CN109939621B - 一种利用液相界面穿越制备单颗粒均匀包覆壳层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用液相界面穿越制备单颗粒均匀包覆壳层的方法。该方法包括提供壳层相、连续相和核芯，壳层相与连续相互不相溶；将壳层相和连续相放入同一容器内，并使壳层相位于连续相的上方；从壳层相上方将核芯加入壳层相中，使核芯经过壳层相，以使得核芯外表面包覆有壳层相液膜，形成双乳化液滴，然后双乳化液滴浸入连续相中，使双乳化液滴随连续相流动，以调整核芯的偏心率；对经过偏心率调整的双乳化液滴进行固化处理，使壳层相液膜固化，得到核壳结构微球。该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，可以有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球，有效利用液相界面穿越制备了单颗粒均匀包覆壳层。

Description

一种利用液相界面穿越制备单颗粒均匀包覆壳层的方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体地，涉及一种利用液相界面穿越制备单颗粒均匀包覆壳层的方法和装置、核壳结构微球。

背景技术

在相关技术中，双乳化液滴是微流控技术中的一个常见的研究对象，由外层的壳层相液膜和内层的核芯组成。若采用可固化的溶液或试剂作为壳层相液膜，则能够制备包覆型复合颗粒结构，即核壳结构微球。同时，利用微流控方法制备的核壳结构微球亦具有良好单分散性，使其能够满足化学微反应器、药物传递、催化载体等应用领域的技术要求。因此，核壳结构微球被广泛应用于生物、化学、医学、能源、环境等学科领域。然而，目前利用传统的微流控双乳化液滴制备装置制备得到的核壳结构微球，核壳结构微球中的核心与壳层的相对位置较为随机，壳层厚度往往不均，难以满足对核壳结构微球的均匀性要求较高的应用场合。

因而，现有的制备核壳结构微球的相关技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种操作简单、方便、容易实现、易于工业化生产、或者可以有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球的方法。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种用于制备核壳结构微球的装置。根据本发明的实施例，该装置包括：核芯包覆管道，所述核芯包覆管道顶部具有第一进口，底部具有第一出口，且内部设置有互不相溶的壳层相和连续相，所述壳层相位于所述连续相的上方，所述核芯包覆管道用于在核芯的外表面包覆形成壳层相液膜，以便得到双乳化液滴，其中，所述核芯从所述第一进口进入所述核芯包覆管道，并从所述第一出口输出所述核芯包覆管道；液滴滚动管道，所述液滴滚动管道具有第二进口、第三进口和第二出口，所述第二进口与所述第一出口相连通，所述第三进口用于向所述液滴滚动管道中输入所述连续相，所述液滴滚动管道用于为所述双乳化液滴提供滚动区域，以调整所述核芯的偏心率；以及固化组件，所述固化组件具有第四进口，所述第四进口与所述第二出口相连通，所述固化组件用于使所述壳层相液膜固化，以形成壳层(需要说明的是，本发明所述的壳层即前面所述的“单颗粒均匀包覆壳层”，后文中不再赘述)。发明人发现，该装置结构简单、操作方便，易于实现产业化，可以有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球。

根据本发明的实施例，该装置还包括：核芯给料组件，所述核芯给料组件位于所述第一进口的上方，用于使所述核芯从所述第一进口进入所述核芯包覆管道。

根据本发明的实施例，所述核芯包覆管道沿竖直方向设置。

根据本发明的实施例，所述液滴滚动管道的长度方向与所述核芯包覆管道的长度方向垂直。

根据本发明的实施例，所述液滴滚动管道的内径不小于所述双乳化液滴的直径的2倍。

根据本发明的实施例，该装置还包括：连续相储存罐，所述连续相储存罐具有第三出口；给料泵，所述给料泵与所述连续相储存罐和所述第三进口相连通，用于将所述连续相储存罐中的所述连续相输入所述液滴滚动管道。

根据本发明的实施例，所述固化组件包括：壳层固化管道，所述壳层固化管道具有第五进口和第四出口，所述第五进口与所述第二出口相连通；固化器，所述固化器设置在所述壳层固化管道的外侧，用于使所述壳层相液滴固化。

根据本发明的实施例，所述固化器包括紫外灯和加热器中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述壳层固化管道的长度方向与所述液滴滚动管道的长度方向一致。

