華中科技大學鄧仁華老師在杜倫大學Colin Bain教授課題組進行了關于通過乳液的噴墨打印原位合成聚合物微膠囊的研究。該研究通過將噴墨打印和乳液-溶劑蒸發相結合的方法在目標位置原位形成均勻的聚合物微膠囊，避免了運輸和儲存過程中材料的損失。

介紹

杜倫大學Colin Bain教授課題組在“In-Situ Fabrication of Polymeric Microcapsules by Ink-Jet Printing of Emulsions”的研究中，通過將噴墨打印技術和乳液-溶劑蒸發相結合的方法實現在一個表面原位形成聚合物微膠囊。在噴墨打印技術中，材料顆粒大于μm級的懸濁液非常容易產生噴頭堵塞的問題，華中科技大學的鄧仁華老師通過制備聚合物微膠囊的方式，解決了這一問題，實現了將大顆粒的材料順利打印的工作。

目前，制作聚合物微膠囊的方法包括：凝聚的聚合物或聚合乳液液滴的界面、吸收聚合物或表面聚合固體模板（粒子）、雙乳狀液的蒸發和內心在乳液液滴相分離等，每種方法都有其局限性，而通過與噴墨打印結合，可以實現均勻的雙乳狀溶液，將材料預先溶解在易揮發的溶劑中，通過改變微滴初始尺寸和聚合物濃度等方法可以控制包封效率、微膠囊的尺寸和殼層厚度，并且在定向位置原位形成微膠囊，由此避免了運輸和儲存期間材料的損失。

乳液溶劑蒸發驅動相分離可用于制備聚合物微膠囊。油墨是一種水包油乳液，其分散相中含有形成殼的聚合物、形成核的流體，這是一種對聚合物來說較差的溶劑，也是一種低沸點的好溶劑。乳液打印到基材上后，好的溶劑通過水相擴散蒸發，聚合物與差的溶劑相分離形成微膠囊。連續的水相含有聚乙烯醇，它作為乳化劑和膠囊與基質的粘合劑。均勻的微膠囊是通過打印含有單分散油滴的乳劑在微流控裝置中產生的。本文討論了在噴墨打印中成功制備微膠囊需要控制的物理參數。這種快速原位包封的方法可用于控制釋放的應用，如農用化學品噴霧劑、芳香劑、功能涂層和外用藥物。

聚合物微膠囊作為一種容器/載體可用于自愈合涂層，傳感器，相變材料，藥物和農藥的控釋，壓力敏感開關，顯示器或智能窗口，光學材料，酶固定化，和芳香劑。微膠囊可以保護活性物質免受環境危害（如潮濕、氧化），從而延長保質期。微膠囊允許藥物以可控的方式釋放，這可以提高它們的療效，降低成本和副作用。此外，封裝可以安全處理有毒化學物質(如殺蟲劑)，并允許液滴作為固體處理或嵌入固體基質中。目前，制作聚合物微膠囊的方法包括凝聚的聚合物或聚合乳液液滴的界面、吸收聚合物或表面聚合固體模板（粒子）、雙乳狀液的蒸發和內心在乳液液滴相分離。每種方法都有其局限性，不同的方法針對不同的應用進行優化。

該研究通過將噴墨打印（MicroFab微液滴發生系統，MJ-ABP-01，噴頭口徑：50μm）和乳液-溶劑蒸發相結合的方法在目標位置原位形成聚合微膠囊，避免了運輸和儲存過程中貨物的損失，其機理如下圖所示。其中，能夠產生微膠囊而不是固體顆粒關鍵在于噴墨時短時間尺度內水滴的蒸發。 
 

▲ 簡單的實驗過程：首先使用含有聚合物和DCM溶液作為油相，0.3wt% 的PVA水溶液作為水相，通過微控流法形成均勻的乳液。然后將乳液轉移到MJ-ABP-01噴墨打印噴頭，施加30~40V的電壓在22*22mm的玻璃蓋片上快速封裝，形成聚合物微膠囊。

▲ 上圖為與戊康唑質量比為1:1的PMMA或PLLA顆粒。在交叉極化下沒有觀察到戊康唑晶體，這表明活性成分仍然溶解在聚合物基質中。說明利用噴墨打印形成的微膠囊封裝效率很高。 

資料來源：

[1] Suntivich Rattanon, Drachuk Irina, Calabrese Rossella, et al. Inkjet Printing of Silk Nest Arrays for Cell Hosting[J]. Biomacromolecules. 2014,15,(4):1428-1435.