微流控技术可控制备异形微颗粒功能材料的研究进展

异形功能性微颗粒由于具有独特的散射、流变和凝结等特性,被广泛应用于工业和临床医学等领域。微流控技术作为一种新兴的微流体操控技术,能够连续可控地制备尺寸均一、结构和功能多样化的微尺度材料。近年来,利用微流控技术制备异形功能微颗粒成为研究热点。主要综述了利用微流控技术制备多面体结构、棒条状、子弹形、多腔室结构、孔-壳形和螺旋形微颗粒功能材料的研究新进展,重点介绍了基于微流控通道的尺寸和形状的限制作用、基于微流控构建层流模板的可控光刻蚀、基于表面活性剂的种类或含量辅助诱导多重乳液反浸润过程和对利用微流控技术制备的单分散液滴进行二次操作制备异形微颗粒功能材料等方面的研究现状。     

微流控液滴模板法可控构建功能微颗粒材料

功能微颗粒材料因其微型化和多功能化等优点而在诸多领域具有广泛的应用。微流控技术作为一种崭新的材料制备技术平台,在可控构建功能微颗粒方面展现出了传统制备技术所不具备的独特创造性和优越性。综述了近年来基于微流控液滴模板来可控构建面向化工、医药、储能、环境等领域的多样化功能微颗粒材料的研究新进展。重点介绍了如何基于微流控乳液液滴模板的结构组分设计来理性设计和可控构建多孔结构球形微颗粒、腔室结构球形微颗粒、多样化结构非球形微颗粒等功能微颗粒材料,探讨了基于微颗粒的微观结构和化学组成的耦合来构筑其独特功能特性的设计策略,展望了微流控技术在可控构建新型功能微颗粒材料方面的未来发展趋势。     

微流控法制备新型微颗粒功能材料研究新进展

微颗粒功能材料在药物传送与控制释放、活性物质封装保护、微反应以及微分离等方面具有极其广泛的应用。相对于传统的微颗粒制备方法,近年来发展起来的微流控技术为可控制备具有不同结构和功能的单分散微颗粒功能材料提供了一个更为优越的技术平台。综述了微流控法制备新型微颗粒功能材料的研究新进展,重点介绍了利用微流控法可控制备具有良好单分散性的球形、非球形、中空型、核-壳型、孔-壳型以及多腔室型功能微颗粒的研究现状。     

微流控法制备新型微颗粒功能材料研究新进展

微颗粒功能材料在药物传送与控制释放、活性物质封装保护、微反应以及微分离等方面具有极其广泛的应用。相对于传统的微颗粒制备方法,近年来发展起来的微流控技术为可控制备具有不同结构和功能的单分散微颗粒功能材料提供了一个更为优越的技术平台。综述了微流控法制备新型微颗粒功能材料的研究新进展,重点介绍了利用微流控法可控制备具有良好单分散性的球形、非球形、中空型、核-壳型、孔-壳型以及多腔室型功能微颗粒的研究现状。     

微流控模板法制备功能化非球形微颗粒研究新进展

功能化非球形微颗粒在生物医药、吸附、传感与检测等方面具有非常广泛的应用。相对于其他非球形微颗粒制备方法,近年来兴起的微流控技术,由于对微尺度流体具有超灵敏的操控特性,在制备和精确调控微米级功能材料方面具有很大的优势。通过精确控制流体在微尺度通道内的流动和剪切,微流控技术可以实现多种形态和结构的微尺度流体、乳液和纤维的可控构建,为非球形微颗粒的可控制造提供了优良的模板。同时,通过在制备过程中引入功能性材料,这些非球形微颗粒将具备更多的功能,从而极大地拓展和丰富了其应用范围。本文综述了近年来采用微流控技术制备功能化非球形微颗粒的研究新进展,重点介绍了以微流控技术构建得到的微流体、多相乳液及微纤维为模板可控制备功能化非球形微颗粒的研究现状。     

