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外文资料的调研阅读报告或书面翻译
利用微流体设计乳化液
RhuteshK.Shaha,HoCheungShuma,AmyC.Rowata,DaeyeonLeea,JeremyJ.Agrestia,AndrewS.Utadaa,Liang-YinChua,b,Jin-WoongKima,c,AlbertoFernandez-Nievesa,d,CarlosJ.Martineza,e,andDavidA.Weitza,f*
aSchoolofEngineeringandAppliedSciences,HarvardUniversity,Cambridge,MA02138,USA
bSchoolofChemicalEngineering,SichuanUniversity,Chengdu,Sichuan,610065,China
cAmore-PacificR&DCenter,314-1,Bora-dong,Giheung-gu,Yongin-si,Gyeonggi-Do,446-729,Korea
dSchoolofPhysics,GeorgiaInstituteofTechnology,Atlanta,GA30332,USA
eSchoolofMaterialsEngineering,PurdueUniversity,WestLafayette,IN47907,USA
fDepartmentofPhysics,HarvardUniversity,Cambridge,MA02138,USA
*E-mail:
weitz@seas.harvard.edu
摘要:
我们介绍了利用微流体控制加工单分散乳化液的新进展。
我们利用玻璃毛细设备以极高的精度制造出单重,双重和更高重的乳化液。
这些乳化剂是生产良好可控粒子和功能囊泡理想的基础。
二甲基硅油微流体设备也被用于制备皮升尺度下的水型乳化油,其生产速度高达到每秒10000个液滴。
这些乳化液通过在每一滴液滴中封装入单细胞、基因或者反应物,可在如微血管这种高通量选择性强的场合中具有极大的应用潜力。
乳化液是两种不相容液体的混合,其中一种液体以小液滴的形式分散于另一种以连续相形式存在的液体中1-4。
通常的乳化形式包括油在水中型(oil-in-water,O/W),如牛奶;同时还包括水在油中型(water-in-oil,W/O),如黄油。
乳化液在许多场合有着重要的应用,如大分子运输5-8,采油9,10,食品加工11,12以及有害物质处理13。
原生产物或者表面活性剂在长期保持乳化液稳定方面不可或缺:
表面活性剂分子迁移到液—液界面以防止液滴的聚合1,2。
大多数传统的乳化液制造方法是通过人工或者机械的搅拌来对液体产生剪切力或者冲击力,从而使其破碎成小液滴。
但是,这样的作用力在整个系统中是不一致的,同时也不能很好地进行控制。
这种方式制造出来的乳化液,其液滴的尺寸差异很大。
为了能够更好地控制液滴的尺寸和分散程度,人们开发和优化了多种制造乳化液的方法,诸如薄膜挤压14,15,粘弹性剪切16,17,微通道乳化18以及微流线生成19等。
然而,更好地控制液滴的尺寸和分布依然是一个重要的目标。
微流体器件提供了多样的制造乳化液的途径。
相对于大尺度下的乳化方法,微流体器件通过每次精确地生成一个液滴来制造乳化液。
这种方式可以制造出高度单分散化的乳化液。
微流体技术中最吸引人的特点之一是可以制造出双重,三重甚至更高重的乳化液,同时被封装液滴的尺寸和数量可以以意想不到精度来操纵20,21。
我们将突出介绍一些我们实验室所取得的进展,这些进展均是采用上述通过微流体器件来制造受控乳化液的方法而取得的。
尽管我们着重于利用毛细微流体器件来制造乳化液,但我们也将简要介绍利用光刻技术生产的微流体器件在乳化液制造方面的情况。
另外,我们也将展示这些乳化液在不同领域中的应用(图1)。
