导读：

近期，比利时鲁汶大学研究人员开发出一种基于驻波诱导的微流控超声喷雾干燥新技术，通过让微通道内液塞与超声频率共振触发周期性雾化，生成单分散微液滴并干燥得到平均尺寸约140nm的脂质纳米颗粒，且过程平均功耗低于1W、尺寸可控。相关研究以“Microfluidic generation of nanoparticles using standing wave induced ultrasonic spray drying”为题目，发表于期刊《Nanoscale Advances》。

本文要点：

1、本研究提出一种基于驻波诱导超声喷雾干燥的微流控纳米颗粒制备新方法，其核心是利用液塞与超声频率共振触发表面雾化，适用于药物载体颗粒等生物医学应用。

2、研究搭建了雾化分析装置和颗粒收集演示装置，通过T型结生成塞流，利用压电元件施加超声振动（脉冲模式下平均功率＜1W），借助声学共振实现高效雾化；以丙酮为溶剂时生成平均尺寸7.24μm、PDI为0.18的单分散液滴，添加表面活性剂可调控液滴尺寸（最大缩小16%）。

3、利用该方法成功制备出平均粒径140nm的三肉豆蔻酸甘油酯脂质纳米颗粒，虽存在一定团聚导致PDI较高（0.79），但粒径满足细胞摄取的＜200nm要求。

4、该方法具有能量效率高、易于规模化、设备体积小等优势，为可调控的微流控纳米颗粒合成提供了新范式，其液滴尺寸可控性和低能耗特点对药物载体制备等领域具有重要应用价值。

驻波诱导超声喷雾干燥法的核心原理是利用液塞与超声频率的共振效应触发表面雾化，结合喷雾干燥过程实现纳米颗粒制备，具体可拆解为以下关键步骤：

1、液塞生成与调控：通过微流控T型结，利用氮气压力驱动形成离散的“液塞”（液体段与气体段交替的塞流），液塞长度可通过流体压力、流速精准调节，为后续共振匹配奠定基础。

2、超声共振与驻波形成：压电元件在特定共振频率下产生超声波，当液塞长度与超声波长（或其整数倍）匹配时，液塞内部会形成稳定驻波。驻波产生的周期性压力差会在液塞表面形成强烈扰动，突破界面张力限制。

3、表面雾化与液滴生成：驻波引发的压力波动使液塞表面发生“爆发式雾化”，形成微小液滴。该过程为离散脉冲模式（非连续雾化），仅当液塞满足共振长度条件时才会触发，保证了液滴的单分散性。

4、喷雾干燥与颗粒成型：雾化产生的微小液滴（平均7.24μm）被引导至干燥区域，溶剂快速蒸发后，液滴中的溶质（如脂质、药物载体材料）组装形成纳米颗粒。实验中通过该过程成功制备出平均尺寸140nm的脂质纳米颗粒。

该方法采用脉冲超声模式（2ms超声激活 + 20ms弛豫），使平均施加功率低于1W，同时超声能量仅在液塞共振时高效转化为雾化能，避免了连续超声的能量浪费和热效应。

图1雾化分析装置示意图

图2毛细管内塞流示例图像及塞流长度的自动提取结果

图3 在超声条件下进行的实验中，全体塞流样本与发生雾化的塞流子集的对比。数据代表在所述水相实验条件下的一次独立测量结果

图4超声诱导雾化过程的高速成像。本实验以40,000帧/秒的帧率和100,000帧/秒的快门速度拍摄毛细管，图像为雾化爆发过程的时间序列：（a）初始状态，（b）爆发前，（c）颗粒高速喷射，（d）颗粒减速，（e）界面扰动，（f）爆发后界面恢复

图5连续超声与脉冲超声的对比

图6标准条件下多次实验生成液滴的粒径分布直方图，基于7000余个实测液滴数据

图7在密闭腔室内使用纸张呈现的喷雾形态

图8干燥三肉豆蔻酸甘油酯颗粒的SEM图像。（a）显示单个片状颗粒，（b）片状颗粒的紧密团聚体

论文链接：https://doi.org/10.1039/D4NA01012D

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