微膠囊
關注創建者：ABAQUS小土豬 創建時間：2022-12-08
微膠囊的視頻教程
微膠囊的實例教程
制備微陣列的水凝膠對藥物傳送，傳感器和組織工程具有重要的意義。這種水凝膠可以通過具有刺激響應性的聚合物制備，從而得到對環境有刺激響應的微陣列水凝膠。盡管這種方法已經成熟，但由于在凝膠過程中聚集聚合物非常困難，因此制備具有圖案化的水凝膠卻很少有報道。
最近，英國劍橋大學化學系的OrenA. Scherman教授與ChrisAbell教授及Ziyi Yu博士報道了通過超分子自組裝構建了可以藥物傳送和化學傳感的微陣列水凝膠。在這之前，水凝膠的微陣列技術主要集中在水凝膠的微珠陣列，這就導致了加載性能，可擴展性，特異性和多功能性差的缺點。而基于超分子主-客識別制備的微陣列水凝膠不僅有均一的尺寸，而且在藥物傳送，拉曼光譜的增強中有很大的應用。該成果以“Patterned Arrays of Supramolecular Microcapsules”為題發表于《Advanced Functional Materials》。
圖文導讀
圖1. 微陣列水凝膠的制備
(a) 將玻璃基板改性，制備微滴陣列并原位形成超分子水凝膠微膠囊陣列；(b) 在微滴表面自組裝形成微陣列凝膠；(c) HBP-CB[8]，HEC-Np及CB[8]結構式；
如上圖所示，(a) Piranha溶液、三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷及聚二甲基硅氧烷對玻璃基底進行處理，得到了圖案為親水性，其他部分為疏水性的玻璃基底；(b)由于油層帶有負電荷，HBP-CB[8]和HEC-Np帶有正電荷，在靜電作用下，超分子在水-油界面進行自組裝形成微陣列凝膠。
圖 2. 圖案化微陣列凝膠的制備
(a-c) 圓形，雪人和十字交叉微陣列凝膠的光學照片;(d-f) 半球性微陣列凝膠動態組裝過程的明場圖像;(g-i) SEM圖，g為f圖中區域1，h為f圖中區域2，i為剖視圖。
展開 當聚合物基材中產生裂紋時，相應位置的微膠囊會發生破裂，從而將含有三官能度炔酯單體的芯材釋放到裂紋位置；釋放出的活化炔溶液在接觸到基材中分散的DABCO催化劑時，會迅速發生高效的聚合反應，生成深色、不溶的超支化聚合物。這樣就可以通過無色完整區域和黑紅色損傷區域實現聚合物機械損傷的高對比度可視化檢測。同時，所生成的聚合產物會重新填滿損傷區域，在一定程度上也可以起到涂層保護作用。
圖3. 聚合反應觸發的變色效應及其應用于聚合物的損傷可視化檢測的機理示意圖
為了驗證該設計理念，作者制備了一種含有活化炔的苯乙 酸乙酯（EPA）溶液的雙層PUF殼微膠囊（圖4）。這種微膠囊具有均勻且穩定的球形形貌，外殼圓潤光滑，在環境條件下放置超過一年仍可保持優異的芯材包覆率和形貌穩定性。這些無色的微膠囊在破裂后，一旦接觸到DABCO催化劑，會立即變色，并且隨著時間的推移顏色會逐漸加深（圖5左側）。通過將DABCO催化劑和含活化炔單體的微膠囊分散在PVA薄膜中，所制得的PVA復合薄膜在結構完整的狀態下為無色透明外觀，一旦微膠囊受到外力（切割或碾壓等）發生破裂觸發聚合反應，PVA薄膜的劃痕或壓痕損傷就可以很容易被觀察到。劃痕區域的SEM圖片表明：由于損傷引發聚合，新形成的高分子材料可以有效填充裂紋區域（圖5右側）。
圖4. 含有活化炔單體溶液的微膠囊的制備及表征
圖5.