其中包括制造出单分散的囊泡,液晶外壳以及不同内部结构的颗粒。
图1利用微流体制造出的受控乳化液应用概览
在微流体器件中的可控单重乳化液
液滴在微流体器件中形成的方式可以用一个水龙头作为例子来解释。
如果我们以很低的流量打开水龙头,水会以每次一滴的形式流出。
液滴的尺寸是滴下液滴表面力与重力平衡的结果,同时,也取决与流体表面的张力和水龙头的尺寸。
如果表面张力和水龙头的尺寸都不变,所有从水龙头滴出来的液滴其尺寸差异将会很小。
但是,如果我们提高通过水龙头的水流量,则流体将会连成一条线或者射流。
尽管这个射流最终也还是会破碎成一颗颗液滴,但是这些液滴地尺寸差异将会非常的大22-25。
同样的原理可以应用于尺度在数十微米的微流体通道中。
水龙头和微流体器件主要的区别在于前者是在空气中形成液滴而后者是在另一种不相容液体中形成液滴。
我们首先将介绍上述的原理是如何在毛细微流体器件中应用的,然后再介绍其在更传统的以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料制作的设备中的应用情况。
毛细微流体器件
毛细微流体器件由一套同轴的毛细玻璃管组成。
该装置一个固有的优点是它们的浸润性可以通过适当地使用表面改性剂发生表面反应来简单精确地控制。
例如,使用十八烷基三甲氧基硅烷将使得玻璃表面疏水,而使用2-[甲氧基(聚乙烯氧基)丙基]三甲氧基硅烷将使得表面亲水。
此外,这些装置具备了建立真正三维流动的独特能力,这点在本文所论述的应用中十分重要。
我们先从一个外径为1—2mm的圆形玻璃毛细管开始。
毛细管被加热后,利用一个吸拉管来制造出一个圆锥形的几何外形,其最终端是个完好的出口,这就是我们所谓的“水龙头”。
这个被精确拉制的圆毛细管被小心地置入一个方形的玻璃毛细管中,从而形成了一个简单的微流体装置。
选择外径与方毛细管内宽度一致的圆毛细管能够保证两个毛细管的同轴性。
一种流体从圆毛细管内部流过同时另一种流体以相同的方向在方形毛细管中流过,形成了含有两种流体的同轴流体(图2a)。
这样设置的结构被成为同流结构。
当流体的流量较低时,在毛细管口尖端将会定期生成独特的单分散液滴,这个过程被成为滴出(图2b和2d)26,27。
如果任何一个流体的流量超过了临界值,其结果便是形成一条射流,即一条由内流体形成的流体线,并在下游形成液滴(图2c)。
通常这些液滴间的尺寸会有较大差异,这是因为液滴在射流被分割的位置会各有不同。
图2在同流微流体装置中的单乳化液。
(a)利用一套同流微流体装置制造液滴的示意图。
尖头表示流体和液滴的流动方向。
(b)在低流量(滴出模式)下液滴的形成。
(c)在保证离散相流体的流量恒定的同时将连续流体的流量提高超过阈值从而形成一条窄细的射流。
(d)用微毛细装置制造出的单分散液滴。
另外一种在毛细器件中形成液滴的结构被成为流动汇聚结构20,28。
相对于同流毛细装置,流动汇聚结构中,两流体分别从同一个方形毛细管的两边注入,其流向相反。
根据流体力学原理,内流受到外流的挤压而集中进入圆形毛细管的锥形窄口,如图3所示。
在滴出条件下,内流在进入圆形管口后迅速形成液滴,而在射流条件下,液滴在较远的下游形成26,27。
这种方法的主要优点是其能够让我们制造出尺寸小于管口的单分散液滴。
这种装置在制造小液滴(直径1—5μm)时十分有用,尤其对于那些颗粒悬浮液,在同流结构中,那些粒子可能会在管口处发生堵塞29。
而使用一个管口更大的毛细管则减少了悬浮颗粒或其他碎片在管口尖端发生堵塞的可能。
图3用于制造液滴的流动汇聚微毛细装置示意图
采用平版印刷技术制造出的微流体装置
一些采用了由半导体技术制造出的传统微流体设备也可以用来有效地制备单乳化液。
一种重要的方法是利用软光刻技术,在PDMS硅橡胶中刻蚀出预先画好的通道30,31。
通过在这种由PDMS制成的微通道设备中集成一个流动汇聚结构,可以用来在受控的流体中制造单分散的乳化液(图4)32。
这种方法最吸引人的特点在于其很容易进行大规模生产。
