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• 簡介

1. 微膠囊2. 微流體技術3. Polystyrene

4. polystyrene−polyisoprene−polystyrene

5. 共軛焦顯微鏡• 材料與方法 1. 製造微膠囊• 結果與討論 1. 共軛焦顯微鏡、掃描式電子顯微鏡 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• 結論

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簡介

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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原體的作用。

• 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。

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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 µm 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）

• polystyrene−polyisoprene−polystyrene，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）。

• 屬於穩定劑，具有低黏度，良好的剝離黏合力和黏著性。

7polystyrene−polyisoprene−polystyrene

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。

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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 。

材料與方法

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製造微膠囊殼膜 -1

圖 a、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 ) 。

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a

製造微膠囊殼膜 -2

圖 b、雙相微流體製造微膠囊及固化圖（ 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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b c

結果與討論

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共軛焦顯微鏡

圖 d、膠囊在共軛式顯微鏡下觀察（ d）紅螢光染料來觀察膠囊膜（ e）綠螢光染料來觀察膠囊內部流體

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bd e

掃描式電子顯微鏡

圖 f、膠囊表面及膜在 SEM下觀察（ f）在 45°C下烘乾，膠囊的表面形態。（ g）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

c df g

流動性對釋放速率影響

圖 h、膠囊主動釋放圖（ 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。

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h

i

j

含量刺激對釋放速率的影響 -1

圖 i、膠囊曝露於甲苯刺激下時間推移圖（ i） PS膠囊再醇甲苯刺激下， 0.1 秒產生局

部破裂， 0.7 秒釋放完。（ j） 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 k、膠囊曝露於甲苯刺激下時間推移圖

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。

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k

含量刺激對釋放速率的影響

圖 l、刺激含量濃度高低，會直接影響釋放18

(l)

分子大小對釋放速率的影響

圖 m、分子的大小，影響著釋放速率 19

(m)

膠囊殼厚度對釋放速率影響

圖 n、膠囊膜的厚度，明顯的影響釋放速率20

(n)

不同材料對釋放速率的影響

圖 o、膠囊收縮率時間序列圖（ o）使用 PS製成的膠囊，穿過直徑 70μm的毛細管，

PS膠囊變形破裂。（ p）使用 PS-PIP-PS製成的膠囊，穿過直徑 70μm直

徑的毛細管， PS-PIP-PS 粒沒有破裂。21

o

p

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，文章中使用了一類似 PS-PIP-PS聚合物製造膠囊。

• 此法適合可控制系統設計，使用不同聚合物膜材料，達到進一步的發展。

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