這是Microblox的第67篇微流控推文。

引言

在過去幾十年中，核-殼結(jié)構(gòu)微膠囊已廣泛用于制藥、化妝品與食品等行業(yè)中的材料遞送與釋放。將活性藥物成分（API）包封于核-殼微膠囊中具有多重價值，例如掩味除臭、實(shí)現(xiàn)藥物控釋等。在藥劑學(xué)領(lǐng)域，利用具有生物相容性的固體殼層來保護(hù)并定向遞送藥物、營養(yǎng)物質(zhì)甚至活細(xì)胞（靶向特定位點(diǎn)）的方案，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)方向之一。

圖1：固體核-殼結(jié)構(gòu)的定義

然而，傳統(tǒng)的微包封方法（如復(fù)凝聚、噴霧干燥、溶劑揮發(fā)等）往往需要復(fù)雜的工藝與設(shè)備，且難以精確控制微膠囊的尺寸與載藥/載量。

相比之下，微流控技術(shù)可以制備單分散的雙重乳液，從而得到尺寸與結(jié)構(gòu)高度可控的單分散微膠囊。微流控工具還可用于構(gòu)建不同組成的膠囊體系。借助該技術(shù)，可包封水相或油相：包封水相時，膠囊內(nèi)可裝載蛋白質(zhì)或活性藥物成分（API）；而含有親脂性或難溶于水藥物的油相也同樣可被包封。此外，根據(jù)殼層材料/組成的不同，膠囊還可用于酸觸發(fā)的胃部遞送或其他遞送方式。

本應(yīng)用筆記使用聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）來制備膠囊。PEGDA 屬于可光交聯(lián)的水凝膠基體，因其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而為人熟知，包括組織工程與再生醫(yī)學(xué)、藥物遞送、腫瘤治療以及生物傳感等方向。本文對光引發(fā)劑開展對比研究：光引發(fā)劑作為加入 PEGDA 的化學(xué)組分，可在紫外照射下啟動交聯(lián)反應(yīng)，用于考察其對 PEGDA 固化行為的影響。此外，本應(yīng)用筆記指出，使用分子量為 250 Da 的 PEGDA（PEGDA-250）可實(shí)現(xiàn)對水或油的包封，這與其溶解性有關(guān)。

設(shè)備平臺：PEGDA 微膠囊制備平臺

PEGDA 微膠囊制備平臺集成了Raydrop? 以及制備單乳液與雙重乳液所需的全部組件（單/雙乳制備在 Raydrop? 設(shè)備上完成）。此平臺由三部分組成：機(jī)械系統(tǒng)、流體系統(tǒng)與光學(xué)系統(tǒng)。

圖2：PEGDA 微膠囊制備平臺

? 機(jī)械系統(tǒng)：包含 x-y-z 三軸位移臺，用于調(diào)節(jié) Raydrop? 的對焦位置與觀察窗口。

? 流體系統(tǒng)：由流量/壓力控制器、配套管路與閥門組成，可實(shí)現(xiàn)自動化進(jìn)樣。給每個儲液池施加設(shè)置好的壓力，將流體注入微流控芯片。每個儲液池后均設(shè)置過濾器，以去除可能導(dǎo)致 Raydrop? 堵塞的雜質(zhì)。

? 光學(xué)系統(tǒng)：包含 LED 光源與 USB 3.0 彩色相機(jī)。相機(jī)連接電腦，用于觀察液滴生成過程、監(jiān)控乳液穩(wěn)定性，并測量目標(biāo)尺寸（核徑、殼厚等）。

部分結(jié)果

當(dāng) PEGDA 顆粒的生成過程建立并穩(wěn)定后，即可進(jìn)一步選擇制備微珠或微膠囊。下文將結(jié)合不同光引發(fā)劑，分別展示兩種制備方式。

微珠（bead）形成

首先在 Raydrop? 中制備 PEGDA 微珠。液滴在 Raydrop? 外的玻璃毛細(xì)管中輸運(yùn)，并在紫外模塊內(nèi)接受照射。經(jīng)紫外照射后，固化微珠被收集到容器中，并拍攝圖 3 所示顯微圖。

圖3：不同尺寸的 PEGDA 微珠。比例尺為 100 μm

膠囊形成：光引發(fā)劑對比

為研究光引發(fā)劑對膠囊形成的影響，本文對比了三種光引發(fā)劑：Darocur 1173、TPO 與 IRGACURE 2959。所用紫外燈波長為 385 nm，光強(qiáng)可在最小強(qiáng)度 Imin（對應(yīng) 3.8 mW/cm2）與最大強(qiáng)度 Imax（對應(yīng) 39.3 mW/cm2）之間調(diào)節(jié)。

使用 DAROCUR 1173 進(jìn)行交聯(lián)

Darocur 1173 以 1 wt% 的濃度溶解于 PEGDA 中。在 Raydrop? 內(nèi)形成“水/PEGDA/水”的雙重乳液后，在紫外模塊內(nèi)照射，使光引發(fā)劑反應(yīng)并形成固體微膠囊。

圖4：采用 Darocur 1173，I_min 光強(qiáng)照射得到的 PEGDA 顆粒。比例尺為 100 μm

當(dāng)雙重乳液在I_min光強(qiáng)下照射時，所得膠囊不穩(wěn)定，殼層會在形成后 1 分鐘內(nèi)破裂（見圖 4）。

當(dāng)以更高強(qiáng)度 I_max 照射時，可獲得固體膠囊（見圖 5）；但用鑷子按壓時表現(xiàn)出較脆的特性。

圖5：采用 Darocur 1173，I_max 光強(qiáng)照射得到的 PEGDA 微膠囊。比例尺為 100 μm

最終發(fā)現(xiàn)，PEGDA 的交聯(lián)需要達(dá)到一定的紫外劑量才能被誘導(dǎo)發(fā)生；因此存在一個強(qiáng)度閾值，低于該閾值時膠囊將無法固化。

結(jié)論

PEGDA 微膠囊因其良好的生物相容性而具有應(yīng)用價值。本應(yīng)用筆記表明，借助PEGDA 微膠囊制備平臺，可較為便捷地制備 PEGDA 微珠與微膠囊。對三種不同光引發(fā)劑的研究與對比進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了：光引發(fā)劑的選擇會顯著影響最終顆粒的機(jī)械強(qiáng)度與穩(wěn)定性。

注：以上內(nèi)容為應(yīng)用筆記部分內(nèi)容，如需全文請聯(lián)系我們。

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