微通道反应器的设计制作及其在大粒径功能性聚合物微球制备中的应用研究

摘要

聚合物微球尤其是功能性聚合物微球正在引起人们越来越多地关注，在标准计量、医学免疫、生物工程、分析化学、情报信息、化学工业及微电子等领域里有着极其广阔的应用前景。目前，聚合物微球的制备方法多种多样，但在制备粒径为数十微米到数百微米的大粒径聚合物微球时，微球的单分散性及尺寸的可调控性仍然缺乏简便易行的可靠方法来实现，而微流体技术和微通道反应器的出现给单分散的大粒径聚合物微球的制备提供了新的可行途径。与传统机械搅拌生成液滴的方法相比，使用微流体技术能方便地生成尺寸可控的单分散液滴，以用于制备单分散的聚合物微球。
　　 本文综述了微通道反应器的优点、常见的制备方法，介绍了微通道反应器中常见的反应种类，概述了其在制备聚合物微球中应用的研究进展。在此基础上，本文首次采用聚四氟乙烯微管、玻璃毛细管和中空纤维设计制作了一种共轴微通道反应器，通过改变玻璃毛细管和中空纤维的尺寸即可达到调控微通道尺度的目的；通过将分散相推进到连续相中，可连续地生成单分散的液滴，经固化或交联后制得单分散的大粒径聚合物微球。
　　 进一步研究表明，聚合物微球的粒径受两相浓度及连续相流速的影响较大，降低分散相浓度、增加连续相浓度或流速均可使聚合物微球的粒径减小；而连续相中表面活性剂的种类、固化的工艺及凝固浴的种类对微球的形貌均有不同程度地影响。
　　 通过将功能性纳米颗粒添加进分散相，使用微通道反应器可方便地制备具有磁性或荧光性能的大粒径单分散的功能性聚合物微球。实验结果表明功能性粒子能均匀地分散于聚合物微球中，通过控制功能粒子的添加量及连续相的流速可以调整微球的尺寸及性能。
　　 一系列性能良好的功能性微球的制备为其将来在细胞包覆、组织工程等生物医药领域的应用打下了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

引言

1.1 微通道反应器的主要优点

1.1.1 快速均匀的混合

1.1.2 优良的热控制性能

1.1.3 独特的流动行为

1.1.4 快速放大与生产的可调性

1.2 制备微通道反应器的常用材料

1.3 微通道反应器的常见制备方法

1.3.1 光刻法

1.3.2 软光刻技术

1.3.3 湿法刻蚀[14,19]

1.3.4 干法刻蚀[19,20]

1.3.5 LIGA技术[14,19,31]

1.3.6 封装技术[19,32]

1.4 微通道反应器在聚合物微球制备中的应用

1.5 大粒径聚合物微球的常见制备方法[53]

1.5.1 乳化-固化法

1.5.2 液滴挤出法[60]

1.6 功能性聚合物微球的应用前景

1.6.1 荧光聚合物微球的应用前景

1.6.2 磁性聚合物微球的应用前景[71,72]

1.7 本论文课题的研究目的与内容

1.7.1 研究目的

1.7.2 研究内容

第二章 用于大粒径聚合物微球制备的低成本微通道反应器的设计制作

2.1 引言

2.3 微通道反应器的设计

2.3.1 微通道反应器材料的选择

2.3.2 微通道反应器形状的设计

2.2.3 微通道反应器中单分散液滴的生成

2.3 微通道反应器的制作

2.4 微通道反应器中聚合物微球的制备

2.4.1 实验药品

2.4.2 聚合物微球的制备流程图

2.4.3 聚乳酸微球的制备-O/W乳液体系

2.4.4 海藻酸钠微球的制备-W/O乳液体系

2.5 各种参数对微球形貌的影响

2.5.1 微通道尺度对微球尺寸的影响

2.5.2 连续相流速对微球尺寸的影响

2.5.3 两相浓度对微球尺寸的影响

2.5.4 连续相溶液中表面活性剂对微球尺寸和形貌的影响

2.5.5 固化工艺对微球形貌的影响

2.6 本章小结

第三章 微通道反应器中功能性聚合物微球的制备与性能

3.1 引言

3.2 实验过程

3.2.1 实验原料及仪器

3.2.2 微通道反应器中荧光量子点的制备

3.2.3 微通道反应器中稀土掺杂发光纳米颗粒的制备

3.2.4 油基磁性纳米颗粒的制备

3.2.5 微通道反应器中功能性聚合物微球的制备

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 纳米颗粒的表征

3.3.2 纳米颗粒含量对微球尺寸及性能的影响

3.3.3 连续相流速对微球性能的影响

3.3.4 海藻酸钠发光微球的形貌及性能表征

3.4 本章小结

第四章 全文总结与研究展望

4.1 全文总结

4.2 研究展望

参考文献

附录Ⅰ

致谢