基于无量纲分析的环糊精/海藻酸盐微胶囊形态控制微流控生产研究

本综述系统探讨了利用微流控技术结合环糊精（CD）稳定液滴和藻酸盐（SA）凝胶化制备单分散微胶囊的创新策略，通过无量纲分析（Ohnesorge数Oh和Reynolds数Re）量化流体动力与形态控制的关系，并揭示磷酸根离子（PO43-）调控交联动力学对微胶囊结构（如泪滴形、半球形等）的影响，为生物活性物质包载与控释提供精准设计框架。

　　

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Materials

肉桂精油（肉桂醛含量＞85%，折射率=1.0670）、β-环糊精（β-CD，纯度98%，分子量1134.98 Da）、海藻酸钠（SA，纯度91%，M:G=1.27，粘度250 cps，分子量740 kDa）、氯化钙（CaCl₂，分析纯）和磷酸二氢钾（KH₂PO₄，分析纯）购自国药集团化学试剂有限公司。使用10 mM KH₂PO₄溶液制备磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.4）。所有试剂均直接使用。

Droplet formation process

我们通过将Q₂从6 μL/min增加至20.25 μL/min（保持Q₁和Q₃恒定于2.25 μL/min），观察微通道中流动模式的转变。如图2a所示，发现三种明显流动模式：当Q₂为6-11.25 μL/min时为层流，11.25-15.75 μL/min时为滴流，15.75-20.25 μL/min时为射流。我们进一步以Q₂/Q₁和Q₃/Q₁为变量绘制液滴形成相图（图2b）。在Q₃/Q₁较低且Q₂/Q₁较高的区域，界面剪切力主导液滴剥离过程。

Conclusions

我们展示了一种微流控方法，利用CD稳定乳滴和SA介导的凝胶化制备单分散、形态可调的微胶囊。研究明确了三种流动模式（层流、滴流和射流），其受油相、CD相和SA相流速比调控。通过调节SA浓度、CaCl₂浓度、磷酸根离子（PO₄^3-）存在与否以及收集距离，可生成多种结构微胶囊（如泪滴形、半球形、球形等），其形成机制涉及冲击驱动变形、扩散控制渗透和重力沉降的动态耦合。该工作为编程微胶囊结构提供了可预测的设计框架。