摘要

生物相容水/水微囊在藥物遞送、醫學治療等領域具有重要應用。本文通過設計同軸微流控器件，結合數值模擬優化和流動阻力分析，實現一步法高通量可控製備大小均勻、尺寸可控、壁厚可調、生物相容的水/水微囊。采用實驗研究和數值模擬相結合的方式，研究了微流控器件結構、內相流速、外相流速、外相/空氣界麵張力、內相/外相界麵張力、內相黏度和外相黏度等參數對水/水微囊直徑和壁厚的調控規律。通過微通道流動阻力分析，設計多通道平行放大微流控器件，實現尺寸均勻可控水/水微囊的高通量製備。驗證了生物相容水/水微囊作為活性物質的理想載體，可以通過改變pH或溶解囊壁釋放載體，進而實現活性物質的pH響應釋放，為其實際應用奠定了基礎。

具有核殼結構的微囊可以裝載各種活性物質，通過將活性物質包裹在一個殼層內，從而保護活性物質不受外界環境的影響，並且可實現活性物質的可控釋放。因此，微囊是良好的載體，適用於各種場景下活性物質的遞送，在生物、醫藥等領域具有重要的應用價值。傳統微囊製備通常采用自下而上的方法，即通過兩次剪切首先得到水包油或油包水雙重乳液，並以此為模板製備得到微囊。由於自下而上方法無法準確控製每個雙重乳液的剪切過程，最終得到的微囊一般尺寸不均、壁厚難以控製、包裹率低、裝載率低，極大地限製了微囊的廣泛應用。

隨著微流控技術的發展，自上而下製備微囊的技術開始得到開發。微流控技術是一種在微米尺度對微量流體進行精確操控的技術，可廣泛應用於生物檢測、藥物分析、細胞測序、材料製備、載體設計等領域。微流控具有微型化、集成化等特征，可以對流體進行精準控製，從而精確控製剪切過程，能夠一步法生成雙重乳液，然後以此為模板，製備具有核殼結構的微囊。微流控技術已成功實現一步法製備各種水包油或油包水微囊，且具有尺寸均一、結構可控、壁厚可調、包裹率高、裝載率大等諸多優勢。目前，微流控技術製備的微囊主要是基於水油體係，即水包油（油/水）或油包水（水/油）微囊。但隨著應用需求的不斷增加如汙水淨化、液滴製備、細胞提取與分離、三維（3D）生物打印、生物相容材料製備等諸多領域，水包水（水/水）微囊開始得到越來越多的關注。但是水/水微囊與水/油微囊或油/水微囊不同，水/水微囊內外相均為水相，內外相的密度差較小，界麵張力較低，較難控製形成微囊，通常需要外加電場或聲場輔助乳化。此外，藥物遞送、醫學治療等領域的應用，在生物相容性、微囊後處理、可控製備、響應釋放、大通量生產等方麵對水/水微囊提出了更高的要求。因此，設計微流控器件一步法高通量可控製備生物相容水/水微囊，實現載體的可控釋放，具有重要意義。

本文采用同軸微流控器件一步法製備大小均勻、尺寸可控、壁厚可調、生物相容的水/水微囊；係統研究了微流控器件結構對水/水微囊形成過程的影響規律，並進一步結合數值模擬，揭示內相和外相流速、外相/空氣和內相/外相界麵張力、內相和外相黏度對水/水微囊尺寸和壁厚的調控規律；通過pH刺激響應，展示了水/水微囊囊壁溶解和微囊釋放過程及其內在機理；最後利用微通道流動阻力分析，設計多通道平行放大微流控器件，實現了尺寸均勻可控水/水微囊的高通量製備。本文製備的水/水微囊具有器件結構簡單、操作便捷、一步法成型、通量高、微囊結構穩定、尺寸均一可控、無需後處理等優點。

1實驗部分

1.1試劑與儀器

黃原膠（化妝品級）、透明質酸鈉（化妝品級）和普魯蘭多糖（化妝品級）均購於山東優索化工科技有限公司；海藻酸鈉（分析純）和檸檬酸鈉（分析純）均購於上海阿拉丁試劑有限公司；無水氯化鈣（分析純）購於國藥集團化學試劑有限公司；甘油（純度≥99%）購於上海麥克林生化科技有限公司；十二烷基硫酸鈉（純度約99%）購於上海伊卡生物技術有限公司。

P-1000型拉伸儀，美國Sutter Instrument公司；LSP01-1A型注射泵，保定蘭格恒流泵有限公司；LabN1/YZ1515x型蠕動泵，保定申辰泵業有限公司；玻璃毛細管，北京中成石英玻璃有限責任公司；RCT基本型磁力攪拌熱台（MAG），德國IKA公司；電子天平，芬蘭Kibron公司；SZN型連續變倍體視顯微鏡，寧波舜宇光學科技有限公司；Orange 4K型光固化3D打印機，深圳長朗科技有限公司。