2.5水/水微囊的pH响应和可控释放

所制备的水/水微囊具有良好的生物相容性、尺寸均一性及较高的包裹率和装载率，是各种活性物质的理想载体，并且能够对pH变化做出响应，实现可控释放。如图5（A）所示，水/水微囊的壳层是由二价钙离子交联的海藻酸钠水凝胶组成，在酸性环境下具有良好的稳定性，但在碱性环境下海藻酸钠水凝胶与二价钙离子的结合能力变弱，交联网络被破坏，从而释放内核活性物质。如果在溶液中加入柠檬酸钠，二价钙离子更倾向于与柠檬酸根结合，从而破坏交联网络，也可以溶解水/水微囊。如图5（C）所示，水/水微囊的溶解速率随pH的增大而提高。当水/水微囊的囊壁被溶解后，内核物质逐渐被释放出来，展现出良好的pH响应性和可控释放。

2.6平行放大微流控器件的水/水微囊的高通量制备

如图6（A）和（B）所示，平行放大微流控器件采用梯形结构设计，微流控器件由一个主干通道和多个分支通道组成，每个分支通道组成一个水/水微囊生成器。流体在微通道内的流动类似电流在电路中的传输，微通道两端的压力差（ΔP）类似电压，微通道的流动阻力（R）类似电阻，类比微通道中流体的流量（Q）类似电流，且具有类似欧姆定律关系式Q=ΔP/R.在平行放大微流控器件中，每个微通道压力差ΔP一致，但由于离总入口距离不同，每个微通道的流动阻力不同，第N个分支通道阻力为Ru+NRc（其中，Ru是分支通道流动阻力，NRc是N段主干通道流动阻力Rc）。为了保证每个微囊生成器的流量一致，生成的微囊尺寸均一，需要保证主干通道的流体均匀分配至每个分支通道，即NRc≪Rc，Q=ΔP/（Ru+NRc）≈ΔP/Ru.由于圆形微通道在层流状态下的流动阻力为R∝μl/d4（其中，μ是流体的黏度；l是微通道的长度；d是微通道的直径），由此可见，流动阻力主要受微通道直径影响。计算分析表明，采用内相主干通道直径4 mm，分支通道直径0.5 mm，保证NRc<0.01Ru，可实现各内相分支通道流量相同。以此类推，采用外相主干通道直径3.5 mm，分支通道直径1.2 mm（由于外相分支通道采用同轴设计，分支通道横截面积实际有效直径为0.4 mm）。

在确定平行放大微流控器件通道结构尺寸设计后，通过SolidWorks建立三维模型，并利用光固化3D打印机直接打印微流控器件。实验表明，10个并排微流控通道均可以稳定生成水/水微囊，并且所生成的微囊具有较一致的尺寸大小和较均匀的分散性。综合统计10个微流控通道形成的微囊分布，可以得到D=（2.75±0.10）mm.在10个平行微流控通道设计下，水/水微囊的产率可以达到0.5 kg/h，并可依据相同原理，进一步增加平行通道的数量，提高产率，实现尺寸均一水/水微囊的高通量制备。

3结论

采用玻璃毛细管设计同轴微流控器件，结合数值模拟优化和流动阻力分析，实现一步法高通量可控制备大小均匀、尺寸可控、壁厚可调、生物相容的水/水微囊。在实验研究与数值模拟相结合下，揭示了器件结构、内相/外相流速、界面张力、内相/外相黏度等参数对水/水微囊直径、壁厚的影响规律，并实现了水/水微囊的可控制备。该方法制备水/水微囊具有器件结构简单、操作便捷、一步法成型、高通量、微囊尺寸均一可控、核壳结构稳定及无需后处理等优点。所制备的水/水微囊具有良好的生物相容性和尺寸均一性以及较高的包裹率和装载率，是各种活性物质的理想载体，并且能够对pH变化做出响应，实现可控释放。最后通过微通道流动阻力分析，设计多通道平行放大微流控器件，实现了尺寸均匀可控水/水微囊的高通量制备，为水/水微囊在药物递送、医学治疗等领域的应用进一步奠定了基础。