根据本发明的实施例，所述双乳化液滴的平均密度与所述连续相的密度不同。

根据本发明的实施例，所述核芯包括二氧化锆和二氧化硅中的至少一种；所述壳层相包括乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；所述连续相包括聚乙烯醇水溶液，其中，聚乙烯醇的质量分数为4.35％～14.28％。

根据本发明的实施例，所述壳层相和/或所述连续相还包括表面活性剂，所述表面活性剂在所述连续相或所述壳层相中的质量分数为0.1％～2％。

根据本发明的实施例，所述连续相中还包括密度调节剂，所述密度调节剂在所述连续相中的质量分数为5％～30％。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备核壳结构微球的方法(需要说明的是，此处制备核壳结构微球的方法即是前面所述的利用液相界面穿越制备单颗粒均匀包覆壳层的方法，后文中不再赘述)。根据本发明的实施例，该方法包括：提供壳层相、连续相和核芯，其中，所述壳层相与所述连续相互不相溶；将所述壳层相和所述连续相放入同一容器内，并使所述壳层相位于所述连续相的上方；从所述壳层相上方将所述核芯加入所述壳层相中，使所述核芯经过所述壳层相，以使得所述核芯外表面包覆有壳层相液膜，形成双乳化液滴，然后所述双乳化液滴浸入所述连续相中，使所述双乳化液滴随所述连续相流动，以调整所述核芯的偏心率；对经过偏心率调整的所述双乳化液滴进行固化处理，使所述壳层相液膜固化，得到核壳结构微球。发明人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且可以有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球。

根据本发明的实施例，所述连续相的流速为0.01m/s～0.2m/s。

在本发明的又一个方面，本发明提供了一种核壳结构微球。根据本发明的实施例，该核壳结构微球包括：核芯；壳层，所述壳层包覆所述核芯，其中，所述核芯相对于所述壳层的偏心率不大于20％。发明人发现，该核壳结构微球厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域。

附图说明

图1显示了本发明一个实施例的用于制备核壳结构微球的装置的结构示意图。

图2显示了本发明一个实施例的核芯在液滴滚动管道中的结构示意图。

图3显示了本发明另一个实施例的用于制备核壳结构微球的装置的结构示意图。

图4显示了本发明另一个实施例的用于制备核壳结构微球的装置的结构示意图。

图5显示了本发明另一个实施例的用于制备核壳结构微球的装置的结构示意图。

图6显示了本发明一个实施例的制备核壳结构微球的方法的流程示意图。

图7显示了本发明一个实施例的核壳结构微球的光学显微镜照片。

图8显示了本发明一个实施例的核壳结构微球的扫描电子显微镜照片。

附图标记：

H：液滴滚动管道的内径 d：双乳化液滴的直径1：双乳化液滴 2：核壳结构微球10：用于制备核壳结构微球的装置 99：核芯100：核芯包覆管道 110：第一进口 120：第一出口130：壳层相 131：壳层相液膜 132：壳层 140：连续相 200：液滴滚动管道 210：第二进口220：第三进口 230：第二出口 300：固化组件 310：第四进口 320：壳层固化管道 321：第五进口 322：第四出口 330：固化器400：核芯给料组件 500：连续相储存罐 510：第三出口600：给料泵

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种用于制备核壳结构微球的装置。根据本发明的实施例，参照图1，该用于制备核壳结构微球的装置10包括：核芯包覆管道100，所述核芯包覆管道100顶部具有第一进口110，底部具有第一出口120，且内部设置有互不相溶的壳层相130和连续相140，所述壳层相130位于所述连续相140的上方，所述核芯包覆管道100用于在核芯99的外表面包覆形成壳层相液膜131，以便得到双乳化液滴1，其中，所述核芯99从所述第一进口110进入所述核芯包覆管道100，并从所述第一出口120输出所述核芯包覆管道100；液滴滚动管道200，所述液滴滚动管道200具有第二进口210、第三进口220和第二出口230，所述第二进口210与所述第一出口120相连通，所述第三进口220用于向所述液滴滚动管道200中输入所述连续相140，所述液滴滚动管道200用于为所述双乳化液滴1提供滚动区域，以调整所述核芯99的偏心率；以及固化组件300，所述固化组件300具有第四进口310，所述第四进口310与所述第二出口230相连通，所述固化组件300用于使所述壳层相液膜131固化，以形成壳层132。发明人发现，该用于制备核壳结构微球的装置10结构简单、操作方便，易于实现产业化，可以有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球2。根据本发明的实施例，需要说明的是，在图1所示出的结构中，仅示出了本发明所述的用于制备核壳结构微球的装置10中各个结构和部件、以及结构和部件之间的连接关系，并不能理解为对每个结构和部件形状的限制，本领域技术人员可以理解，只要能够实现本发明上述技术效果的装置，都应落在本发明的保护范围内。

