[發明專利]用于生成具有低界面張力的乳劑的系統和方法和測量該系統中的振動頻率的方法

有效

• 申請號: 201380014220.3
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN104284654A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 岑浩璋;A.索雷特;李自達;宋陽
• 申請（專利權）人: 香港大學
• 主分類號: A61K9/113
• 分類號: A61K9/113;B01F17/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄒雪梅;梁謀

發明領域

本發明大體上涉及在不同液相具有低界面張力時用于制造簡單和雙重乳劑的系統和方法以及測量該系統中所用的振動頻率的方法。更具體地，該方法依賴來自機械振動和/或電場調制的壓力波動或擾動形成單一或雙重乳劑。

發明背景

乳劑由許多加工形式形成并廣泛用于食品、化妝品和涂料工業。

乳劑微滴生成中的最新進展使其進一步用于給藥和采油。生成具有受控形態的單一和多重乳劑的能力使它們能用于制造各種功能材料，包括用于給藥的微凝膠和脂質體；用于包封和保護敏感分子，如藥物、酶、其它蛋白質和肽和DNA和RNA片段的聚合物囊泡(polymersomes)；和膠體體(colloidosomes)——其是可精確控制其滲透性和彈性的中空彈性殼。膠體體的通用性和穩健性使它們成為用于細胞免疫隔離的潛在候選物。

雙重乳劑在包囊中可提供優于簡單乳劑（例如水包油、油包水或水包水）的優點，如攜帶極性和非極性物質的能力和改進的對治療分子釋放的控制。雙重乳劑的制備通常需要表面活性劑的混合物（為了穩定性）和形成雙重納米乳劑，其中內相和外相微滴都小于100納米。但是，在現有技術中尚未實現雙重納米乳劑。

現有技術中用于生成簡單水包水乳劑的流體是葡聚糖和聚乙二醇（PEG）的組合，或PEG和檸檬酸鈉的組合，或PEG和磷酸鉀的組合，它們以大約0.1?mN/m的界面張力為特征。為了生成簡單乳劑，目前使用的技術使用基于具有壓電致動器的聚二甲基硅氧烷（PDMS）裝置的方法。將壓電致動器安裝在撓性微通道中以引入內部流體（包封的流體），并利用與精選頻率一起的給定電壓振幅控制外部流體中的微滴形成。這一現有技術方法的一個實例可見于I.?Ziemecka,?V.?van?Steijn,?G.?J.?M.?Koper,?M.?Rosso,?A.?M.?Brizard,?J.?H.?van?Esch和M.?T.?Kreutzer,?Lab?Chip,?11,?620?(2011)，其并入本文中作為參考。另外，現有技術涉及如并入本文作為參考的D.?Lai,?J.?P.?Frampton,?H.?Sriram和S.?Takayama,?Lab?on?a?Chip,?20,?3551?(2011)中所述的基于多級圓形通道的方法，其導致生成簡單水包水乳劑。此外，現有技術已經描述了利用超低表面張力的雙相流以良好生產率生成具有受控和均勻直徑的微滴。如P.?Haas,?ind.?Eng.?Chem.?Res.,?31,?959-967?(1992)和Ref:?I.?Ziemecka,?V.?van?Steijn,?G.?J.?M.?Koper,?M.?T.?Kreutzer和J.?H.?van?Esch,?Soft?Matter,?7,?9878?(2011)（兩者都并入本文作為參考）中已建議通過機械振動器引入擾動以在空氣中產生微滴。

目前，這些乳劑大多含有有機化合物作為一個相，該化合物通常昂貴、有毒、易燃并對環境有害。在最終結構中存在這些化合物的風險使它們很難被批準用于生物用途和內部消耗。因此，非常希望用水基兩相系統（ATPS）溶劑替代有機溶劑。ATPS溶劑現今廣泛用于蛋白質、抗體、DNA、細胞、細胞器和甚至納米粒子的分離和提純。可以使用ATPS生成全水性乳劑，其形成具有有吸引力的特征（如它們的生物相容性或無毒性）的兩個不混溶水相。

盡管ATPS有許多優點，但微滴微流體技術用于生成水包水（W/W）乳劑的應用有限。一個主要原因是低界面張力，這阻礙通過經典方法形成微滴。此外，由于極低的界面張力，即使使用微流體毛細管技術，制造雙重乳劑形式的ATPS乳劑也是一個挑戰。該乳劑大多由界面張力通常為幾十微牛頓/米的兩個不混溶流體構成。當界面張力變得極低（通常比典型油-水界面的界面張力低100-1000倍）時，阻礙該乳劑的生成。低界面張力導致通過Rayleigh-Plateau不穩定性使液體射流破碎成微滴所需的驅動力降低。

因此，需要施加擾動技術（例如機械、電等）以形成簡單和雙重ATPS乳劑的方法和裝置，其中兩個水相的界面張力都低。

發明概述

本裝置和方法涉及使用微流體裝置制造簡單和雙重乳劑滴，它們是懸浮在另一不混溶液體中的液滴。此外，本發明使用現有技術的微流體裝置，如同向流動或流動聚焦裝置制造簡單和雙重乳劑，并生成具有低界面張力的兩個不混溶相之間的乳劑微滴，零星具有不均勻的微滴尺寸分布。本發明的另一方面是單分散乳劑的制造。本發明特別以給定頻率對輸入流施以外力以使射流破碎成所需尺寸的微滴。