Chem. Asian J. :二元微凝胶稳定的温度响应型皮克林双重乳液

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微凝胶已被证明是一种理想的乳化剂,可以用于制备刺激响应型乳液。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)基微凝胶具有典型的温敏性,其亲疏水性转变发生在低临界溶解温度(LCST)。由于微凝胶固有的亲水性,以往的研究主要集中在微凝胶稳定的水包油 (O/W) 皮克林乳液上,限制了其在其他领域的应用潜力。与传统的单乳液相比,双重乳液由于其独特的结构为制备多孔微球、双相催化和活性物质封装等多种应用提供了理想的平台。然而,双重乳液的稳定通常需要使用大量的表面活性剂,易造成化学废物并污染环境。为扩大微凝胶在稳定双重乳液中的应用,除精确调控微凝胶的化学成分以获得合适的两亲性外,更加简易高效的乳液制备方法仍是当前面临的挑战。


近日,香港中文大学魏涛教授和谢应龙教授团队在前期微凝胶稳定的反向油包水 (W/O) 乳液的研究基础上,通过两步乳化法实现了二元微凝胶稳定的皮克林双重乳液的设计与制备。该双重乳液的制备基于不同相中的PNIPAM基微凝胶具有良好的乳化能力及相反的润湿性。有趣的是,PNIPAM基微凝胶的润湿性和界面行为可由环境温度进行调控,由二元微凝胶稳定的皮克林双重乳液由此展现出杰出的温度响应性,实现了内容物在特定温度下的选择性封装和释放(图1)。



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图1. 温度诱导的二元微凝胶稳定皮克林双重乳液选择性破乳示意图

研究结果表明,水分子和极性有机分子赋予分散在不同相中的微凝胶相反的润湿性(图2a),从而使其分别稳定不同曲率的水-油界面。和单一微凝胶相比,二元微凝胶能更有效地降低界面张力,从而促进乳液的形成(图2b-d)。研究人员发现初始乳液的状态和二元微凝胶之间的界面相互作用对双乳的形成和稳定起着重要作用。初始乳液较小的液滴尺寸及良好的分散性是双乳制备成功的前提。此外,二元微凝胶之间的静电斥力相较于静电引力更有利于双乳的稳定。

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图2. 单一微凝胶及二元微凝胶的润湿性和界面活性研究

基于PNIPAM基微凝胶的热响应行为,微凝胶稳定的皮克林双重乳液具有显著的温度敏感性。在环境温度高于LCST时,水分子溶胀的微凝胶由亲水转变为疏水,从O/W界面脱落,进而导致内部液滴破乳(图3a)。反之,在环境温度低于LCST时,有机分子溶胀的微凝胶由疏水转变为亲水,从W/O界面脱落,进而导致外部液滴的破乳(图3b)。该二元微凝胶稳定的双重乳液体系克服了传统微凝胶稳定的O/W皮克林乳液的局限性,实现了温度控制的物质包封和选择性释放,在药物递送,界面催化和刺激响应材料的制造方面具有广泛的应用前景。

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图3. 二元微凝胶稳定的皮克林双重乳液的温度响应性

文信息

Temperature-Responsive Pickering Double Emulsions Stabilized by Binary Microgels

Dr. Xin Guan, Prof. Yunxing Li, Dr. Hang Jiang, Prof. Ying-Lung Steve Tse, Prof. To Ngai


Chemistry – An Asian Journal

DOI: 10.1002/asia.202300587




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