展開 3 Al(OH) 的大量添加會降低材料的機械 性能，而通過對 3 Al(OH) 微細化再行填充，反而會起到剛性粒子增塑、增強的 效果，特別是納米級材料。由于阻燃作用的發揮是由化學反應所支配的，而等量的阻燃劑其粒徑愈小，比表面積就愈大，阻燃效果就愈好。超細化也是從親和性方面考慮的。正是由于氫氧化鋁與聚合物的極性不同，才導致了其阻燃型復合材料物理機械性能下降。而超細納米化的 3 Al(OH) 增強了界面的相互作用，可均勻 地分散在基體樹脂中，更有效地改善了共混料的力學性能。
三、復配協同
在實際生產應用中，單一的阻燃劑總存在這樣或那樣的缺陷，而且使用單一的阻燃劑很難滿足越來越高的要求。阻燃劑的復配技術就是在磷系、鹵系、氮系和無機阻燃劑之間，或某類內部進行復合化，尋求最佳的經濟和社會效益。阻燃劑復配技術可以綜合兩種或兩種以上阻燃劑的長處，使其性能互補，達到降低阻燃劑的用量，提高材料阻燃性能、加工性能及物理機械性能等目的。
四、交聯
交聯高聚物的阻燃性能比線型高聚物好得多。在熱塑性塑料加工時添加少量交聯劑，能使塑料變成部分網狀結構，可改善阻燃劑的分散性，有利于塑料燃燒時產生結炭作用，提高阻燃性能，并能增加制品的機械、耐熱等性能。
五、微膠囊化
將微膠囊化應用于阻燃劑是近年來發展起來的一項新技術。微膠囊化的實質是把阻燃劑粉碎分散成微粒，用有機物或無機物進行包囊，形成微膠囊阻燃劑，或以表面很大的無機物為載體，將阻燃劑吸附在這些無機物載體的空隙中，形成蜂窩式微膠囊阻燃劑。溴類環保阻燃劑的微膠囊化有以下優點：可改善阻燃劑的穩定性;可改善阻燃劑與樹脂的相容性，使材料的物理機械性能降低的現象得以改善;可大大改善阻燃劑的多種性能，擴大其應用范圍。
展開 圖3.細胞狀結構微膠囊封閉,(b)細胞狀結構微膠囊禁閉示意圖,(b)具有細胞樣結構的各種微膠囊的結構圖。
乳液、界面和原位聚合是合成細胞狀結構PCMs最常用的技術。最近，Xia等人制備了具有溫控釋藥的核殼型PCMs。如圖4a所示，通過模板化聚苯乙烯(PS) Janus膠體顆粒制備硅基納米膠囊。移除模板后，在硅基微膠囊的壁上觀察到一個明確的孔(圖4b)。隨后，脂肪酸、治療藥物和近紅外(NIR)染料在真空浸漬下通過孔加載到微膠囊中。當暴露于光照射下時，當脂肪酸融化時，有效載荷可以通過孔釋放出來。核殼結構賦予PCM許多優勢，包括增強的穩定性和加載多功能組件的能力。在這種情況下，類細胞結構PCM的性能和應用主要取決于外殼材料的特性。因此，近年來，具有雜交殼的細胞狀結構PCMs的制造受到了關注。如圖4c,d所示，Yu及其同事利用乳液聚合方法設計了一種高效太陽能儲能微膠囊PCMs，該微膠囊將二烷和改性黑磷片(mBPs)包裹在高透光性外殼聚合物-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中。二糖烷的最大包封效率大于78%，潛熱大于180 Jg-1。除了具有較高的熱可靠性外，所獲得的微膠囊PCMs還具有與bp結合的優異光熱轉換性能。
圖4.單核-殼NPCM。
與單核-殼結構相比，多殼微膠囊具有更強的結構穩定性和力學性能。另一方面，結構的復雜性意味著制備技術的難度較大。為此，人們做出了許多努力，開發了逐步聚合、逐層模板和其他制備方法。例如，謝等人提出了一種通過調節反應溫度合成多殼中空結構的方法(圖5a,b)。他們使用V(OH)2NH2作為固體模板，并通過多種工藝制作空心結構。然后通過真空浸漬將PCMs (CaCl2·6H2O)滲透到空心結構中。與單殼PCMs相比，這些微膠囊具有更好的循環儲能性能。多殼結構的形成有利于克服相分離和過冷問題。
展開 殼材料的摻入不僅提高了微膠囊的物理化學穩定性，而且賦予了微膠囊多功能性。根據其結構，細胞樣結構PCMs可分為單核-殼、多殼和多核微膠囊(圖3b)。
圖3.細胞狀結構微膠囊封閉,(b)細胞狀結構微膠囊禁閉示意圖,(b)具有細胞樣結構的各種微膠囊的結構圖。
乳液、界面和原位聚合是合成細胞狀結構PCMs最常用的技術。最近，Xia等人制備了具有溫控釋藥的核殼型PCMs。如圖4a所示，通過模板化聚苯乙烯(PS) Janus膠體顆粒制備硅基納米膠囊。移除模板后，在硅基微膠囊的壁上觀察到一個明確的孔(圖4b)。隨后，脂肪酸、治療藥物和近紅外(NIR)染料在真空浸漬下通過孔加載到微膠囊中。當暴露于光照射下時，當脂肪酸融化時，有效載荷可以通過孔釋放出來。核殼結構賦予
PCM許多優勢，包括增強的穩定性和加載多功能組件的能力。在這種情況下，類細胞結構