根据本发明的实施例，在图1中示出了多个核芯99，需要说明的是，图1中所示出的多个核芯99既可以理解为在所述核芯包覆管道100的第一进口110处每间隔预定时间使一个核芯99从所述第一进口110进入所述核芯包覆管道100后，当所述用于制备核壳结构微球的装置10中存在多个核芯99之后，该用于制备核壳结构微球的装置10的结构示意图；也可以理解为同一个核芯99在预定的时间段内，每间隔一小段子预定时间时，该核芯99在所述用于制备核壳结构微球的装置10中的位置的示意图。综上所述，图1中示出了的是核芯99在所述用于制备核壳结构微球的装置10中流动的过程示意图。由此，正如图1中所示出的那样，在本发明所述的用于制备核壳结构微球的装置10中，能够实现对于核芯99的逐一包覆，进而避免了对所述核芯99出现未完全包覆或者包覆程度过多的情形。

根据本发明的实施例，参照图1，该装置利用液滴滚动管道200为所述双乳化液滴1提供滚动区域，在所述液滴滚动区管道200内，通过从所述第三进口220不断向所述液滴滚动管道200内输入所述连续相140，所述连续相140在所述液滴滚动管道200中的泊肃叶流动驱使所述双乳化液滴1在所述液滴滚动管道200的滚动区域内发生贴壁滚动，在所述双乳化液滴1滚动的过程中，壳层相液膜131在所述核芯99的外表面上发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动(如图1中箭头所示的方向)，在所述核芯99外表面上的每一个点的壳层相液膜131均发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动，产生流体动压效应，与所述核芯99的重力与浮力的合力相互平衡，从而使得壳层相液膜131较为均匀地分布在所述核芯99的外表面上，使所述核芯99靠近或者位于所述双乳化液滴1的中心区域，进而在该用于制备核壳结构微球的装置10将所述双乳化液滴1固化以后，可以有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球2。

根据本发明的实施例，进一步地，参照图2，所述液滴滚动管道200的内径H不小于所述双乳化液滴的直径d的2倍(需要说明的是，在图2中，仅示出了所述液滴滚动管道200的一部分，且图2中的连续相140仅为表示连续相140泊肃叶流动在本发明的装置中的作用，本领域技术人员可以理解，在实际情况中，图2中示出的具有核芯99和壳层相液膜131的双乳化液滴，实际上也处在连续相140的环境中)。由此，由于所述液滴滚动管道200的内径H不小于所述双乳化液滴的直径d的2倍，因此连续相130的泊肃叶流动能够较好地使得所述双乳化液滴在所述液滴滚动管道200的滚动区域内发生贴壁滚动，从而使壳层相液膜131在所述核芯99的外表面上发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动的作用，进而在所述核芯99外表面上的每一个点的壳层相液膜131均进一步发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动，进一步产生流体动压效应，与所述核芯99的重力与浮力的合力进一步相互平衡，从而使得壳层相液膜131进一步较为均匀地分布在所述核芯99的外表面上，使所述核芯99靠近或者位于所述双乳化液滴的中心区域，进而在该用于制备核壳结构微球的装置将所述双乳化液滴固化以后，可以进一步有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球。

根据本发明的实施例，参照图1，所述核芯包覆管道100沿竖直方向设置(需要说明的是，本领域技术人员可以理解，此处的竖直方向即是指核芯99所受重力的方向)。由此，利用了核芯99的重力，使得该核芯99的外表面包覆形成壳层相液膜131，其操作简单，成本较低，易于实现。