只需将一个模板设计好,便可以利用这种印制技术制造出大量的微流体装置。
另外,光刻技术还能制造出高度复杂的通道,可使其在上游调整流体的流动同时在下游操纵生成的液滴,可以将多种功能集成于一个装置中。
例如,液滴可以通过可控的方式分裂成更小的液滴,其尺寸可以是单一的也可以是两个不同的尺寸33。
相反,液滴也可以通过电合并的方式有选择地融合成大液滴34。
这种特性在许多化学和生化领域有着十分有益的应用,如在微流体系统中的酶检测,酶抑制剂化验以及蛋白质翻译检测。
尽管有上述的优点,PDMS硅橡胶与多数常见的有机溶剂不兼容35,这便限制了这种装置在材料合成中的应用。
目前,人们正努力在PDMS通道表面增加具有相对惰性的涂层,但是这些技术任然处于起步阶段。
图4在PDMS装置中单乳化液的形成:
(a)利用流动汇聚生成液滴;(b)在装置下游形成的单分散液滴阵列所成的像。
标尺长度为50μm。
液滴以10kHz的频率制造。
在微流体器件中的可控多重乳化液
多乳化液是一个多级系统,其中分散的液滴内含有更小的液滴。
它可用于化妆品36,37,缓释药物6-8和食品11,38,39的可控封装及缓释材料的制作。
在这些应用中,对乳液颗粒尺寸和结构的精确控制是非常必要的40,因为这些特性将会直接影响到被封装物质封装的水平以及释放时的动力学行为。
尽管利用PDMS装置制造这些乳化液是可能的,但是这需要对PDMS通道的润湿性进行高度复杂和困难的空间控制41。
相反,玻璃毛细微流体装置可以更容易地用来制造多乳化液;这些装置的表面润湿性可以很容易地进行修改,同时,溶剂的相容性问题实际上是不存在的20。
图5在微流体装置中双乳化液的形成。
(a)包含了同流和流动汇聚两种方式的微流体装置示意图。
(b)采用顺序双同流乳化方式的装置示意图。
(c)包含数量受控的单分散乳化液滴的单分散双乳化液在光学显微镜下的图片。
(d)每列展示的是在双乳化液滴中内液滴直径受控增加而数量保持不变。
标尺长度为200μm。
其中,一种包含了同流和流动汇聚结构的玻璃毛细装置可被用来制造双乳化液20(图5a)。
在这个装置中包括了两根圆形毛细管,其以端部对端部的形式放置于一个方形毛细管中。
方形管的内径应保证与圆管外径相同,这样我们才能得到较好的同轴对准度。
内流体被从圆锥形毛细管口挤出,同时与内外流体均不相容的中间流体以与内流体同向的方式从圆毛细管外部流过。
最外层流体以相反的方向从毛细管外部流过同时根据流体力学原理,外流体在其回流的端部将由两流体组成的同轴流体压缩集中。
当这三种流体流入收集管后,便制造出了极好的双乳化液。
一种更灵活的设计利用同流形式逐步进行乳化从而制造出双乳化液21(图5b)。
该装置采用了两套顺序放置的同流乳化装置,其中包括了一个入射管,它插入到一个过渡管中。
过渡管的另一端同样被制成圆锥型并且插入第三根同轴对心的毛细管中,即收集管。
最内部的流体流出入射管后在过渡管中被同轴流动的中间流体乳化。
单乳化液在收集管中被从方形外流管注入的最外层同轴流动流体进一步乳化(图5b)。
外部液滴和内部液滴的尺寸与数量可以通过调节各管口的直径或者三种流体的流量来精确调整。
封装着不同数量和尺寸液滴的双乳化液在光学显微镜下的图片如图5c和图5d所示。
传统的在大尺度下制作双乳化液的方法不可能实现液滴这样的一致性和可控制性14,42-44。
顺序生成乳化剂的方法具有极好的拓展性:
通过简单地增加更多的乳化阶段可以制造出更高重的乳化液。
为了说明这点,我们通过增加第三道同流阶段制造出了单分散的三重乳化液,如图6a所示。
正如双重乳化液的情况一样,可以在每一级有效地控制相应液滴的直径和数量,如图6e所示,在生成的三重乳化液系列中,在一个外液滴中可生成最多7个内层液滴和最多3个中间液滴21。
图6在微流体装置中三重乳化液的形成。
(a)扩展后用于制造单分散三重乳化液的微流体装置示意图。
(b)—(d)利用高速摄像机拍摄的光学显微图像,(b),(c),(d)分别为三重乳化的第一,第二,第三阶段。
