一种可精准控乳液液滴中颗粒电响应行为的方法及乳液体系技术

本申请涉及一种可精准控乳液液滴中颗粒电响应行为的方法及乳液体系。通过选取乳液中内、外相以及内相液滴中颗粒及调节其介电常数、电导率等，本申请提供了一种用于能够精准电调控乳液液滴中颗粒运动或分布的乳液体系，同时通过设置电极以及电极与乳液的对应参数，实现了精准电调控乳液液滴中颗粒运动或分布。这种乳液体系中液滴内部可精准调控的颗粒运动或分布状态对于分子检测、细胞生物学、微化学器、自组装功能材料及其应用领域具有重要意义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种可精准控乳液液滴中颗粒电响应行为的方法及乳液体系


[0001]本申请涉及乳液及其控制领域，特别涉及一种可精准控乳液液滴中颗粒电响应行为的方法及乳液体系。

技术介绍

[0002]乳液是两种或两种以上互不/难相溶的液体的混合胶体，其中一种液体含有另外一种或几种液体的分散液乳液。乳液体系中，通常包含有单相或多相液滴。基于液滴微流体技术构成了一个多功能的实用工具集，可应用于生物、化学、材料研究等实验中，实现快速、高效的材料合成、单细胞分析、DNA/RNA测序、小分子筛选、体外诊断和组织工程等。
[0003]控制单一液体介质环境内的颗粒/生物颗粒的方式有自组装、电场调控、磁场调控、声场调控与光镊技术等。其中，电场调控方式具有易集成、操作便捷、适用性广、使用成本低等优势。目前，颗粒在不同流体体系中的电场驱动和组织行为研究和应用多，针对乳液体系中的液滴内颗粒的电控方式仅有少量研究。
[0004]因此，如何精准控制在乳液体系中液滴内的颗粒运动及分布，乳液体系的配方和实现方式上仍然存在巨大挑战。
[0005]近年来，通过主动方式施加外场(磁场、电场)的方式，控制微小颗粒在液体内的组装已被广泛研究和应用。磁场诱导磁性颗粒运动或聚集的方式对颗粒的磁响应特性有严格要求，从而限制了其广泛应用性。最近，电场在液滴的穿透、扭曲和梯度分布等现象逐渐被人们发现并开始研究，例如：通过电场施加在油
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油界面形成环状颗粒组装的“盔甲”[1]，该方式通过在液滴内外相界面处形成流场，从而间接控制了液滴界面颗粒分布；但是，该方式无法精准控制液滴内的颗粒行为。通过介电润湿效应在数字微流控平台上制备“煎饼”状的异质性水凝胶的方式也有报道，提出了在单个驱动电极内部加工电极图案，通过数字微流控的方式控制液滴(在空气环境中)的运动位置，而液滴内颗粒的组装依靠上下平行板形成的电场，在电极表面附近的区域内(对应液滴底面)组装颗粒或细胞，进一步丰富了微结构内组分及颗粒组装结构种类[2]；但是，这种加电方式对于颗粒的运动和分布位置有限制，颗粒沉积于液滴底附近，运动区域也因此受限，无法充分利用液滴内部的三维自由空间。
[0006]目前，乳液体系已广泛应用于生物、医疗、化学等领域。目前乳液体系中，液滴内包含的颗粒或生物颗粒的精准控制仍是一个应用上需要解决的难题。针对球形液滴内部三维空间中颗粒的精准控制、组装行为和可控形态结构的研究鲜有报导。
[0007][1]Rozynek Z,Mikkelsen A,Dommersnes P,et al.Electroformation of Janus and patchy capsules[J].Nature Communications.
[0008][2]Chiang M Y,Hsu Y W,Hsieh H Y,et al.Constructing 3D heterogeneous hydrogels from electrically manipulated prepolymer droplets and crosslinked microgels[J].Science Advances,2016,2(10):e1600964.