根据本发明的实施例，参照图1，所述液滴滚动管道200的长度方向与所述核芯包覆管道100的长度方向垂直。由此，从核芯包覆管道200的所述第一出口120输出的外表面上包覆了壳层相液膜131的双乳化液滴1，可以较为平稳地从所述第二进口210进入所述液滴滚动管道200，因此连续相130的泊肃叶流动能够较好地使得所述双乳化液滴1在所述液滴滚动管道200的滚动区域内发生贴壁滚动，从而使壳层相液膜131在所述核芯99的外表面上发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动的作用，进而在所述核芯99外表面上的每一个点的壳层相液膜131均进一步发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动，进一步产生流体动压效应，与所述核芯99的重力与浮力的合力进一步相互平衡，从而使得壳层相液膜131进一步较为均匀地分布在所述核芯99的外表面上，使所述核芯99靠近或者位于所述双乳化液滴1的中心区域，进而在该用于制备核壳结构微球的装置10将所述双乳化液滴1固化以后，可以进一步有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球2。

根据本发明的实施例，发明人对核芯99的尺寸与所述核芯99外表面包覆的壳层相液膜131的厚度之间的关系进行了大量周密的考察和实验验证后发现，在核芯99的初速度和核芯距离所述壳层相130液面的初始高度相同的条件下，所述核芯99的尺寸越大，则将该核芯99进入所述壳层相130中，又进入所述连续相140以后，在所述核芯99外表面包覆的所述壳层相液膜131就越厚。

根据本发明的实施例，发明人对核芯99的初速度、核芯99距离所述壳层相130液面的初始高度与所述壳层相液膜131的厚度之间的关系进行了大量周密的考察与实验验证后发现，在核芯99的尺寸相同等的条件下，所述核芯99进入所述壳层相130的初速度越大、所述核芯99距离所述壳层相130液面的高度越大，则将该核芯99进入所述壳层相130中，又进入所述连续相140以后，在所述核芯99外表面包覆的所述壳层相液膜131就越厚。

根据本发明的实施例，所述双乳化液滴1的平均密度(需要说明的是，此处的平均密度是指所述双乳化液滴的总质量与所述双乳化液滴的体积之比)与所述连续相140的密度不同。由此，所述双乳化液滴1可以顺利从所述核芯包覆管道100进入所述液滴滚动管道200，进而通过液滴滚动管道200中的连续相130的泊肃叶流动较好地使得所述双乳化液滴1在所述液滴滚动管道200的滚动区域内发生贴壁滚动，从而使壳层相液膜131在所述核芯99的外表面上发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动的作用，进而在所述核芯99外表面上的每一个点的壳层相液膜131均进一步发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动，进一步产生流体动压效应，与所述核芯99的重力与浮力的合力进一步相互平衡，从而使得壳层相液膜131进一步较为均匀地分布在所述核芯99的外表面上，使所述核芯99靠近或者位于所述双乳化液滴1的中心区域，进而在该用于制备核壳结构微球的装置10将所述双乳化液滴1固化以后，可以进一步有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球2。

根据本发明的实施例，所述核芯99的材料可以包括二氧化锆和二氧化硅等。由此，可以在应用范围较广的核芯99表面形成壳层，进而制备所得的核壳结构微球能够满足化学微反应器、药物传递、催化载体等多种应用领域的技术要求，其可以被广泛应用于生物、化学、医学、能源、环境等学科领域，故该装置的应用范围广，商业前景广阔。

根据本发明的实施例，所述壳层相130包括乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等。由此，可以较好地制备得到所述核壳结构微球，且制备所得的核壳结构微球能够满足化学微反应器、药物传递、催化载体等多种应用领域的技术要求，其可以被广泛应用于生物、化学、医学、能源、环境等学科领域，故该装置的应用范围广，商业前景广阔。

根据本发明的实施例，所述连续相140包括聚乙烯醇水溶液。在本发明的一些实施例中，在所述聚乙烯醇水溶液中，所述聚乙烯醇的质量分数可以为4.35％～14.28％，具体地，可以是4.35％、9.32％或者14.28％等。由此，所述壳层相130与所述连续相140互不相溶，可以较好地通过液滴滚动管道200中的连续相130的泊肃叶流动较好地使得所述双乳化液滴1在所述液滴滚动管道200的滚动区域内发生贴壁滚动，从而使壳层相液膜131在所述核芯99的外表面上发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动的作用，进而在所述核芯99外表面上的每一个点的壳层相液膜131均进一步发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动，进一步产生流体动压效应，与所述核芯99的重力与浮力的合力进一步相互平衡，从而使得壳层相液膜131进一步较为均匀地分布在所述核芯99的外表面上，使所述核芯99靠近或者位于所述双乳化液滴1的中心区域，进而在该用于制备核壳结构微球的装置10将所述双乳化液滴1固化以后，可以进一步有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球2，且材料来源广泛、易得，成本较低。

