一种基于微流控的多层多相核壳结构微球及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于微流控的多层多相核壳结构微球及其制备方法。该制备方法利用微流控技术，通过对核心材料、壳材料以及截断材料的种类、进给速度的选择，微流控装置的流道结构设计，实现了多层多相核壳结构微球的制备；通过该方法制备得到的核壳结构微球具有粒径高度均一、应用范围广、内部多相材料可定制，且针对不同外界环境实现有效物质的逐步释放等优点，可应用于细胞培养、血管生成、药物输送系统、微粒和微胶囊的合成、生物化学分析、针对性药物释放和疾病治疗等组织工程及生物医学应用，并能用来模拟天然细胞中的复杂生理反应。并能用来模拟天然细胞中的复杂生理反应。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流控的多层多相核壳结构微球及其制备方法


[0001]本专利技术属于生物医学与组织工程
，具体涉及一种基于微流控的多层多相核壳结构微球及其制备方法。

技术介绍

[0002]微流控技术主要是通过设计、制备和操作不同的微通道系统来实现对流体的精确控制。微流控技术的核心在于微流控芯片，微流控芯片的通道尺寸非常小，一般只有几个微米到几百微米，其集成了微通道网络和各种功能单元，可对微球制备过程实现精准调控，该技术所具有的高度集成性有利于多种流体相的共存和相互作用。与传统的乳液法等微球制备方法相比，微流控技术通所制造出的微球粒径尺寸均一，其在物理，化学，生物，医药等领域都具有广阔的应用前景。
[0003]现有的壳核结构微球的制备方法包括：乳液法、模板法、自组装法和沉积法等。这些方法制备的壳核结构微球大多单分散性较差，会影响壳核结构微球内部活性物质的精确负载与释放。现有技术中常用微流控技术来解决核壳结构微球单分散性差的问题，微流控技术也是目前制备核壳结构微球技术中常用的技术手段。但利用微流控技术制造出的微球材料大多数成分单一，很难针对特定的环境进行针对性的释放，不能满足对微球材料具有多种功能的使用需求。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于微流控的多层多相核壳结构微球的制备方法，该方法所制备的微球具有多层多相结构，成球效果均一，成球效率稳定的特点。该方法得到的多层多相核壳结构微球兼顾多种材料性能，可实现负载物质的梯度释放与针对性多重释放，兼顾生物相容性和材料多样性，是多细胞共培养与药物释放的良好媒介。
[0005]本专利技术还提供利用上述制备方法制备得到的多层多相核壳结构微球，可以根据实际需要，通过选择微球材料、控制微球材料进给速度、设置微流控装置流道结构等调节微球的结构、每一层的组分和层数，同时能够实现药物负载、细胞培养等多种功能。
[0006]一种基于微流控的多层多相核壳结构微球的制备方法，包括：核心材料由微流控装置主流道的入口进入，先后被进入主流道的一层或多层壳材料、截断材料截断并逐层包裹后，落入接收溶液中进行交联固化，即得所述多层多相核壳结构微球；
[0007]核心材料和每层壳材料分别可以是一种或多种，且核心材料和所有层的壳材料不同时为一种材料；多种核心材料之间、同一层的多种壳材料之间、核心材料和与之相邻的壳材料(第一层壳材料)之间、相邻层的壳材料之间均不互溶；
[0008]最外层壳材料为一种材料，且与截断材料为油/水反性材料；截断材料与接收溶液为同性相容材料。
[0009]上述技术方案中，核心材料和所有层的壳材料不同时为一种材料，即核心材料与
所有层的壳材料至少有一个为多种材料，以实现多相核壳结构微球的制备。核壳结构连续相被截断材料截断并包裹后形成液滴并落入接收溶液中，截断材料与接收溶液为同性互溶材料，截断材料被接收溶液溶解，同时核壳结构液滴固化成微球进而得到多层多相核壳结构微球。
[0010]作为优选，当核心材料为多种时，每种核心材料通过一个独立的入口流道进入主流道；
[0011]相邻层壳材料的入口流道、最外层壳材料的入口流道与截断材料的入口流道均间隔设置，并在主流道上形成相应的输送段和主流道出口段。
[0012]核心材料入口流道的出口与主流道的入口连通，壳材料的入口流道、截断材料的入口流道的出口均与主流道导通。
[0013]特别指出的是，先后对核心材料进行截断并包裹的壳材料由内至外依次作为第一层、第二层
……
最外层。
[0014]作为进一步优选，每种核心材料在对应的入口流道出口处的流向与主流道中物料的流向相同，且多个核心材料入口流道的出口端面在垂直主流道中物料流向所在平面上齐平；
[0015]第一层壳材料为一种材料，第一层壳材料的入口流道设有一个，该入口流道的出口与主流道的入口导通；第一层壳材料在其入口流道出口处的流向与主流道中物料的流向垂直，并在多种核心材料流出对应入口流道的同时将多种核心材料截断并包裹，形成具有多种材料的分散相的核心。
[0016]本技术方案中，设置每个核心材料的出口端面在垂直主流道中物料流向所在平面上齐平，同时设置第一层壳材料在其入口流道出口处的流向与主流道中物料的流向垂直，用于保证核心材料在流出入口流道的瞬间即被第一层壳材料同时垂直截断并包裹，使多种核心材料在未相互接触之前就已被第一层壳材料包裹形成具有分散相的多种材料的核心，形成类似“莲蓬形”结构；即每种核心材料均被第一层壳材料单独包裹(每种核心材料之间并不接触)，并在被第二层壳材料或截断材料截断并包裹后在第一层壳内形成多种材料的分散相的核心。
