导读：

微尺度乳液液滴是组装纳米颗粒并构筑次级微粒的通用软模板；若辅以微流控技术，可获得尺寸精准且分布极窄的纳米结构微粒。然而，去除液滴溶剂，尤其是油包水乳液中的水分速率极低，长期制约该类材料的大规模制备。基于此，有研究人员提出了一种由渗透压驱动的方法，通过引入含高溶质浓度的第二种乳液实现对乳液液滴中水分的可控汲取，该方法较长期加热更快、更具成本效益和可持续性，能快速生成由纳米颗粒组成的球形微粒，且在多种纳米颗粒体系中均有应用，解决了油包水乳液溶剂去除慢这一难题。相关研究以“Nanostructured Microsphere Production by Osmotic Extraction of Microfluidic Emulsion Templates”为题目，发表在期刊《Langmuir》上。

本文要点：

1、本研究提出了一种基于渗透压驱动的微流控乳液模板渗透汲取法，用于高效制备纳米结构微球。

2、通过引入含高溶质浓度的第二种乳液（“汲取相”），利用渗透压梯度实现油包水乳液中水分的快速、可控汲取，无需长时间加热。

3、以碳纳米管（CNTs）为模型系统，结合微流控乳化技术，制备出完全由纳米颗粒组成的球形微粒，并探究了体系组成、液滴尺寸对水分汲取速率、乳液稳定性和纳米颗粒组装的影响，建立了100-1000μm直径模板液滴固化的经验模型。

4、该方法使颗粒固化速度比蒸发法快5倍，且能保持对形态和尺寸分布的控制，同时在其他纳米颗粒体系上也得到了验证，具有广泛的材料适用性。

5、此外，该方法操作条件温和，不依赖含氟油或表面活性剂，成本低且可持续，为纳米结构微球的规模化生产提供了有效途径。

图 1. 油包水乳液中纳米颗粒经通过透压驱动形成微颗粒的流程概述。（a）示意图展示了渗透压驱动下，含有分散氧化碳纳米管（ox-CNTs）的模板液滴（蓝色）中的水分被快速、选择性地抽入含高浓度溶质的水性汲取乳液液滴（紫色）中。随着水分被去除，最终形成完全由氧化碳纳米管组成的固态球形微颗粒。（b）从批量生成的尺寸均一的微流控液滴中集体抽取水分的示意图，显示被汲取乳液包围的单分散CNT液滴及最终形成的微粒。

图 2. 汲取乳液组成对含 0.1 wt% 氧化碳纳米管的模板液滴水分提取速率的影响。汲取溶液分别为（a）1.6–3.2 M 葡萄糖；（b）1.6–2.4 M 蔗糖；（c）3.2–5.5 M 果糖；（d）3.2–6.4 M 甘油；（e）3.2 M 尿素；（f）1.6 M 氯化钠。葡萄糖与油相体积比为 1:10。左侧为模板液滴平均相对半径（r/r₀，r₀=500 μm，n=3）的变化，虚线表示 24 小时后的平均r/r₀。右侧为代表性光学显微图。（b–e）组中的乳液可见汲取液滴的絮凝现象，在初始模板液滴位置附近形成耗空区域。

图 3. 水性模板液滴组成对水分抽入3.2 M葡萄糖汲取乳液的影响。模板液滴含（a）0.05 和 0.5 wt% 氧化碳纳米管；（b）去离子水。（b）中为便于对比，向葡萄糖相中添加了 0.025 wt% 亚甲基蓝。左侧为平均相对模板液滴半径（r/r₀，r₀=500 μm，n=3）的变化，虚线表示 24 小时后的平均 r/r₀。右侧为代表性光学显微图像。（b）中最后一个数据点无标准偏差，因仅剩余一个液滴可供测量。

图 4. 模板液滴和汲取液滴尺寸对渗透汲取的影响。（a）（b）分别为经涡旋混合和高能超声处理的汲取乳液所生成的代表性氧化碳纳米管微颗粒的扫描电镜图像。（c）不同尺寸的 0.1 wt% 氧化碳纳米管/水模板液滴在（b）所用汲取乳液中进行渗透汲取的代表性光学显微图。（d）（e）分别为初始氧化碳纳米管浓度为 0.1 wt% 和 0.5 wt% 时，在超声处理的汲取乳液中，不同初始半径 r₀ 的模板液滴的平均相对半径（r/r₀，n≥3）变化。实线为 r/r₀≥0.3 时的线性拟合。（f）相对水分传输速率 d (r/r₀)/dt 与初始液滴半径的关系。（g）预测的固化时间 t_s 与初始液滴半径的关系。图中的线条是通过幂律函数 y=axⁿ 对实验数据进行拟合得到的，其中 n=1.70，a_{0.1 wt%}=0.20，a_{0.5 wt%}=0.16。

图 5. 加热对超声处理汲取乳液中渗透汲取的影响。模板液滴含（a）0.1 wt% 和（b）0.5 wt% 氧化碳纳米管，分别在 60 或 80 °C 下加热。左侧为平均相对模板液滴半径（r/r₀，r₀=500 μm，n=3）的变化。右侧为代表性光学显微图像。

图 6. 超声处理汲取乳液对微流控生成的氧化碳纳米管微颗粒的批量固化效果。（a）在室温下，模板液滴在葡萄糖与油相体积比为 1:4 的汲取乳液中乳化的光学显微图像。（b）（a）中乳液的平均模板液滴直径（上，n=20）和尺寸分布（下）。（c）在 60 °C 下，模板液滴在葡萄糖与油相体积比为 1:10 的汲取乳液中乳化的光学显微图像。（d）（c）中乳液的平均模板液滴直径（上，n=20）和尺寸分布（下）。（e）（f）分别为（a）和（b）中生成的固态氧化碳纳米管微颗粒的扫描电镜图像。（g）在室温下，采用与（a）相近的条件，经 2 小时渗透汲取后，由批量乳化生成的多分散氧化碳纳米管微颗粒。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5c02866

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