(e)包含数量受控的中间液滴和内液滴的三重乳化液光学显微图像。
应用
被制造出的单分散乳化液,其内部结构可以被精确设计,由此也导致了新型的合成与制造技术的发展。
在图1中,我们展示了一些受控乳化液的应用情况,这些乳化液都是利用微流体制造出来的。
在接下来的部分中,我们将详细介绍这些乳化液是如何被量身定制出来,从而满足某些特殊应用的要求的。
功能性囊泡的制造
囊泡,在传统的意义中是指包裹了一定体积液体的两亲双分子层。
它们是理想的用于封装和以可控的方式释放药物或者其他大分子的结构。
这是由于它们的力学特性,透气性和选择性可以通过调整其壁厚或化学组成来实现。
也可以通过简单地使用不稳定的双层结构来实现被包裹的材料在设定的时间和地点急速释放。
传统的囊泡制备技术多是通过给两亲的分子干片补液实现的45-47。
补液使得分子组装成层,这些分子层可合成囊泡或者其他有序结构,如胶束或蠕虫状胶束。
然而,这种方法形成的结构尺寸差异十分大。
利用这种方法封装活性物质,可以在囊泡形成的同时,通过将物质溶解于补液来实现,也可以在囊泡形成之后,通过渗透的方法,将物质渗透入囊泡中。
但是,无论使用哪种方式,封装的效率都是很低的(一般小于35%)48-50。
较大的尺寸差异以及较低的封装效率,限制了这种结构在封装和可控释放方面应用的推广。
我们已经开发出了替换的方法,通过使用高度单分散的双乳化液作为模板,制造出高封装率的单分散囊泡。
例如,我们制造出了一种水-油-水(water-in-oil-in-water,w/o/w)的乳化液。
它使用一种包含了双亲分子的有机溶剂作为中间液体,同时,使用待封装物质的水溶液作为内层液体。
双亲分子稳定了两个油-水界面,一个是内层液体和外壳的界面,另一个是外壳与连续相的界面。
随后,将油相蒸发去除,便可制出具有稳定双层膜的囊泡统一群。
由于我们可以精确地控制内部液滴的尺寸,我们可以在每个囊泡中准确地封装等量的活性物质。
另外,由于最内层和最外层的流体是始终分开的,封装的效率可达100%,前述的所有损失机制在这里都无效了。
图7利用微流体装置制造聚合物体。
(a-d)从双乳化液到聚合物体的形成过程的光学显微照片。
(a)中间流体层,一种挥发性有机溶剂,能被清楚观察。
(b,c)当溶剂从中间层蒸发时,内层与外层流体光学系数的匹配导致液滴在亮背景显微成像的消失。
图a-c拍摄间隔为3分钟。
标尺长度为40μm。
(d)聚合物体的相显微成像。
标尺长度为30μm。
(e)显示出溶液剂从双乳化液滴蒸发时去湿的光学显微图像。
(f)在嵌段共聚物链薄层处发生有机相浸润的双乳化液液滴拟议结构示意图。
我们通过以二嵌段聚合物,聚丙烯酸正丁酯-b-聚丙烯酸(PBA-PAA)为材料通过使用毛细微流体设备制造单分散的聚合物囊泡,又称聚合物体(polymersomes)来说明这种实验方法。
51PBA是一种疏水性聚合物而PAA是亲水性聚合物。
于是,当把包含了PBA-PAA的油作为中间相去制造w/o/w双乳化液时,嵌段的共聚物链迁入两个油/水界面中,从而稳定了双乳化液。
在蒸发了有机油相后,PBA-PAA自组织成一个囊泡。
图7a-7d显示了在光学显微镜下观察到的从双乳化液滴到聚合物囊泡的过程。
随着油相的蒸发,光学对比度会消失。
由于内层部分和外层环境都是水溶液,这使得在显微镜的亮背景下观察液滴变得困难(图7a-7c)。
但是,若改用相差显微镜成像,便可清晰地观察到聚合物囊泡的结构(图7d)。
这些聚合物囊泡在一定的渗透压下会破裂,显示了其具有一个坚固且有一定弹性的结构。
51
另一个功能性囊泡的例子,是我们现在正用复乳化液技术制造的脂质体,含双磷脂层的囊泡。
磷脂,构成了自然界中发现的大多数生物膜如原生质膜,其具有极性亲水基头和疏水尾,在水环境中能自组装成双层结构。
它们提供了一个极好的研究生物膜物理性能的模型系统同时在封装和药物靶向运输方面也有很大的潜力,因为它们具有完全的生物相容性。
然而,由于脂质囊泡比聚合物体更脆弱,它们的制备过程需要更加精细。