PCM的性能和應用主要取決于外殼材料的特性。因此，近年來，具有雜交殼的細胞狀結構PCMs的制造受到了關注。如圖4c,d所示，Yu及其同事利用乳液聚合方法設計了一種高效太陽能儲能微膠囊PCMs，該微膠囊將二烷和改性黑磷片(mBPs)包裹在高透光性外殼聚合物-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中。二糖烷的最大包封效率大于78%，潛熱大于180 J
g
-1。除了具有較高的熱可靠性外，所獲得的微膠囊PCMs還具有與bp結合的優異光熱轉換性能。
圖4.單核-殼NPCM。
與單核-殼結構相比，多殼微膠囊具有更強的結構穩定性和力學性能。另一方面，結構的復雜性意味著制備技術的難度較大。
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與我們常見的LCD、LED等彩色顯示技術有本質上的區別，彩色電子紙采用全反射式的電泳技術，內部由數百萬個微型膠囊構成，里面含有黑白兩色電粒子，電場接通時，相對應的黑白粒子移動至微膠囊頂端，形成不同的灰階，外界光經過反射，穿過彩色濾光片，從而讓人眼能夠感知到屏幕內容的色彩。
根據其結構，細胞樣結構PCMs可分為單核-殼、多殼和多核微膠囊(圖3b)。
圖3.細胞狀結構微膠囊封閉,(b)細胞狀結構微膠囊禁閉示意圖,(b)具有細胞樣結構的各種微膠囊的結構圖。
根據其結構，細胞樣結構PCMs可分為單核-殼、多殼和多核微膠囊(圖3b)。
圖3.細胞狀結構微膠囊封閉,(b)細胞狀結構微膠囊禁閉示意圖,(b)具有細胞樣結構的各種微膠囊的結構圖。
乳液、界面和原位聚合是合成細胞狀結構PCMs最常用的技術。最近，Xia等人制備了具有溫控釋藥的核殼型PCMs。
目前主流的電子紙技術可大致分為6類：電泳式微膠囊微杯顯示技術、全內反射電子紙顯示技術、電漿顯示技術、電潤濕顯示技術、有機電致變色技術、膽固醇顯示技術等，它們分別以不同的原理實現電子紙彩色顯示。除了關鍵的電子紙顯示技術，伴隨電子紙技術應用的外圍技術也在同步發展，匹配整個產業的向前發展。
經過多年的發展，以元太E Ink電泳式微膠囊及微杯技術為主流的各項電子紙顯示技術可大致分為6類：電泳式微膠囊微杯顯示技術、全內反射電子紙顯示技術、電漿顯示技術、電潤濕顯示技術、有機電致變色技術、膽固醇顯示技術等，它們分別以不同的原理實現電子紙彩色顯示，各項技術的最新彩色顯示原理及應用場景的全面介紹已收錄于2023版電子紙產業藍皮書12本系列之《全球電子紙產業綜合分析報告》，該份報告對于電子紙顯示模組的結構
因此，在電子紙模組生產過程中需要有一種材料能將電子墨水薄膜四周密封起來，以防止電子墨水微膠囊內水汽進入或流失。
目前在電子紙顯示模組的生產制造工藝中，使用環氧樹脂型熱固化膠，簡稱EC膠（Edge Coating）。EC膠被涂布于FPL的PS的四周，防止水汽從四周滲入FPL。
二、電子紙的基本原理
電子紙技術是一種“微膠囊電泳顯示”技術，微膠囊中包含了不同顏色的納米粒子。其基本原理是懸浮在液體中的帶電納米粒子受到電場作用而產生遷移。電子墨水涂布在一層塑料薄膜上，再貼覆上薄膜晶體管(TFT)電路，經由驅動IC控制，形成像素圖形，創造了電子紙顯示屏。
這些無色的微膠囊在破裂后，一旦接觸到DABCO催化劑，會立即變色，并且隨著時間的推移顏色會逐漸加深（圖5左側）。通過將DABCO催化劑和含活化炔單體的微膠囊分散在PVA薄膜中，所制得的PVA復合薄膜在結構完整的狀態下為無色透明外觀，一旦微膠囊受到外力（切割或碾壓等）發生破裂觸發聚合反應，PVA薄膜的劃痕或壓痕損傷就可以很容易被觀察到。
電子墨水由數百萬個帶色粒子構成微膠囊結構，與當下印刷行業使用的墨水色彩原理相同，帶色粒子可通過電場驅動控制其上下移動位置，以改變顯示屏幕所呈現的內容。
此技術的獨特性使得概念車款在僅用微電力改變車體外觀顏色的同時，亦符合純電動車款的可持續發展使命。
整體來看，目前電子紙行業還需要繼續提速，大屏觸控和彩色屏幕的大規模量產仍然需要時間。
據稱，表面涂層包含數百萬個微膠囊，其直徑和人的頭發差不多粗細。而每一個微膠囊中都包含帶負電的白色顏料和帶正電的黑色顏料。通過電場的刺激就會導致白色或黑色顏料聚集在微膠囊的表面，從而為車身提供所需的色調。
這樣一來，不僅能讓車變得炫酷，而且還有很實用的功能。那就是在炎熱的夏天，你可以把車變成白色，以反射陽光降低車內溫度。
