CN113058516A - 一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种液‑液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，包括：将连续相和分散相分别在压力驱动下流入微流控芯片，在液滴形成区域产生均匀的单相液滴，在物理或化学因素刺激下，单相液滴发生液液相分离，逐渐进化成为单分散的复杂液滴。液液相分离诱导的复杂液滴制备法可以避免复杂的流体操控，可与现有液滴规模放大技术兼容，有利于复杂液滴的高通量制备和大规模应用。

Description

一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法
技术领域
本发明涉及一种液-液相分离诱导的复杂液滴制备方法，属于微流控液滴技术领域。
背景技术
微流控液滴是微流控芯片平台操控多相流体形成的小体积单元，具有体积小、单分散性好、通量高等特点，在微纳材料制备、生化分析、高通量筛选等方面显示出巨大的应用潜力。随着微流控液滴技术在功能材料合成领域的深度应用，单纯球形结构的液滴很难满足智能材料的模板需求。制备具有高级结构的复杂液滴成为迫切需求，比如Janus液滴、核壳液滴、多核双乳液、多层液滴等。目前，微流控复杂液滴的制备一般采用流形控制法，即采用局部图案化技术使微流控芯片的不同区域保持不同亲疏水特性，利用压力精确调控多相流体的运动，在芯片内形成精确的流形，经过一步或多步乳化形成复杂液滴。精确的流形控制导致***的稳定性降低，液滴的单分散性有所降低。另一方面，复杂的流形需要多个微泵或者多个压力源进行操控，导致多个液滴形成单元并行放大的难度急剧上升，不利于液滴的规模制备。如何利用芯片液滴常用的两相流体，简单、一步制备具有高级复杂结构的液滴仍然存在挑战。基于此，我们提出将微流控液滴技术与液液相分离技术结合的思路，有望解决复杂液滴的规模制备难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，采用芯片液滴常用的两相流体一步制备具有高级结构的复杂液滴，有利于微流控复杂液滴的规模放大制备。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法。连续相和分散相分别在压力驱动下流入微流控芯片，在液滴形成区域产生均匀的单相液滴，在物理或化学因素刺激下，单相液滴发生爷液液相分离，逐渐进化成为单分散的复杂液滴。
进一步的，所述连续相为氢碳油、氟碳油的一种或几种混合。
进一步的，所述分散相为二元或多元混溶体系。
进一步的，所述压力驱动为蠕动泵、注射泵、气压、液压、重力的一种或几种组合。
进一步的，所述微流控芯片的材质为聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、环氧树脂、聚氨酯的一种或几种复合。
进一步的，所述单分散性为液滴尺寸的变异系数在0.1％～15％之间。
进一步的，所述单相液滴的组分分布可以均匀或不均匀。
进一步的，所述物理因素为挥发、扩散和温度变化的一种或几种复合。
进一步的，所述化学因素为一种或多种化学反应的复合。
进一步的，所述所述复杂液滴为Janus液滴、核-壳液滴、多核液滴、多层液滴的一种或者几种形貌复合。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明的方法将微流控液滴技术与液液相分离过程结合，利用芯片液滴常用的两相流体操控，一步制备具有高级结构的复杂液滴，保证了复杂液滴的单分散性，易与液滴规模放大技术偶联，有利于提高复杂液滴的产能，在智能材料、食品存储等领域显示出较好的应用前景。
附图说明
图1挥发诱导的液-液相分离制备Janus液滴；
图2挥发诱导的液-液相分离制备具有高级结构的Janus液滴，1代表核壳Janus液滴，2代表三重Janus液滴，3代表多重Janus液滴；
图3温度诱导的液液相分离制备构型可逆的双乳液，1代表均相液滴，2代表双乳液；
图4双乳液的形貌控制。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1挥发诱导的液-液相分离用于单分散Janus液滴的制备
以水、正辛醇和乙酸乙酯的三元混合物为分散相，含有2％表面活性剂的氟碳油(FC40)为连续相，在T-通道结构的芯片(Viscosity based droplet size controlling innegative pressure driven droplets generator for large-scale particlesynthesis,Hanlin Li,et al.Electrophoresis 2017,38,1736–1742)上形成均相液滴。由于FC40具有良好的气体渗透性，均相液滴中的乙酸乙酯挥发进入外界环境，水和正辛醇发生相分离，均相液滴最终进化成Janus液滴(图1)。改变分散相中水和正辛醇的比例，Janus液滴的水部分和正辛醇部分的比例随之变化，Janus液滴的形貌也随之调节。三元混合物体系提升至四元混合物体系时，Janus液滴的构型升级，可以形成更高级、更复杂的结构(图2)。以NOA61、正辛醇、水和乙酸乙酯的四元共混体系为分散相，随着助溶剂乙酸乙酯的挥发，液液相分离诱导形成核壳Janus液滴；以NOA61、十六烷、水和丙酮的四元共混体系为分散相，随着助溶剂丙酮的挥发，液液相分离诱导形成三重Janus液滴；以NOA61、液体石蜡、水和乙酸乙酯的四元共混体系为分散相，随着助溶剂乙酸乙酯的挥发，液液相分离诱导形成多重Janus液滴。
实施例2温度诱导的液-液相分离用于构型可逆的单分散双乳液合成
以水和离子液的二元混合物为分散相，含有2％表面活性剂的氟碳油(FC40)为连续相，在T-通道结构的芯片上形成均相液滴。电加热促使体系温度升高。当均相液滴的温度高于离子液的临界相变温度时，液滴内部发生液液相分离，离子液组分和水组分逐渐汇聚分离，形成单分散的双乳液。体系逐渐冷却，离子液部分和水部分逐渐融合，双乳液回归成均相液滴。液滴的构型由均相到核壳结构的转变受温度控制，具有可逆性(图3)。改变分散相中水和离子液的比例，双乳液的水部分和离子液部分的比例改变，从而实现内核大小和外壳厚度的调节。水和离子液的比例变化不影响双乳液的单分散性，不影响内核的均匀性，不影响外壳厚度的一致性(图4)。

Claims (10)

1.一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将连续相和分散相分别在压力驱动下流入微流控芯片，在液滴形成区域产生单分散的单相液滴；
(2)在物理或化学因素刺激下，单相液滴逐渐进化成为单分散的复杂液滴。
2.根据权利要求1所述的一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，其特征在于，所述连续相为氢碳油、氟碳油中的一种或几种混合。
3.根据权利要求1所述的一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，其特征在于，所述分散相为二元或多元混溶体系。
4.根据权利要求1所述的一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，其特征在于，所述压力驱动方式为蠕动泵、注射泵、气压、液压、重力中的一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，其特征在于，所述微流控芯片的材质为聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、环氧树脂、聚氨酯中的一种或几种复合。
6.根据权利要求1所述的一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，其特征在于，所述单分散性为液滴尺寸的变异系数在0.1％～15％之间。
7.根据权利要求1所述的一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，其特征在于，所述单相液滴的组分分布可以均匀或不均匀。
8.根据权利要求1所述的一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，其特征在于，所述物理因素为挥发、扩散和温度变化中的一种或几种复合。
9.根据权利要求1所述的一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，其特征在于，所述化学因素为一种或多种化学反应的复合。
10.根据权利要求1所述的一种液-液相分离诱导的微流控复杂液滴制备方法，其特征在于，所述复杂液滴为Janus液滴、核-壳液滴、多核液滴、多层液滴中的一种或者几种形貌复合。
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