在利用这些微流体技术制造聚合物体或脂质体的过程中,双亲分子的浓度是一个关键的控制变量:
如果其浓度低于全部包裹油-水界面所需的量,囊泡将会不稳定。
因此,需要保证微量过剩的双亲分子浓度。
在最近的研究中52,我们利用过量的嵌段聚合物聚苯乙烯-b-聚(环氧乙烷),PS-PEO制造了聚合物体。
在溶剂蒸发时,外壳的一边观察到了油明显的下降(图7e)。
这是由于过量的嵌段聚合物导致的去湿过渡,产生了相互消耗,使得有机相在对共聚物双层膜处发生了部分浸润(图7f)。
最后,油相被完全蒸发后,在聚合物囊泡相应的一边留下了一个较厚的聚合物小区域。
这样的不均匀性可以通过减小嵌段聚合物的过剩量来削弱。
52
微颗粒的制造
利用毛细微流体装置可以被用来制造单分散球形微颗粒。
这点我们已经通过在毛细微流体装置中使用聚(异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)发生原聚合反应制造单分散微凝胶而证实了。
53,54PNIPAm微凝胶是一种由异丙基丙烯醯胺单体和交联剂聚合的温敏交联聚合物颗粒。
聚合反应以化学反应开始,在高温下进行(~70°C)。
但是,若使用催化剂,可以使反应在室温下立即进行。
利用这高速反应的动力学机制结合微流体器件隔离流体直到液滴形成的特点,我们已经制成单分散的PNIPAm微凝胶。
使用一个双乳化液毛细装置,我们驱动一个包含NIPAm单体,交联剂和催化剂的溶液为中间相流体;内相是包含反应引发剂的水溶液,外相包含硅油。
包含中间和内部流体的单分散液滴在收集管中形成,如图8a所示。
当催化剂与引发剂在液滴内接触,便启动了一个聚合单体的氧化还原反应,反应生成单分散的微凝胶(图8b)。
在这个装置中,注入管(含有内层流体的毛细管)略微伸入收集管。
这使得在催化剂和引发剂在相遇之前液滴就形成了,这样就消除了由于单体在不恰当的时机聚合从而堵塞收集管管口的可能性。
图8单分散颗粒在微流体装置中的示意图。
(a)在毛细装置中的前微凝胶的生成。
插图表示了装置的结构。
外流体(OF)为硅油。
中间流体(MF)为包含NIPAM单体,交联剂,催化剂和其他功能性化学成分的溶液。
内流体(IF)为包含了反应引发剂的溶液。
(b)用该设备制备的用异硫氰酸荧光素(FITC标记)标记PNIPAm的微凝胶荧光图像。
(c)通过溶解嵌入的聚苯乙烯球而形成的含有空洞的PNIPAM双乳化液凝胶。
(d)通过包含有单硅油滴的双乳化液前微凝胶制备的微凝胶壳,在利用FITC标记后的荧光显微图像。
(e)通过双乳化液交联氧化还原反应制备的壳体通过机械破坏后的硬质壳的扫描电镜显微图像。
这种方法可以用来制造有不同内部结构的微凝胶。
作为例子,我们通过两个步骤制造出了包含嵌入空洞的单分散微凝胶。
53第一步,通过在单体水溶液中混合入小微球,从而将这些固体微球嵌入到微凝胶中。
第二步,把这些微凝胶浸入在合适的溶液中,将这些嵌入的固体球溶解掉,从而制造出包含相同尺寸空洞的微凝胶(图8c)。
这种含有空洞的微凝胶相对于那些不含空洞的微凝胶,对温度变化的响应会更快。
53
制作固体微凝胶的过程也可改进用来制造包含统一核-壳结构的微凝胶胶囊。
54这种方法需要在油水油(o/w/o)双乳化液的形成中,其中间相为包含NIPAm单体,交联剂和引发剂的水溶液,内相为包含着催化剂的油。
当液滴形成后,催化剂从内部的油相扩散到周围的单体混合物中,从而启动了聚合反应,生成具有一个核-壳结构的微凝胶胶囊(图8d)。
在另一项研究中,我们通过光聚合反应,将存在于水油水(w/o/w)乳化液中间相的紫外固体聚合单体聚合成了固体聚合物壳体。
20,26这个固体的核-壳形貌已经通过电镜下观察破裂颗粒的结果证实了(图8e)。
图9可快速释放被封装材料的温敏水凝胶微胶囊。
该胶囊通过三重乳化液制成。
(a)包含着一个温敏水凝胶壳体,壳体封装着一个油核,核中又有若干水滴的微胶囊光学显微图像。
(b-e)表现微胶囊在温度快速地从25到50摄氏度时变化的时序光学显微图像。
