微反应器做微胶囊！医药可以，农药也行

农药微胶囊化是减少环境污染、防止有效成分受到外界因素干扰，提高药效的一种有效方法。

目前，常见的有关农药微胶囊的制备以界面聚合法、原位聚合法、凝聚法和溶剂挥发法为主，其中界面聚合法最为常见。

界面聚合法通常使用机械搅拌釜式反应器，其具有一定的局限性。由于工艺放大效应和反应的不均匀性，颗粒尺寸大小分布难以精确调整，导致批次之间的重复性差，产品的稳定性低，缓释行为的可控性低。

连续流技术可以利用流动液体的剪切力将另一种流动的不相容液体分散成微小液滴，随后这些液滴在微通道中凝固形成颗粒。

微通道反应器具有以下优点，非常适合微胶囊的制备。

• 高效传质和传热，有利于物料/颗粒的均匀分散和稳定性；

• 通道尺寸小，精确控制反应参数从而实现对胶囊尺寸、孔隙率、表面形态等的控制，进一步实现其壳厚及药效缓释行为；

• 操作简单扩展性大、清洗方便；

• 康宁AFR无放大效应，可以满足工业化生产要求；

• 有利于提高实验室到工业化生产过程的效率和产品质量稳定性。

12月6日南京林业大学的顾晓利教授课题组发表在ACS期刊上的“基于微通道技术，采用4,4-亚甲基二苯二异氰酸酯(MDI)和乙二胺(EDA)界面聚合法制备了二甲戊乐灵微胶囊"，相信可以为读者带来一定的启发。

作者研究结果表明，在康宁AFR“心型"微通道反应器中制备的二甲戊乐灵微胶囊表面光滑、单分散性好、包封率高（96.7%），并具有良好的热稳定性。

图1. 二甲戊乐灵微胶囊的形成机理

当分散相流体（将100g二甲戊乐灵加热至60°C以*熔化，并与5g二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI)均匀混合）与微通道I中的连续相流体（90°C下，将5g聚乙烯醇（PVA）和5g表面活性剂SP-27001（苯乙烯马来酸酐共聚物的酯化合物））溶解在90g的去离子水中）接触时，分散相在剪切和挤压力的作用下迅速分散成微小的液滴。

同时，在表面活性剂的乳化作用下，得到了由二甲戊乐灵和MDI连续相组成的稳定乳化液滴。

2. 微反应II中聚脲壳的形成

在进入微通道II后，液滴内的MDI和水溶液中的乙二胺（EDA）在液滴界面上进行界面聚合反应，在二甲戊乐灵核周围固化形成均匀的聚脲壳。

图2. 聚脲壳形成的反应方程

聚脲壳形成的反应方程如上图所示。聚脲的合成是基于MDI中异氰酸基和EDA中氨基。当水包油(O/W)乳液与EDA水溶液接触时，分散相的MDI单体向油−水界面扩散，与EDA单体在很短的时间内反应形成聚脲。

生成的聚脲在表面沉淀，逐渐形成包裹液滴的球形薄膜。随着聚合过程的进行，分子链的长度增加，积累了更多的聚脲，增加了膜层的厚度，最终成为完整的聚脲壳。

3. 交联反应形成微胶囊

此外，聚脲分子之间可以同时发生交联反应，这使聚脲壳更加紧凑和完整。

图3. 微胶囊形成过程机理简图

• 本研究中由于MDI和EDA的高反应性，即使在液滴*形成之前，壳体也可能立即生成，会导致微通道堵塞。为了克服这个问题，含有MDI的分散相和连续相通过两个柱塞泵注入微通道I，EDA水溶液通过另一个柱塞泵注入微通道II；

• 连续相（Qc）、分散相（Qd）和EDA水溶液（Qs）的流速分别优化为5、5和0.5 mL/min。微通道反应器的温度保持在65°C，流体在微通道中的停留时间为30分钟；

• 外壳生长完成后，经过洗涤和干燥，最终获得的二甲戊灵微胶囊产品为水悬浮液形式；

• 由于形成的乳液可以在较宽的工艺参数范围内保持稳定，因此对连续相和EDA水溶液的流速进行微调，以制备具有不同尺寸和形态的微胶囊；

• 作者预测，由于避免了使用有毒的有机溶剂，二甲戊乐灵微胶囊更加环保，作为一种创新的控释制剂，且对宽叶杂草的抑制效果更佳，具有巨大的市场潜力，可以取代现有市场上二甲戊乐灵EC在农业中的应用。