微流控法可控构建微尺度功能材料

微尺度功能材料的功能取决于材料结构和组分的精确协同匹配,但如何实现微尺度空间上多样化材料结构的精确调控和功能组分的精确协同定位仍是一大挑战。本文综述了微流控法可控构建新型微尺度功能材料的研究新进展,重点介绍了基于微流控制备的微尺度相界面体系中材料结构和组分的精确协同匹配来设计构建具有独特结构和功能的微尺度功能材料的新策略。首先介绍了以液滴状和液流状微尺度相界面体系为模板,分别可控构建具有多样化结构的功能微颗粒和微纤维的进展;然后介绍了以微通道受限空间内微尺度相界面体系为模板、原位可控构建微通道膜和功能微阀的进展。今后研究应关注于微尺度相界面体系的结构扩展创新及其规模化制备技术。     

微流控乳液模板法构建功能微颗粒过程中介尺度结构定向调控的研究进展

功能微颗粒材料因其微型化和多功能化等优点而在诸多领域具有广泛的应用。微流控技术可控制备的多样化乳液液滴体系为功能微颗粒材料的创新设计与可控制备提供了优良而独特的模板。深入研究乳液模板法构建功能微颗粒材料过程中介尺度结构的形成与演变规律，以及液滴界面介尺度结构与乳液动力学行为、界面传质与反应耦合对微颗粒介尺度结构的影响规律等，对于实现乳液模板结构调控与新型功能微颗粒材料创新制备具有重要意义。本文主要综述了微流控乳液模板法构建功能微颗粒过程中介尺度结构定向调控的研究进展，着重涵盖了两方面内容：（1）微流控法可控制备乳液模板的过程中，液滴界面两亲分子聚集态介尺度结构的调控与液滴运动、吞并、融合、相界面定向演变等动力学行为之间的相互影响关系和调控机制，以及上述调控对液滴形貌、结构和组成的影响规律；（2）乳液模板制备功能微颗粒的过程中，界面传质、反应，及两者耦合对微颗粒介尺度结构的定向调控，以期为新型功能微颗粒材料的高效制备与性能强化提供科学指导。     

微流控法构建微尺度相界面及制备新型功能材料研究进展

微流控技术由于具有优异的流体微尺度相界面调控能力,是实现微结构精确可控的新型功能材料的设计制备与性能调控的重要新兴手段。本文介绍了微流控技术可控构建稳定相界面结构的两大体系：一是具有封闭液-液相界面的乳液液滴体系;二是具有非封闭层状和环状液-液相界面的层流体系。回顾了利用微流控技术构建的这两类稳定相界面结构体系制备三大类功能材料的研究进展：一是利用乳液液滴体系制备微球微囊材料;二是利用层状层流体系制备微通道膜材料;三是利用环状层流体系制备超细纤维材料。指出微流控技术为实现功能材料的小尺度化、薄膜化、纤维化、多功能化、材料元件一体化等带来了新的机遇,提出应进一步深入系统地认识液-液相界面设计与调控以及功能材料合成过程的基本规律和机理。     

液滴微流控的集成化放大方法研究进展

相比于传统乳化方法,液滴微流控技术可以在微通道内可控制备单分散液滴模板用于合成各种功能微球,被广泛应用于生物、医疗、制药、环境等领域。由于单个液滴制备微流控单元的产量低,液滴微流控的集成化放大成为了液滴微流控技术面向工业应用的技术难点。本文综述了近年来液滴微流控集成化放大方法的研究进展,重点介绍了不同类型液滴制备微流控单元集成化放大的研究进展,包括基于剪切力形成液滴、基于界面张力形成液滴和基于被动分裂形成液滴的液滴制备微流控单元的集成化放大方法。     

渗透诱导结构演化的微流控双重乳液为模板合成聚合物微颗粒的研究

利用渗透压诱导的水分子跨界面传质过程实现了双重乳液尺寸和结构的调控，并将可控演化的双重乳液液滴作为模板，可控制得到中空结构、孔壳结构等多种结构的功能微颗粒。利用微流控技术产生均一尺寸的双重乳液，通过在双重乳液内部液滴和外部水相中采用不同盐浓度来构建渗透压差，使得双重乳液在渗透压差驱动下经水分子跨界面传质发生收缩/膨胀过程，实现对双重乳液尺寸结构的演化和调控，推导了其在演化平衡时内部水滴尺寸的计算公式。利用不同演化阶段的双重乳液为模板，成功制得了具有中空结构和孔壳结构且壳层具有多孔结构的聚合物微颗粒。该研究为新型聚合物微颗粒的设计和可控构建提供一种有效策略。     

