相输入通道、内相输入通道、多核双乳液生成微结构以及主流通道，在所述外相输入通道连接外相注射器，在所述中间相输入通道连接中间相注射器，在所述内相输入通道连接内相注射器，其特征在于：所述多核双乳液生成微结构包括双同轴玻璃毛细管，所述双同轴毛细管包括第一锥形毛细管和第二锥形毛细管，所述第一锥形毛细管内径小于所述第二锥形毛细管，所述内相输入通道与第一锥形毛细管入口连接，所述中间相输入通道与所述第二锥形毛细管入口连接；所述外相输入通道出口位于所述双同轴毛细管的出口；在所述内相通道内通过所述内相流体注射器通入流速可控制的气体，在所述外间相通道内通过所述外相流体注射器注射通入含有纳米颗粒的液体。

外相流体中的纳米颗粒可将多核双乳液表面最优地包裹，形成一个结构化且刚性的纳米颗粒层。纳米颗粒层不仅维持住了多核双乳液形状，避免了多核双乳液受热分解，同时，避免了由于表面活性剂造成的所述的多核双乳液表面Marangoni对流，使得多核双乳液形状可控。