[0017]作为进一步优选，当核心材料外部包裹层数为两层(壳层数)，核心材料为四种时：
[0018]核心材料的进给速度为20～30μL/min；
[0019]第一层壳材料的进给速度为400～600μL/min；
[0020]第二层壳材料的进给速度为1000～1500μL/min；
[0021]截断材料的进给速度为2000～4000μL/min。
[0022]更进一步优选为，核心材料的进给速度为25μL/min；
[0023]第一层壳材料的进给速度为500μL/min；
[0024]第二层壳材料的进给速度为1200μL/min；
[0025]截断材料的进给速度为3000μL/min。
[0026]作为进一步优选，除第一层壳材料外的其他层的壳材料为两种时，该两种壳材料通过两个独立的入口流道进入主流道，且每种壳材料在对应的入口流道出口处的流向与主流道中物料的流向呈45
°
角设置；且两个入口流道相对主流道的中轴线对称。
[0027]为了更好地截断主流道中的材料，作为进一步优选，除第一层壳材料外的其他层
的壳材料为一种材料时，该种材料通过两个独立的入口流道分别进入主流道，且该种材料在对应的入口流道出口处的流向与主流道中物料的流向垂直，且两个入口流道相对主流道的中轴线对称。当然，该一种材料也可以通过一个入口流道进入主流道。
[0028]作为进一步优选，所述微流控装置为金属芯片与PDMS芯片或水凝胶芯片组成的级联芯片；
[0029]核心材料入口流道和第一层壳材料入口流道设于金属芯片上；
[0030]主流道、除第一层之外的其它层壳材料的入口流道、截断材料入口流道均设于PDMS芯片或水凝胶芯片上。
[0031]当微流控芯片为金属芯片与PDMS芯片或水凝胶芯片组成的级联芯片时，所述核心材料为多种材料的分散相，可利用其制备得到多层多相核壳结构微球为“莲蓬形”结构，即每一种核心材料分别被第一层壳材料包裹后形成一个整体结构，每一种核心材料相互之间不接触。
[0032]“莲蓬形”结构的多层多相核壳结构微球的形成，一方面是通过工艺上较快的第一层壳材料的进给速度来截断核心材料，以及第一层壳材料截断核心材料的位置(即核心材料入口流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控的多层多相核壳结构微球的制备方法，其特征在于，包括：核心材料由微流控装置主流道的入口进入，先后被进入主流道的一层或多层壳材料、截断材料截断并逐层包裹后，落入接收溶液中进行交联固化，即得所述多层多相核壳结构微球；核心材料和每层壳材料分别可以是一种或多种，且核心材料和所有层的壳材料不同时为一种材料；多种核心材料之间、同一层的多种壳材料之间、核心材料和与之相邻的壳材料之间、相邻层的壳材料之间均不互溶；最外层壳材料为一种材料，且与截断材料为油/水反性材料；截断材料与接收溶液为同性相容材料。2.根据权利要求1所述的基于微流控的多层多相核壳结构微球的制备方法，其特征在于，当核心材料为多种时，每种核心材料通过一个独立的入口流道进入主流道；相邻层壳材料的入口流道、最外层壳材料的入口流道与截断材料的入口流道均间隔设置，并在主流道上形成相应的输送段和主流道出口段。3.根据权利要求2所述的基于微流控的多层多相核壳结构微球的制备方法，其特征在于，每种核心材料在对应的入口流道出口的流向与主流道中物料的流向相同，且多个核心材料入口流道的出口端面在垂直主流道中物料流向所在平面上齐平；第一层壳材料为一种材料，第一层壳材料的入口流道设有一个，该入口流道的出口与主流道的入口导通；第一层壳材料在其入口流道出口处的流向与主流道中物料的流向垂直，并在多种核心材料流出其对应入口流道的同时将多种核心材料截断并包裹，形成具有多种材料的分散相的核心。4.根据权利要求3所述的基于微流控的多层多相核壳结构微球的制备方法，其特征在于，当核心材料外部包裹层数为两层，核心材料为四种时：核心材料的进给速度为20～30μL/min；第一层壳材料的进给速度为400～600μL/min；第二层壳材料的进给速度为1000～1500μL/min；截断材料的进给速度为2000～4000μL/min。5.根据权利要求3所述的基于微流控的多层多相核壳结构微球的制备方法，其特征在于，除第一层壳材料外的其他层的壳材料为两种时，该两种壳材料通过两个独立的入口流道进入主流道，且每种壳材料在对应的入口流道出口处的流向与主流道中物料的流向呈45
°
角设置；且两个入口流道相对主流道的中轴线对称。6.根据权利要求3所述的基于微流控的多层多相核壳结构微球的制备方法，其特征在于，除第一层壳材料外的其他层的壳材料为一种材料时，该种材料通过两个独立的入口流道分别进入主流道，且该种材料在对应的入口流道出口处的流向与主流道中物料的流向垂直，且两个入口流道相对主流道的中轴线对称。7.根据权利要求3所述的基于微流控的多层多相核壳结构微球的制备方法，其特征在于，所述微流控装置为由金属芯片与PDMS芯片或水凝胶芯片组成的级联芯片；其中，核心材料入口流道和第一层壳材料入口流道设于所述金属芯片上，主流道、其他层壳材料的入口流道和截断材料入口流道设于PDMS芯片或水凝胶芯片上。8.根据权利要求2所述的基于微流控的多层多相核壳结构微球的制备方法，其特征在于，核心材料入口流道与第一层壳材料的入口流道间隔设置，在主流道上形成核心材料输
送段；使得多种核心材料在被第一层壳材料截断之...

【专利技术属性】
技术研发人员：高庆，张鹏，李美琪，郑雅婷，简宇航，
申请(专利权)人：苏州永沁泉智能设备有限公司，
类型：发明
国别省市：