技术实现思路

[0009]本申请专利技术人考虑到电场控制液滴内部颗粒运动的瓶颈主要是乳液中外相对电场强度的削减作用、内相可能存在的电场屏蔽作用、界面屏蔽作用以及颗粒的分散性以及电响应性等因素，经深入研究提出一种乳液体系及其控制方法，对所述乳液体系施加交流电场后，其中的液滴发生一系列电响应行为，从而使电场可进入内相液滴，进而能够精准控制液滴内颗粒运动或颗粒分布状态。
[0010]根据本专利技术的一个方面，提供一种用于能够精准电调控乳液液滴中颗粒运动或分布的乳液体系，所述乳液体系包括外相液体、被外相液体包围的内相液体形成的内相液滴和置于内相液滴中的颗粒，其中，内相液体与外相液体不相溶或难相溶，内相液体的相对介电常数相对外相液体高100倍以内且内相液体的相对介电常数小于120，和/或内相液体的电导率相对外相液体的电导率高，内相液滴直径范围在1
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3000微米(例如1
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1000微米或1
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500微米)，其中，颗粒对内、外相的亲疏性表现为亲内相、疏外相，使得颗粒能够稳定地分散进内相液滴中，而从内相液滴泄漏至外相或被内外相界面捕获的颗粒量小于颗粒总数的70％。
[0011]根据本专利技术，当内相液体介电常数高于外相液体介电常数时，内相液体电导率可选范围较广，内相液体电导率可以高于、等于或低于外相，且内相液体电导率小于500mS/m。
[0012]根据本专利技术，当内相液体介电常数小于外相液体介电常数时，则1<内相液体电导率/外相液体电导率<100。
[0013]根据本专利技术，所述乳液体系包括但不限于如油包水、双水相、双油相等乳液体系。
[0014]根据本专利技术，所述乳液体系的内相与外相分别可由单一成分或复合成分(多种液体混合或液体+各类添加剂)组成。
[0015]根据本专利技术，内相包括但不限于使用水相介质，如：去离子水(简称水)，水和以下内相添加剂的混合物：聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG
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DA)、染色剂、表面活性剂、糖(蔗糖、葡萄糖等)、微量盐(如NaCl、KCl等，其在水中的浓度为10
‑1mol/L以下)；生物液体，如低盐缓冲液、血浆、蛋白溶液等；与外相不互溶的高介电常数极性溶剂，包括乙酰胺、二苯胺、二十二烷等。
[0016]根据本专利技术，内相添加剂的用量条件是使内相液体电导率不超过500mS/m。
[0017]根据本专利技术，内相液滴直径范围可为1
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1000微米，例如50
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1000微米或50
‑
500微米。
[0018]根据本专利技术，外相可使用除可固化液体外的油相，例如，硅油、十六烷、橄榄油、矿物油等与内相液滴不相容或难相溶的介质。优选的外相性能具备不易挥发性且电控环境下较为稳定。根据本专利技术的外相的实例包括硅油、或硅油和表面活性剂(EM90、MC
‑
215、KF
‑
6017等表面活性剂)的混合物。
[0019]根据本专利技术，乳液外相与内相的比例范围需要满足乳液生成的基本条件(外相相对于乳液体系的总体积占比大于约25.9％)。优选的内相与外相体积之比在5
‑
40％范围内。
[0020]根据本专利技术，所述内相中含有的颗粒小于内相液滴尺寸，颗粒直径范围在0.1
‑
100微米，且颗粒可以稳定地分散进内相液滴中，不会在内外相界面处受到界面能作用被捕获而停留在界面处。颗粒不易从内相液滴发生泄漏至外相或被内外相界面捕获(泄漏量或捕获量小于颗粒总数的70％，甚至小于50％)。
[0021]根据本专利技术，保持在内相液滴中的颗粒可分散且不易发生团聚，以使得当电场作用于液滴时介电泳力、偶极矩作用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于能够精准电调控乳液液滴中颗粒运动或分布的乳液体系，所述乳液体系包括外相液体、被外相液体包围的内相液体形成的内相液滴和置于内相液滴中的颗粒，其中，内相液体与外相液体不相溶或难相溶，内相液体的相对介电常数相对外相液体高100倍以内且内相液体的相对介电常数小于120，和/或内相液体的电导率相对外相液体的电导率高，其中，内相液滴直径范围为1
‑
3000微米，其中，所述颗粒对内、外相的亲疏性表现为亲内相、疏外相，使得颗粒能够稳定地分散进内相液滴中，而从内相液滴泄漏至外相，或被内外相界面捕获的颗粒量小于颗粒总数的70％。2.根据权利要求1所述的乳液体系，其中，内相液体介电常数高于外相液体介电常数，内相液体电导率高于、等于或低于外相液体，且内相液体电导率小于500mS/m；或者，内相液体介电常数小于外相液体介电常数，且1<内相液体电导率/外相液体电导率<100。3.根据权利要求1或2所述的乳液体系，其中，内相液体包括水相介质，选自去离子水，及水和以下内相添加剂的混合物：聚乙二醇二丙烯酸酯(PEG
‑
DA)、染色剂、表面活性剂、糖、盐；选自低盐缓冲液、血浆、蛋白溶液的生物液体；包括乙酰胺、二苯胺、二十二烷的与外相不互溶的高介电常数极性溶剂；和/或，内相液滴直径范围为1
‑
1000微米；和/或，所述外相液体包括除可固化液体外的油相，包括硅油、十六烷、橄榄油、矿物油及其与选自EM90、MC
‑
215、KF
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6017的表面活性剂的混合物；和/或，内相与外相体积之比在5
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40％范围；和/或，内相中含有的颗粒小于内相液滴尺寸，颗粒直径范围在0.1
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100微米；和/或，内相液滴中的颗粒表面电位大于10mV；和/或，内相液滴中的颗粒总体积与内相体积比的范围为0.1
‑
30％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的乳液体系，其中，内相为水，内相液滴中的颗粒选自，包括聚苯乙烯(PS)颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)颗粒的聚合物材料；包括铜颗粒、银颗粒、钼颗粒的金属材料；包括酵母细胞、肿瘤细胞、白细胞、脂肪细胞、小球藻细胞的生物质材料；包括二氧化硅颗粒、绿泥石颗粒、伊利石颗粒的矿物质颗粒；包括二氧化钛颗粒、四氧化三铁颗粒、三氧化二铁颗粒、二氧化硅颗粒、碳酸钡颗粒的无机非金属材料颗粒。5.根据权利要求1至4中任一项所述的乳...

【专利技术属性】
技术研发人员：水玲玲，申诗涛，金名亮，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：