微球作為一種球形顆粒載體，在生物分離、藥物緩釋、體外診斷等領域的應用日益廣泛。傳統制備方法如乳化法、噴霧干燥法所得到的微球往往粒徑分布較寬，而微球微流控技術借助微尺度通道內的層流剪切或液滴破碎機制，能夠以較高的重復性制造出單分散系數低于百分之五的微球。其核心工作原理是利用兩種互不相溶的流體——分散相為微球前驅體溶液，連續相為油或水溶液——在微流控芯片的T型結、流動聚焦或同軸流道結構中交匯。當兩相界面處的粘性力與界面張力達到平衡時，分散相會被剪切為尺寸均一的液滴，每個液滴隨后在收集容器中通過紫外光引發、熱固化或溶劑揮發完成固化，最終形成球形度良好的微球。整個過程中，該技術的優勢在于可以通過調節連續相流速、分散相流速及微通道幾何尺寸，獨立控制液滴直徑與生成頻率。
操作設備前，首要任務是對微流控芯片進行疏水或親水改性。例如，制備油包水型微球時，需要讓微通道內壁呈現疏水性，以防止分散相液滴在管壁上鋪展。常用的改性方法是將含氟硅烷試劑通入芯片并靜置三十分鐘，隨后用氮氣吹掃殘余液體。改性完成后，依次用純凈水和乙醇沖洗通道，并檢查芯片進出口有無堵塞。啟動系統時，建議先以低流速通入連續相，待流場穩定后再導入分散相。調節兩相流速比例是控制粒徑的關鍵：分散相流速固定時，連續相流速越大，液滴受到的剪切力越強，生成的微球直徑越小；反之連續相流速降低，液滴尺寸增大。操作過程中需使用高速相機實時監測液滴生成狀態，確保每個液滴的間距均勻且沒有衛星液滴產生。
長期運行設備會遇到幾種典型故障。第一，液滴尺寸逐漸漂移，這通常是由于連續相粘度隨溫度變化引起，解決方法是安裝恒溫夾套，將芯片溫度控制在設定值的正負零點五攝氏度范圍內。第二，芯片內部出現固化微球堵塞，這是因為部分液滴在收集前就發生了過早固化。維修時可以將芯片浸入相應溶劑如正己烷或乙醇中，配合超聲清洗十分鐘，再以高壓氣體吹通。若堵塞物為交聯聚合物，則需使用濃硫酸浸泡四小時以上，但要注意硫酸會對玻璃芯片造成腐蝕，因此推薦改用可替換的一次性塑料芯片進行微球微流控制備。第三，微球球形度差，表現為橢球或不規則形狀，這往往是固化階段流體擾動引起。解決措施是在芯片出口處連接一段內徑放大的緩沖管路，降低液滴的出口線速度，并將收集容器放在靜音臺上避免振動。通過上述維護手段，微球微流控設備可以穩定運行數百小時，持續產出粒徑均一的功能化微球。
更新時間：2026-05-18
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