在本发明的另一些实施例中，所述壳层相130和/或所述连续相140还包括表面活性剂，所述表面活性剂在所述连续相140或所述壳层相130中的质量分数为0.1％～2％，所述表面活性剂的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据需要进行灵活选择。由此，可以降低所述壳层相130和/或所述连续相140的表面张力，从而使得所述双乳化液滴可以较好地通过壳层相130和所述连续相140之间的界面，壳层相液膜131在所述核芯99的外表面上包覆的较为完整，从而使得壳层相液膜131进一步较为均匀地分布在所述核芯99的外表面上，使所述核芯99靠近或者位于所述双乳化液滴1的中心区域，进而在该用于制备核壳结构微球的装置10将所述双乳化液滴1固化以后，可以进一步有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球2。

在本发明的另一些实施例中，所述连续相140中还可以包括密度调节剂，所述密度调节剂在所述连续相中的质量分数可以为5％～30％。在本发明的一些实施例中，所述密度调节剂可以是重盐，例如钨酸钠等。由此，可以调节所述连续相140的密度较为合适，进而可以较好地通过液滴滚动管道200中的连续相130的泊肃叶流动较好地使得所述双乳化液滴1在所述液滴滚动管道200的滚动区域内发生贴壁滚动，从而使壳层相液膜131在所述核芯99的外表面上发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动的作用，进而在所述核芯99外表面上的每一个点的壳层相液膜131均进一步发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动，进一步产生流体动压效应，与所述核芯99的重力与浮力的合力进一步相互平衡，从而使得壳层相液膜131进一步较为均匀地分布在所述核芯99的外表面上，使所述核芯99靠近或者位于所述双乳化液滴1的中心区域，进而在该用于制备核壳结构微球的装置10将所述双乳化液滴1固化以后，可以进一步有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球2。

根据本发明的实施例，参照图3，该装置还包括：核芯给料组件400，所述核芯给料组件400位于所述第一进口120的上方，用于使所述核芯99从所述第一进口110进入所述核芯包覆管道100。在本发明的一些实施例中，所述核芯给料组件400可以是电动升降平台。由此，装置的结构简单、易于使用，易于产业化。

根据本发明的实施例，参照图4，该装置还包括：连续相储存罐500，所述连续相储存罐500具有第三出口510；给料泵600，所述给料泵600与所述连续相储存罐500和所述第三进口220相连通，用于将所述连续相储存罐500中的所述连续相130输入所述液滴滚动管道200。需要说明的是，此处的连续相存储罐500应当作广义理解，即一切可以储存所述连续相的容器，例如，注射器等；另外，给料泵600可以是数字控制流量泵等。由此，装置的结构简单、易于使用，易于产业化。

根据本发明的实施例，参照图5，所述固化组件300包括：壳层固化管道320，所述壳层固化管道320具有第五进口321和第四出口322，所述第五进口321与所述第二出口230相连通(需要说明的是，本领域技术人员可以理解，当所述双乳化液滴1自所述第五进口321进入所述壳层固化管道320时，壳层固化管道320的“第五进口321”与前文所述的固化组件300的“第四进口310”可以是同一结构)；固化器330，所述固化器330设置在所述壳层固化管道320的外侧，用于使所述壳层相液滴131固化。在本发明的一些实施例中，所述壳层固化管道320的长度方向与所述液滴滚动管道200的长度方向一致。由此，易于使所述双乳化液滴1在所述液滴滚动管道200的滚动区域内发生贴壁滚动，从而使壳层相液膜131在所述核芯99的外表面上发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动的作用，进而在所述核芯99外表面上的每一个点的壳层相液膜131均进一步发生沿所述核芯99外表面切向方向的流动，进一步产生流体动压效应，与所述核芯99的重力与浮力的合力进一步相互平衡，从而使得壳层相液膜131进一步较为均匀地分布在所述核芯99的外表面上，使所述核芯99靠近或者位于所述双乳化液滴1的中心区域，进而在该用于制备核壳结构微球的装置10将所述双乳化液滴1固化以后，可以进一步有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球2。

根据本发明的实施例，所述固化器包括紫外灯和加热器中的至少一种，不同种类的固化器对应了不同的固化方式。由此，本发明所述的固化方式可以是光固化，也可以是热固化，在所述固化为光固化时，需在壳层相中加入光引发剂，光引发剂的体积分数可以是1％～5％。由此，操作简单、方便，容易实现，且易于实现工业化生产。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备核壳结构微球的方法。根据本发明的实施例，参照图6，该方法包括以下步骤：

