这是Microblox的第67篇微流控推文。

引言

在过去几十年中，核-壳结构微胶囊已广泛用于制药、化妆品与食品等行业中的材料递送与释放。将活性药物成分（API）包封于核-壳微胶囊中具有多重价值，例如掩味除臭、实现药物控释等。在药剂学领域，利用具有生物相容性的固体壳层来保护并定向递送药物、营养物质甚至活细胞（靶向特定位点）的方案，是当前研究的热点方向之一。

图1：固体核-壳结构的定义

然而，传统的微包封方法（如复凝聚、喷雾干燥、溶剂挥发等）往往需要复杂的工艺与设备，且难以精确控制微胶囊的尺寸与载药/载量。

相比之下，微流控技术可以制备单分散的双重乳液，从而得到尺寸与结构高度可控的单分散微胶囊。微流控工具还可用于构建不同组成的胶囊体系。借助该技术，可包封水相或油相：包封水相时，胶囊内可装载蛋白质或活性药物成分（API）；而含有亲脂性或难溶于水药物的油相也同样可被包封。此外，根据壳层材料/组成的不同，胶囊还可用于酸触发的胃部递送或其他递送方式。

本应用笔记使用聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）来制备胶囊。PEGDA 属于可光交联的水凝胶基体，因其在生物医学领域的广泛应用而为人熟知，包括组织工程与再生医学、药物递送、肿瘤治疗以及生物传感等方向。本文对光引发剂开展对比研究：光引发剂作为加入 PEGDA 的化学组分，可在紫外照射下启动交联反应，用于考察其对 PEGDA 固化行为的影响。此外，本应用笔记指出，使用分子量为 250 Da 的 PEGDA（PEGDA-250）可实现对水或油的包封，这与其溶解性有关。

设备平台：PEGDA 微胶囊制备平台

PEGDA 微胶囊制备平台集成了Raydrop? 以及制备单乳液与双重乳液所需的全部组件（单/双乳制备在 Raydrop? 设备上完成）。此平台由三部分组成：机械系统、流体系统与光学系统。

图2：PEGDA 微胶囊制备平台

? 机械系统：包含 x-y-z 三轴位移台，用于调节 Raydrop? 的对焦位置与观察窗口。

? 流体系统：由流量/压力控制器、配套管路与阀门组成，可实现自动化进样。给每个储液池施加设置好的压力，将流体注入微流控芯片。每个储液池后均设置过滤器，以去除可能导致 Raydrop? 堵塞的杂质。

? 光学系统：包含 LED 光源与 USB 3.0 彩色相机。相机连接电脑，用于观察液滴生成过程、监控乳液稳定性，并测量目标尺寸（核径、壳厚等）。

部分结果

当 PEGDA 颗粒的生成过程建立并稳定后，即可进一步选择制备微珠或微胶囊。下文将结合不同光引发剂，分别展示两种制备方式。

微珠（bead）形成

首先在 Raydrop? 中制备 PEGDA 微珠。液滴在 Raydrop? 外的玻璃毛细管中输运，并在紫外模块内接受照射。经紫外照射后，固化微珠被收集到容器中，并拍摄图 3 所示显微图。

图3：不同尺寸的 PEGDA 微珠。比例尺为 100 μm

胶囊形成：光引发剂对比

为研究光引发剂对胶囊形成的影响，本文对比了三种光引发剂：Darocur 1173、TPO 与 IRGACURE 2959。所用紫外灯波长为 385 nm，光强可在最小强度 Imin（对应 3.8 mW/cm2）与最大强度 Imax（对应 39.3 mW/cm2）之间调节。

使用 DAROCUR 1173 进行交联

Darocur 1173 以 1 wt% 的浓度溶解于 PEGDA 中。在 Raydrop? 内形成“水/PEGDA/水”的双重乳液后，在紫外模块内照射，使光引发剂反应并形成固体微胶囊。

图4：采用 Darocur 1173，I_min 光强照射得到的 PEGDA 颗粒。比例尺为 100 μm

当双重乳液在I_min光强下照射时，所得胶囊不稳定，壳层会在形成后 1 分钟内破裂（见图 4）。

当以更高强度 I_max 照射时，可获得固体胶囊（见图 5）；但用镊子按压时表现出较脆的特性。

图5：采用 Darocur 1173，I_max 光强照射得到的 PEGDA 微胶囊。比例尺为 100 μm

最终发现，PEGDA 的交联需要达到一定的紫外剂量才能被诱导发生；因此存在一个强度阈值，低于该阈值时胶囊将无法固化。

结论

PEGDA 微胶囊因其良好的生物相容性而具有应用价值。本应用笔记表明，借助PEGDA 微胶囊制备平台，可较为便捷地制备 PEGDA 微珠与微胶囊。对三种不同光引发剂的研究与对比进一步强调了：光引发剂的选择会显著影响最终颗粒的机械强度与稳定性。

注：以上内容为应用笔记部分内容，如需全文请联系我们。

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