Controllable microfluidic strategies for fabricating microparticles using emulsions as templates

Microfluidic techniques provide flexible strategies for fabrication of uniform advanced microparticles with well-tailored sizes, shapes, structures, and functions from controllable emulsion templates. This review highlights recent progress on controllable synthesis of microparticles using versatile microfluidic emulsions as templates, First, highly controllable and scalable microfluidic techniques for the generation of defined emulsions are introduced. Versatile microfluidic strategies for fabricating microparticles from diverse controllable emulsion templates are then summarized, including solid microparticles with spher- ical, non-spherical, and Janus configurations, porous microparticles with flexible pore structures, and compartmental microparticles with controlled internals. Finally, the future development of microfluidic techniques for microparticle fabrication is briefly discussed.

渗透诱导结构演化的微流控双重乳液为模板合成聚合物微颗粒的研究

利用渗透压诱导的水分子跨界面传质过程实现了双重乳液尺寸和结构的调控,并将可控演化的双重乳液液滴作为模板,可控制得到中空结构、孔壳结构等多种结构的功能微颗粒。利用微流控技术产生均一尺寸的双重乳液,通过在双重乳液内部液滴和外部水相中采用不同盐浓度来构建渗透压差,使得双重乳液在渗透压差驱动下经水分子跨界面传质发生收缩/膨胀过程,实现对双重乳液尺寸结构的演化和调控,推导了其在演化平衡时内部水滴尺寸的计算公式。利用不同演化阶段的双重乳液为模板,成功制得了具有中空结构和孔壳结构且壳层具有多孔结构的聚合物微颗粒。该研究为新型聚合物微颗粒的设计和可控构建提供一种有效策略。

微流控法制备新型微颗粒功能材料研究新进展

微颗粒功能材料在药物传送与控制释放、活性物质封装保护、微反应以及微分离等方面具有极其广泛的应用。相对于传统的微颗粒制备方法,近年来发展起来的微流控技术为可控制备具有不同结构和功能的单分散微颗粒功能材料提供了一个更为优越的技术平台。综述了微流控法制备新型微颗粒功能材料的研究新进展,重点介绍了利用微流控法可控制备具有良好单分散性的球形、非球形、中空型、核-壳型、孔-壳型以及多腔室型功能微颗粒的研究现状。

微流控法可控构建微尺度功能材料

微尺度功能材料的功能取决于材料结构和组分的精确协同匹配,但如何实现微尺度空间上多样化材料结构的精确调控和功能组分的精确协同定位仍是一大挑战。本文综述了微流控法可控构建新型微尺度功能材料的研究新进展,重点介绍了基于微流控制备的微尺度相界面体系中材料结构和组分的精确协同匹配来设计构建具有独特结构和功能的微尺度功能材料的新策略。首先介绍了以液滴状和液流状微尺度相界面体系为模板,分别可控构建具有多样化结构的功能微颗粒和微纤维的进展;然后介绍了以微通道受限空间内微尺度相界面体系为模板、原位可控构建微通道膜和功能微阀的进展。今后研究应关注于微尺度相界面体系的结构扩展创新及其规模化制备技术。

微流控液滴模板法可控构建功能微颗粒材料

功能微颗粒材料因其微型化和多功能化等优点而在诸多领域具有广泛的应用。微流控技术作为一种崭新的材料制备技术平台,在可控构建功能微颗粒方面展现出了传统制备技术所不具备的独特创造性和优越性。综述了近年来基于微流控液滴模板来可控构建面向化工、医药、储能、环境等领域的多样化功能微颗粒材料的研究新进展。重点介绍了如何基于微流控乳液液滴模板的结构组分设计来理性设计和可控构建多孔结构球形微颗粒、腔室结构球形微颗粒、多样化结构非球形微颗粒等功能微颗粒材料,探讨了基于微颗粒的微观结构和化学组成的耦合来构筑其独特功能特性的设计策略,展望了微流控技术在可控构建新型功能微颗粒材料方面的未来发展趋势。

微流控乳液模板法构建功能微颗粒过程中介尺度结构定向调控的研究进展

功能微颗粒材料因其微型化和多功能化等优点而在诸多领域具有广泛的应用。微流控技术可控制备的多样化乳液液滴体系为功能微颗粒材料的创新设计与可控制备提供了优良而独特的模板。深入研究乳液模板法构建功能微颗粒材料过程中介尺度结构的形成与演变规律,以及液滴界面介尺度结构与乳液动力学行为、界面传质与反应耦合对微颗粒介尺度结构的影响规律等,对于实现乳液模板结构调控与新型功能微颗粒材料创新制备具有重要意义。本文主要综述了微流控乳液模板法构建功能微颗粒过程中介尺度结构定向调控的研究进展,着重涵盖了两方面内容:(1)微流控法可控制备乳液模板的过程中,液滴界面两亲分子聚集态介尺度结构的调控与液滴运动、吞并、融合、相界面定向演变等动力学行为之间的相互影响关系和调控机制,以及上述调控对液滴形貌、结构和组成的影响规律;(2)乳液模板制备功能微颗粒的过程中,界面传质、反应,及两者耦合对微颗粒介尺度结构的定向调控,以期为新型功能微颗粒材料的高效制备与性能强化提供科学指导。

Mesoscale regulation of droplet templates to tailor microparticle structures and functions

The hierarchical design of mesoscale structures in droplet templates determines the structure and functionality of the resultant microparticles.In this review,we summarize recent progress on the control of microfluidic emulsion templates for the synthesis of polymeric microparticles with desired functionality and internal structure.We introduce strategies for controlling the morphology and interfacial stability of emulsion templates.These strategies are based on manipulation of the mesoscale structure of amphiphilic molecules and nanoparticles at emulsion-droplet interfaces.We also discuss strategies for controlling the mesoscale structure of microparticles,which involve manipulating the interfacial mass-transfer and chemical reactions during template synthesis.We provide insight on the use of these strategies for the rational design and fabrication of polymeric microparticles with predictable internal structures and functionality at the single-particle level.