Fabrication of crescent-shaped ceramic microparticles based on single emulsion microfluidics

Ceramic microparticles have great potentials in various fields such as materials engineering, biotechnology, microelectromechanical systems, etc. Morphology of the microparticle performs an important role on their application. To date, it remains difficult to find an effective and controllable way for fabricating nonspherical ceramic microparticles with 3D features. This work demonstrates a method that combines UV light lithography and single emulsion opaque-droplet-templated microfluidic molding to prepare the crescent-shaped ceramic microparticles. By tailoring the intensity of UV light and flow rate of fluid, the shapes of microparticles are accordingly tuned. Therefore, varieties of crescent-shaped microparticles and their variations have been fabricated. After sintering, the crescent-shaped alumina ceramic microparticles were obtained. Benefitting from the light absorption and scattering behavior of most ceramic nanoparticles, this system can serve as a general platform to produce crescent-shaped microparticles made from different materials, and hold great potentials for applications in microrobotics, structural materials in MEMS, and biotechnology.     

负载酶@ZIF-8复合物的聚合物微颗粒可控制备

通过仿生物矿化法在微流控法制备的均一聚丙烯酰胺-共聚-丙烯酸水凝胶（PAM-AA）微颗粒上原位生长酶@ZIF-8纳米颗粒,本文成功构建了具有优良催化性能、储存性能和环境耐受性能的酶@ZIF-8/PAM-AA微颗粒。该微颗粒的平均粒径为559.97μm,CV值为2.17%,具有良好的单分散性。在该微颗粒中,酶@ZIF-8纳米颗粒主要原位生长于微颗粒的表面,有利于其有效地与底物接触进行催化反应。以过氧化氢酶为典型的酶研究该微颗粒的催化性能发现,该微颗粒在具有良好催化性能的同时还展现出良好的储存性能和环境耐受性。该微颗粒分别经30min的80℃热处理、紫外线照射或胰蛋白酶处理后,仍能保持约75%的相对活性;此外,微颗粒在常温下经过7天后,其酶活性几乎维持不变。该工作为设计和构建具有优良性能的新型酶固定化功能微颗粒提供了一种新策略。     

Recent developments in scale-up of microfluidic emulsion generation via parallelization

Microfluidics affords precise control over the flow of multiphasic fluids in micron-scale channels. By manipulating the viscous and surface tension forces present in multiphasic flows in microfluidic channels, it is possible to produce highly uniform emulsion droplets one at a time. Monodisperse droplets generated based on microfluidics are useful templates for producing uniform microcapsules and microparticles for encapsulation and delivery of active ingredients as well as living cells. Also, droplet microfluidics have been extensively exploited as a means to enable highthroughput biological screening and assays. Despite the promise droplet-based microfluidics hold for a wide range of applications, low production rate (<<10mL/hour) of emulsion droplets has been a major hindrance to widespread utilization at the industrial and commercial scale. Several reports have recently shown that one way to overcome this challenge and enable mass production of microfluidic droplets is to parallelize droplet generation, by incorporating a large number of droplet generation units (N>>100) and networks of fluid channels that distribute fluid to each of these generators onto a single chip. To parallelize droplet generation and, at the same time, maintain high uniformity of emulsion droplets, several considerations have to be made including the design of channel geometries to ensure even distribution of fluids to each droplet generator, methods for large-scale and uniform fabrication of microchannels, device materials for mechanically robust operation to withstand high-pressure injection, and development of commercially feasible fabrication techniques for three-dimensional microfluidic devices. We highlight some of the recent advances in the mass production of highly uniform microfluidics droplets via parallelization and discuss outstanding issues.     

超分散剂的研究进展

超分散剂广泛应用于超微粉体的制备、储存与使用过程中,能够保持超微粒子的高度分散状态和优良性能。对超分散剂的最新研究进展进行了综述,结合超分散剂的结构特点和分散作用机理,重点介绍了其合成与应用。