S100：提供壳层相、连续相和核芯，其中，所述壳层相与所述连续相互不相溶。

根据本发明的实施例，所述壳层相、连续相和核芯的材料等均与前面所述相同，在此不再过多赘述。

S200：将所述壳层相和所述连续相放入同一容器内，并使所述壳层相位于所述连续相的上方。

S300：从所述壳层相上方将所述核芯加入所述壳层相中，使所述核芯经过所述壳层相，以使得所述核芯外表面包覆有壳层相液膜，形成双乳化液滴，然后所述双乳化液滴浸入所述连续相中，使所述双乳化液滴随所述连续相流动，以调整所述核芯的偏心率。

根据本发明的实施例，所述连续相的流速为0.01m/s～0.2m/s。由此，所述连续相的流速较为合适，在该流速下，可以实现对核芯外表面包覆的壳层相液膜的厚度进行控制，且在所述液滴滚动区管道内，通过从所述第三进口不断向所述液滴滚动管道内输入所述连续相，所述连续相在所述液滴滚动管道中的泊肃叶流动驱使所述双乳化液滴在所述液滴滚动管道的滚动区域内发生贴壁滚动，在所述双乳化液滴滚动的过程中，壳层相液膜在所述核芯的外表面上发生沿所述核芯外表面切向方向的流动，在所述核芯外表面上的每一个点的壳层相液膜均发生沿所述核芯外表面切向方向的流动，产生流体动压效应，与所述核芯的重力与浮力的合力相互平衡，从而使得壳层相液膜较为均匀地分布在所述核芯的外表面上，使所述核芯靠近或者位于所述双乳化液滴的中心区域，进而在该用于制备核壳结构微球的装置将所述双乳化液滴固化以后，可以有效制备得到厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域的核壳结构微球。

S400：对经过偏心率调整的所述双乳化液滴进行固化处理，使所述壳层相液膜固化，得到核壳结构微球。

根据本发明的实施例，所述固化处理的装置和方式等，均与前面所述相同，在此不再过多赘述。

根据本发明的实施例，在得到所述核壳结构微球以后，还可以对其进行清洗处理，所述清洗处理的步骤可以为常规清洗处理的步骤，在此不再过多赘述。

根据本发明的实施例，本发明所述的方法可以采用前面所述的装置进行，其具体操作方式，均与前面所述相同，在此不再过多赘述。

在本发明的又一个方面，本发明提供了一种核壳结构微球。根据本发明的实施例，该核壳结构微球包括：核芯；壳层，所述壳层包覆所述核芯，其中，所述核芯相对于所述壳层的偏心率不大于20％。发明人发现，该核壳结构微球厚度均匀、核芯靠近或者位于中心区域。

根据本发明的实施例，形成该核壳结构微球的材料均与前面所述相同，在此不再过多赘述。

下面详细描述本发明的实施例。

实施例1

准备好含有光引发剂的ETPTA(乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)、PVA(聚乙烯醇)与钨酸钠的水溶液以及ZrO₂陶瓷微球分别作为壳层相、连续相和核芯。其中，壳层相中光引发剂占ETPTA试剂的体积比为3％；连续相中PVA颗粒及钨酸钠分别占去离子水质量比为10％和20％。将连续相溶液装入10mL注射器中，并将其连接至图5中所示液滴滚动管道的第二进口220处(参照图5)，并将注射器装载在数字控制流量泵上。

将如图5中所示的第四出口322封住，从第二进口220处注入连续相，使其在核芯包覆管道中的液面上升至10-30cm的高度，并在液面上用滴管小心滴加一层壳层相，然后将ZrO₂陶瓷微球逐个从容器上方抛落，ZrO₂陶瓷微球穿过壳层相进入连续相时即形成双乳化液滴，之后双乳化液滴继续下落进入液滴滚动管道中，当双乳化液滴在液滴滚动管道中形成稳定的滚动运动时，用紫外灯对壳层固化管道进行照射，保证双乳化液滴在滚动过程中接受不低于2s时长的紫外光照射，使壳层相能够充分固化。之后使用盛有连续相溶液的培养皿收集固化后的颗粒，得到核壳结构微球。