时序图相自温度到达50摄氏度时起。
在热量的作用下,温敏水凝胶壳迅速收缩和排水;但是,由于内油核不可压缩,水凝胶壳破裂并迅速的将最内部的水滴释放到外部的连续油相中。
标尺长度为200μm。
复乳化液技术也可以用来生产具有复杂结构的新型粒子。
为了说明这点,我们用一个水油水油(w/o/w/o)三重乳化液结构来制造包含这水溶液和油相的温敏微凝胶胶囊。
21我们使用含有表面活性剂的油作为外流体,水作为最内部流体。
中间流体(II)为单体,交联剂和引发剂的水溶液,内中层流体(I)为包含反应催化剂的油。
当在中间流体(I)的催化剂扩散到外部的水溶液壳中时,壳中的单体便聚合成一个固体胶囊。
这个生成的微胶囊包含了一个温敏水凝的外壳和封装了一个有着若干水滴的油核(图9a)。
从25摄氏度加热到50摄氏度,温敏的水凝胶壳迅速地收缩和排水。
但是,由于内层的油核是不可压缩的,水凝胶壳破裂并迅速的将最内部的水滴释放到外部的连续油相中(图9b-9e)。
这个结构保护了在水凝胶壳里的水液滴,直到温度诱导释放21,故而,这在活性物质可控释放方面将极为有用。
液晶壳
双乳化液技术也可以用来制造液晶壳。
为获得液晶壳,液晶需与适当的溶剂混合来减小其粘度同时使其各向同性。
这个混合物作为在内外溶液相间的中间相。
在双乳化液制成后,将溶剂蒸发,便留下了液晶壳(图1)。
壳的厚度和大小可以由流体的流量来控制。
我们限于球形壳的液晶基础研究表明,这些液晶中缺陷结构的形式和数量随着壳体厚度的改变而改变。
对于非常薄的壳体,许多之前并未发现的缺陷已经被观察到了。
55
液滴和凝胶在生物学方面的应用
除了制造出新型的材料外,尺寸和组成上能被精确控制的微流体乳化液在生物学的研究中也有着巨大的潜力。
此处,我们分别介绍单乳化液和双乳化液在生物学中的应用。
使用PDMS微流体装置,我们可以以高达1—10kHz的产率制造单分散的水滴56。
这些液滴皮升量级的体积能在实现高通量筛查的同时,相对于传统的筛查技术,能极大的减小反应规模以及试剂的花费。
另外,这些皮升尺寸的液滴堪比于单细胞,其中,单一核酸,蛋白质以及整个细胞都处在与功能相应的含量中。
例如,在15微米液滴中的一段基因,其含量为几皮摩尔。
我们已经开发出一系列的装置用来融合液滴34,培育它们,检测封装的反应物57以及操纵液滴的位置56,58。
所有这些操作都可以在PDMS微流体装置中进行,使得这些液滴被用来作为高通量化学反应的单独反应器或其他筛检应用。
我们也可以用乳化液作为合成具有生物相容性的固体凝胶颗粒的模板,它可以为生物材料提供支架,例如细胞。
为了对其进行说明,我们利用水油水(w/o/w)双乳化液制造了一个具有生物相容性交联藻酸盐微凝胶:
其内相为藻酸盐水溶液,中间相为硅油,外相为包含着交联剂和钙的溶液59,双乳化液被制出和收集,但是它们并不稳定;当内相穿破中间相进入外相时,钙离子与藻酸盐接触,从而导致分子链的交联,最后生成了水凝胶颗粒。
通过在内相中添加酵母细胞,细胞最终被镶嵌于凝胶基质中。
由此生成的凝胶颗粒可从油相中分离出来,转移到不同的溶液中并储存起来,使其能够通用于各种应用场合。
例如,这些凝胶为固定细胞提供了一个三维的基体,同时可以实现细胞的移殖,允许营养物质进入细胞同时排出细胞的代谢产物。
60,61
结论
我们已经展示了一些新型,轻巧,具备可扩展性的技术,它们被应用在微流体装置中制造单分散乳化液。
我们的技术让我们能以意想不到的精度控制生成乳化液的结构特性。
从微粒子的制造到囊泡的形成,从化学合成到具有高通量选择性的单细胞,这些乳化液有着广阔的应用前景。
为了扩大这些乳化液的应用,必须利用工程的途径来扩大生产规模。
这点可以通过并行地布置多套微毛细设备或者用PDMS进行微制造来实现。
利用这种并行装置,产量达到每天1kg是可能的。
这样的产量对于高附加值成分商业产品的生产来说是足够了的,例如一些化妆品和药品
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