悬浊液/乳浊液体系微球的制备

实验亮点：

羟基磷灰石密度较高且不溶于水。在使用注射泵制作悬浊液体系微球的过程中，随着制作时间的增加，悬浊液逐渐分层，药物逐渐沉淀，如下图所示（图中注射泵制备海藻酸盐微球包裹1.5 %羟基磷灰石）。

FluidicLab DG-01微滴/微球制备仪依托压力控制器来实现精密的进样控制。独立的储液池模块相较于注射泵拥有更灵活的配置方式。在本实验中，通过在水相储液池的下方放置一个小型磁力搅拌器对羟基磷灰石悬浊液进行搅拌，最终制得高单分散性的海藻酸盐凝胶-羟基磷灰石微球。

实验材料：

试剂	微滴生成油 (2%, Drop-Surf, FluidicLab)
	破乳剂 (Drop-Surf, FluidicLab)
	海藻酸钠 (FluidicLab)
	羟基磷灰石 (Macklin, H875578-25g)
	冰乙酸 (Macklin, A801295-500 mL)
	无水氯化钙 (General-Reagent, P1902809)
	EDTA (0.5 M, Macklin, E885215-1 L)
	氢氧化钠 (Macklin, S817971-500 g)
耗材	离心管 (Falcon 15 mL REF 352097) 若干
	离心管 (Falcon 50 mL REF 352070) 若干
	离心管 (1.5mL, Axygen )若干
	PEEK管 (内/外径0.25/1.6mm) 及1/4-28螺纹接头卡箍若干
	PTFE管 (内/外径0.60/1.6mm) 及1/4-28螺纹接头卡箍若干
	透明玻璃瓶 (10mL和20mL) 若干
	针式过滤器 (PTFE, 津腾, 25 mm×0.22 μm) 若干
	注射器 (10mL) 若干
芯片夹具	PDMS-FF-200芯片 (FluidicLab)
	PDMS标准芯片夹具 (FluidicLab)
设备	FluidicLab DG-01微滴/微球制备仪
辅助设备	磁力搅拌器
	离心机 (湖南湘仪, H1850)
	pH 计 (METTLER TOLEDO)
	电脑 (Win10以上系统)
	普通光学显微镜 (测微球粒径)

实验步骤：

试剂配制

(1) 2 M CaCl₂溶液配制

取2.2197 g的无水CaCl₂ (M_CaCl2=110.984 g/moL)加入超纯水振荡溶解，最终定容至10 mL备用。

(2) 2 % (wt%)海藻酸钠溶液配制

取0.2 g的海藻酸钠固体粉末加入9.8 g超纯水超声振荡，60 ℃加热辅助溶解。

(3) 2 M NaOH溶液配制

取1.6 g的NaOH (M_NaOH=40.00 g/moL)加入超纯水振荡溶解，最终定容至20 mL备用。

(4) 240 mM Ca-EDTA溶液(pH=7.2)配制

分别取1.2 mL的2 M CaCl₂，4.8 mL的0.5 M EDTA，加入2 M NaOH调节pH至7.2，最终定容至10 mL备用。

(5)水相溶液配制(1%海藻酸钠，120 mM Ca-EDTA，1.5 %羟基磷灰石)

取等体积240 mM Ca-EDTA溶液与2 %海藻酸钠溶液振荡均匀得到水相溶液，用针式过滤器过滤。取10 mL已过滤的水相溶液，加入0.1523 g的纳米级羟基磷灰石粉末，振荡均匀备用。

(6)接收相溶液配制(1%乙酸，pH=4.8)

取500 μL 2% Drop-Surf微滴生成油，加入5 μL 冰乙酸，振荡均匀备用。

微滴制备与固化

(1)使用FluidicLab DG-01微滴制备仪参考海藻酸钠水凝胶微球制备方案生成海藻酸盐微液滴。实验过程中水相试剂放在磁力搅拌器上不停搅拌。

(2)用疏水培养皿接收一滴乳液，在普通光学显微镜下观察液滴均一性。

(3)待微滴生成均一后，即可在接收端放置接收相溶液进行收集。

(4)20min后停止收集，轻微振荡加快微滴固化，静置固化后进行破乳清洗。

海藻酸盐微球的破乳清洗

使用Drop-Surf破乳剂进行破乳清洗，洗去微球表面的微滴生成油后用ddH₂O重悬微球。

微滴/微球制备仪清洗

微滴/微球制备仪每次使用完必须清洗管路、流量传感器和芯片。具体操作详见“微滴/微球制备仪操作指导卡”。

实验结果：

刚接收的微滴平均粒径为214.65μm，具有极高的单分散性（CV=1.17%），显微镜图和粒径分布如下图所示：

固化后的海藻酸盐微球平均粒径为196.93μm，具有极高的单分散性（CV=1.67%）,显微镜图和粒径分布如下图所示：

此外，我们也采用了不同类型的芯片来制备包裹羟基磷灰石的微球，各组分浓度与上述实验相同，具体参数如下：

芯片类型	油相压力(mbar)	水相压力(mbar)	微滴粒径(μm)
PDMS-FF-200	90	250	206.53
	90	340	211.2
	90	450	219.79
	150	340	189.92
	150	450	198.79
	150	500	203.19
PDMS-FF-100	120	380	99.22
	120	450	102.88
	160	450	99.41
	200	450	91.89

悬浊液体系微球在其他方向的应用：除了水凝胶包裹纳米颗粒外，常见的悬浊液/乳浊液微球体系还有水凝胶包裹细胞及细菌、水凝胶分子筛微球、以及不可溶药物微球的制备等。