脂質(zhì)體具有模擬細(xì)胞脂質(zhì)膜的優(yōu)異能力，使其成為生物膜研究和自下而上合成生物學(xué)中重要的工具。微流控技術(shù)為以受控方式制備巨型脂質(zhì)體提供了一種有前景的工具。然而，作為巨型脂質(zhì)體的前體，雙重乳液（double emulsions）的微流控制備仍存在挑戰(zhàn)，從而限制了對這一潛力的充分探索。

近日，芬蘭奧盧大學(xué)（University of Oulu）和芬蘭國家技術(shù)研究中心（VTT）的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)提出了一種PDMS-玻璃毛細(xì)管混合微流控器件，作為一種簡便而多功能的雙重乳液制備工具。該器件不僅消除了選擇性表面處理的需求（這是PDMS制備芯片的常見問題），而且與玻璃毛細(xì)管制備芯片相比，它還具有制造簡單且可重復(fù)使用的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢使所提出的微流控器件成為一種多功能工具，可用于形成具有不同尺寸（直徑跨越兩個數(shù)量級）、殼層厚度、隔室數(shù)量和溶劑選擇的雙重乳液。通過以雙滴模式操作混合芯片，實(shí)現(xiàn)了魯棒的薄殼雙重乳液制備，而無需事先進(jìn)行親水/疏水處理。

此外，該研究開發(fā)了一種串聯(lián)分離芯片，作為傳統(tǒng)、耗時的基于密度的分離方法的替代方案，可在無需操作員干預(yù)的情況下，以連續(xù)且快速的方式分離出無油滴污染的純凈雙重乳液。該微流控器件的適用性通過利用溶劑萃取法制備巨型脂質(zhì)體得到了驗(yàn)證。這種用于雙重乳液模板的形成和分離的微流控平臺具有易于復(fù)制、靈活可靠的優(yōu)點(diǎn)，為高通量微流控制備巨型脂質(zhì)體和合成細(xì)胞鋪平了道路，為仿生研究開辟了令人興奮的途徑。上述研究成果以“Facile and versatile PDMS-glass capillary double emulsion formation device coupled with rapid purification toward microfluidic giant liposome generation"為題發(fā)表于《Microsystems & Nanoengineering》期刊。

如圖1所示，本研究主要包括三個部分：第一，制造用于雙重乳液制備的PDMS-玻璃毛細(xì)管（混合）微流控器件并展示其多功能性；第二，通過連續(xù)分離方法純化雙重乳液樣品；第三，利用所提出的平臺展示巨型脂質(zhì)體的制備。

圖1. 本研究工作示意圖

本研究提出的混合微流控器件包括一個PDMS微流控芯片（W/O乳液在此形成）和一個玻璃毛細(xì)管（雙重乳液在此形成）。如圖2a所示，混合芯片分兩步組裝。第一步是粘合兩個相同的PDMS復(fù)制品，它們由3D打印模具鑄造而成，然后對齊并粘合在一起以形成PDMS芯片。在第二步（圖2b）中，將玻璃毛細(xì)管無縫插入PDMS芯片的出口通道。通過將具有不同ID的毛細(xì)管插入PDMS芯片（圖2c），可以制備各種尺寸的雙重乳液。組裝后的混合微流控器件如圖2d所示。使用該器件制備的雙重乳液如圖2e所示。接著，研究人員探討了使用這種創(chuàng)新方法制備雙重乳液的多功能性和可控性。

圖2. PDMS-玻璃毛細(xì)管混合器件

本研究的另一項(xiàng)成果是開發(fā)了一種片上分離方法，以解決該領(lǐng)域的一個實(shí)際問題。為了獲得進(jìn)一步研究所需的雙重乳液，需要進(jìn)行純化步驟，因?yàn)橹苽溥^程中可能會產(chǎn)生油滴。為此，提出了一種與混合器件串聯(lián)的分離芯片。這種分離方法利用流體流動曲線和雙重乳液與油滴之間的密度差來凈化樣品中的油滴污染。所提出的片上分離方法去除了額外的片外處理步驟，從而顯著提高了雙重乳液通量。它還能實(shí)現(xiàn)快速處理、實(shí)時監(jiān)控，甚至適用于雙重乳液密度低于連續(xù)介質(zhì)的情況。

圖3. 所提出的從油滴中分離雙重乳液的方法示意圖

圖4. 在分離芯片中成功實(shí)現(xiàn)了雙重乳液與油滴的分離

最后，為了從雙重乳液中形成脂質(zhì)體，使用了溶劑萃取法，證實(shí)了所提出的微流控器件制備巨型脂質(zhì)體的能力。

綜上所述，這項(xiàng)研究提出了一種用于脂質(zhì)體制備的新型微流控器件，無需表面處理即可實(shí)現(xiàn)雙重乳液形成、分離和溶劑萃取。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將PDMS芯片和玻璃毛細(xì)管組合成混合微流控器件可提供一種簡便的雙重乳液制備方法，消除了表面處理需求，并可獲得優(yōu)異的結(jié)果。這種方法還提供了多個額外優(yōu)勢，包括可重復(fù)使用性、設(shè)計(jì)靈活性和低制造復(fù)雜性，有效解決了與傳統(tǒng)雙重乳液形成方法相關(guān)的關(guān)鍵問題。混合微流控器件的多功能性體現(xiàn)在其能夠形成多樣化雙重乳液的能力上，允許尺寸（范圍從27 µm到1.2 mm）、殼層厚度、隔室數(shù)量和溶劑選擇的變化。研究表明，在形成薄殼雙重乳液的三種模式中，雙滴模式是一致性最魯棒的方式。

此外，研究人員引入了一種使用模塊化芯片的高通量連續(xù)分離方法，該芯片可以與混合微流控器件集成以分離雙重乳液，同時排除不需要的油滴。最終，利用溶劑萃取工藝將雙重乳液模板轉(zhuǎn)化為巨型脂質(zhì)體。根據(jù)溶劑殘留量的不同，將結(jié)果分為兩種類型，從而確定了它們各自的潛在應(yīng)用領(lǐng)域。通過提供一種易于實(shí)施和可靠的雙重乳液形成和分離方法，所提出的微流控系統(tǒng)為可重復(fù)和可控地制備脂質(zhì)體和復(fù)雜的脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。