Polymer Microcapsules with Programmable Active Release

Abbaspourrad, A. ; Carroll, N, J. ; Kim, S, Y. ; Weitz*, D, A

J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7744−7750

學號 :9919132姓名 : 張德弘

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Outline• Introduction

1. 微膠囊2. 微流體技術3. PS4. PS-PIP-PS5. 共軛焦顯微鏡

• Experimental section 1. 製造微膠囊• Results and Discussion 1. 共軛焦顯微鏡、 SEM 2. 不同條件對釋放速率的影響 3. 不同膠囊膜對釋放速率影響• Conclusion

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Introduction

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Microcapsules( 微膠囊 )

• 是微量物質包裹在聚合物薄膜中的技術，是一種儲存固體、液體、氣體的微型包覆技術。• 用各種天然的或合成的高分子化合物連續薄膜，完全包覆起來，對目的物的原有絲毫無損，通過某些外部刺激或緩釋作用使功能再次在外部呈現出來，或依靠囊壁的屏蔽作用起到保護芯材的作用。• 微膠囊的直徑一般為 1~500μm ，壁的厚度為 0.5

~150μm ，目前已開發了粒徑在 1μm 以下的超微膠囊。4

微流體技術• 微流體技術是指在微觀尺寸下控制、操作和檢測複雜流體的技術。• 它使用直徑小於 100 微米的孔來產生微滴。• 該技術可用於輸運微反應中的微量試劑，以及將微量樣品分發到載體表面形成微陣列。

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Polystyrene （聚苯乙烯）• 聚苯乙烯（簡稱 PS ）是一種無色透明的熱塑性塑料。• PS 微膠囊有足夠的耐酸性，定有足夠的化學穩定性，可應用金屬分離之包覆，相變化包覆，材料等各種不同用途上

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PS-PIP-PS

• 聚苯乙烯 - 聚異戊二烯 - 聚苯乙烯，聚合物具有高平均分子量的（ 12000 至20000 ）和低總平均分子量（ 60,000 至110,000 ）。

• 及穩定劑，具有低黏度，良好的剝離黏合力，良好的黏著性。

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Confocal microscope （共軛焦顯微鏡）• 優點是呈像的解析力較高，但因為光線只通過一個針孔所以亮度較暗。一般顯微鏡的解析力在 0.3-0.35μm 左右共軛焦顯微鏡可提升到 0.18μm 。

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Experimental section

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製造微膠囊殼膜 -1

圖一、使用雙相微流體技術於製造微膠囊。溶液顏色表示微膠囊的位置，內殼溶液 ( 綠色 ) ，外殼 ( 紅色 ) ，和載體溶液 ( 藍色 ) 。10

製造微膠囊殼膜 -2

圖一、（ b ）在光學顯微鏡下，雙相微流體裝置圖。（ c ）蒸發去除甲苯後，固化微膠囊薄膜。

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Results and Discussion

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共軛焦顯微鏡

圖二、（ a）紅螢光染料來觀察膠囊殼（b）綠螢光染料來觀察膠囊內部流體13

SEM

圖二、（ c ）在 45°C 下烘乾，膠囊的表面形態。（ d ）使用雙相微流體控制技術，得到超薄膜的膠囊，膜具有 200nm 厚度。14

流動性對釋放速率影響

圖三、（ 1 ）製作一 PS 膠囊固定再油水界面中，使膠囊自然碰撞至油水面壁，產生刺激局部破裂，造成膠囊的主動釋放。（ 2 ）觀察到膠囊流動性程度會直接影響釋放速率。15

含量刺激對釋放速率的影響 -1

圖四、（ a ） PS 膠囊再醇甲苯刺激下， 100 毫產生秒局部破裂， 700 毫秒釋放完。（ b ） PS 膠囊再 50wt% 甲苯刺激下， 5秒產生局部破裂，75秒釋放完。 16

含量刺激對釋放速率的影響 -2

圖四、（ c ） PS 膠囊再 10wt% 甲苯刺激下， 2 分產生局部破裂， 12 分釋放完。並觀察到非流體化膠囊沒有明顯的收縮。控制觸發反應為了不只受含量刺激的影響，作者們又接續做了不同分子量及不同厚度的膠囊來試驗。17

含量刺激對釋放速率的影響 -3

圖五 a 、18

分子大小對釋放速率的影響

圖五 b 、19

膠囊殼厚度對釋放速率影響

圖五 c 、20

不同材料對釋放速率的影響

圖六、（ a ）使用 PS 製成的膠囊，穿過直徑 70um 的毛細管， PS 膠囊變形破裂。（ b ）使用 PS-PIP-PS 製成的膠囊，一樣穿過同樣直徑的毛細管， PS-PIP-PS 粒沒有破裂。 21

Conclusion

• 確定調整膠囊膜的厚度、分子量、含量刺激，皆可以控制膠囊的釋放速率。• 此方法不限定於單一類型膜聚合物，展示了一個類似 PS-PIP-PS 聚合物製造的膠囊。• 因此這個方法應該適合可控制系統設計，使用不同聚合物膜材料，進一步發展。

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