基于微流控技术的高粘度聚合物微流成型及结构调控

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聚合物微颗粒在人们的日常生活中扮演着十分重要的角色。聚合物微颗粒的材料以及结构直接决定了微颗粒的功能。因此研究聚合物微颗粒的成型及结构控制具有十分重要的应用价值。微流控芯片因其能够精确控制微米尺度下流体的流动状态,近年来常被用于制备聚合物微颗粒。但是当聚合物溶液粘度较高时,现有的微流控技术难以实现所制备聚合物微颗粒的均一尺寸分布。而对高粘度聚合物微颗粒复杂结构的调控则更加困难。针对以上问题,本文主要研究了高粘度聚合物微颗粒的均匀分散成型及结构调控技术。首先,提出了利用液滴反相技术来制备尺寸分布均一的高粘度聚合物微球。通过改变微流控芯片通道内壁亲疏水性、改变微通道表面粗糙度、设计带有台阶的微通道以及外加电场的的方法,实现了高粘度液滴的均匀分散成型,所制备的尺寸均匀的微液滴最高粘度可达到11.9 Pa·s。然后,设计了一种可控相分离材料体系。利用该体系能够使低粘度液体自发地包裹高粘度液体,形成核-壳结构的双乳化液滴,通过改变液滴的尺寸和光聚合的时刻,能够获得孔径可控的多孔以及碗状结构的微颗粒,并分析了这种可控相分离现象的演化过程和作用机理。向该相分离体系中添加模拟药物纳米颗粒,成功地制备了包裹有药物颗粒的微型胶囊;利用匀质机将相分离体系制备成尺寸与人体红细胞相仿的聚合物微颗粒。该碗状颗粒在超声场下相比声诺维微泡具有更长的回波时间,在抗癌药物运输领域有着潜在的应用价值。最后,设计了一种含有氧化锆(ZrO2)溶胶的相分离体系。通过改变温度、物质传递、聚合物聚合反应可以诱发相分离现象。此外通过改变液滴大小能够控制相分离反应和溶胶凝胶反应的平衡,实现对凝胶微球结构的调控。经过烧结,获得不同结构的ZrO2陶瓷微球。
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