用移液器将核壳结构微球转移至玻璃瓶中，用去离子水对核壳结构微球进行清洗，具体方法为：加入去离子水后，将玻璃瓶放在摇床上，调节其速率为140r/min进行清洗，共清洗5次，每次换水清洗15分钟，然后在室温条件下干燥24h。

由以上工艺步骤制备的核壳结构微球的光学显微镜照片如图7所示，将所制备核壳结构微球嵌入树脂中，并用砂纸进行磨抛，然后对磨抛表面用去离子水进行清洗、干燥，即可在扫描电镜下观察核壳结构微球中核芯的偏心情况(如图8所示)，对其偏心率进行统计(偏心率的统计方法：偏心率ε的计算公式为

其中，e为核芯的球心与核壳结构微球的球心的之间的距离(m)，R_S为核壳结构微球的半径(m)，R_C为核芯的半径(m)；利用图像处理软件分别对每个核壳结构微球统计其e、R_S、R_C，然后代入上述公式计算其偏心率ε)，得到80％颗粒的核壳陶瓷微球的偏心率小于0.2(核芯与壳层的密度相差5倍)。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种用于制备核壳结构微球的装置，其特征在于，包括：

核芯包覆管道，所述核芯包覆管道顶部具有第一进口，底部具有第一出口，且内部设置有互不相溶的壳层相和连续相，所述壳层相位于所述连续相的上方，所述核芯包覆管道用于在核芯的外表面包覆形成壳层相液膜，以便得到双乳化液滴，其中，所述核芯从所述第一进口进入所述核芯包覆管道，并从所述第一出口输出所述核芯包覆管道；

液滴滚动管道，所述液滴滚动管道具有第二进口、第三进口和第二出口，所述第二进口与所述第一出口相连通，所述第三进口用于向所述液滴滚动管道中输入所述连续相，所述液滴滚动管道用于为所述双乳化液滴提供滚动区域，以调整所述核芯的偏心率；以及

固化组件，所述固化组件具有第四进口，所述第四进口与所述第二出口相连通，所述固化组件用于使所述壳层相液膜固化，以形成壳层。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

核芯给料组件，所述核芯给料组件位于所述第一进口的上方，用于使所述核芯从所述第一进口进入所述核芯包覆管道。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述核芯包覆管道沿竖直方向设置，

任选地，所述液滴滚动管道的长度方向与所述核芯包覆管道的长度方向垂直。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液滴滚动管道的内径不小于所述双乳化液滴的直径的2倍。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

连续相储存罐，所述连续相储存罐具有第三出口；

给料泵，所述给料泵与所述连续相储存罐和所述第三进口相连通，用于将所述连续相储存罐中的所述连续相输入所述液滴滚动管道。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固化组件包括：

壳层固化管道，所述壳层固化管道具有第五进口和第四出口，所述第五进口与所述第二出口相连通；

固化器，所述固化器设置在所述壳层固化管道的外侧，用于使所述壳层相液滴固化，

任选地，所述固化器包括紫外灯和加热器中的至少一种，

任选地，所述壳层固化管道的长度方向与所述液滴滚动管道的长度方向一致。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双乳化液滴的平均密度与所述连续相的密度不同，

任选地，所述核芯包括二氧化锆和二氧化硅中的至少一种；所述壳层相包括乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；所述连续相包括聚乙烯醇水溶液，其中，聚乙烯醇的质量分数为4.35％～14.28％；

任选地，所述壳层相和/或所述连续相还包括表面活性剂，所述表面活性剂在所述连续相或所述壳层相中的质量分数为0.1％～2％；

任选地，所述连续相中还包括密度调节剂，所述密度调节剂在所述连续相中的质量分数为5％～30％。

8.一种制备核壳结构微球的方法，其特征在于，包括：

提供壳层相、连续相和核芯，其中，所述壳层相与所述连续相互不相溶；

将所述壳层相和所述连续相放入同一容器内，并使所述壳层相位于所述连续相的上方；

从所述壳层相上方将所述核芯加入所述壳层相中，使所述核芯经过所述壳层相，以使得所述核芯外表面包覆有壳层相液膜，形成双乳化液滴，然后所述双乳化液滴浸入所述连续相中，使所述双乳化液滴随所述连续相流动，以调整所述核芯的偏心率；

对经过偏心率调整的所述双乳化液滴进行固化处理，使所述壳层相液膜固化，得到核壳结构微球。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述连续相的流速为0.01m/s～0.2m/s。

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