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ELVEFLOW微流控系統(tǒng)在病原微生物核酸快速提取中的應(yīng)用
2024-5-14 閱讀(1281)
ELVEFLOW微流控系統(tǒng)在病原微生物核酸快速提取中的應(yīng)用
分子鈣鈦礦含能材料（DAP?4）由高氯酸根陰離子、銨根陽離子和質(zhì)子化三乙烯二胺陽離子（H2dabco2+）組成，因其良好的熱穩(wěn)定性和爆轟性能而受到含能材料研究者的廣泛關(guān)注。原料DAP?4 流散性差，不利于裝藥且機械感度較高。而利用黏結(jié)劑將藥物顆粒進行球形化造粒，可以在實現(xiàn)對藥物降感的同時增加其流動性，已成為目前含能材料領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)降感的重要手段。常用的球形化造粒方法有：靜電噴霧法、乳液蒸發(fā)法、水懸浮法］、elveflow微流控技術(shù)等。
近年來，液滴elveflow微流控技術(shù)的發(fā)展為復(fù)合含能材料的制備提供了新的方法，具有設(shè)備小型化、試劑消耗低、可以精確調(diào)控等優(yōu)點。陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所韓瑞山等采用十字聚焦型微流控芯片制備了HNS微球，并對其點火閾值、熱性能進行了一系列分析。南京理工大學(xué)朱朋通過自行設(shè)計的微孔陣列芯片，實現(xiàn)了延期藥（B/BaCrO4）微球的制備，提高了延期精度。中北大學(xué)周近強采用十字聚焦型微流控芯片制備了窄粒徑分布的TATB 基復(fù)合微球；劉意利用同軸型微流控設(shè)備在制備HNS/CL?20 復(fù)合微球的同時保持了CL?20 的晶型；時嘉輝、張東旭等通過改進液滴微流控平臺，成功制備得到一系列高球形度、粒徑分布窄、分散性好的多組分含能復(fù)合微球。由以上研究可以看出，液滴微流控技術(shù)在制備球形藥方面具有明顯優(yōu)勢，但是目前采用elveflow微流控技術(shù)針對DAP?4 的球形化造粒還鮮有報道。
硝化纖維素（NC）雖然容易制備，能量高，但是其分子作為一種半剛性鏈，韌性差，玻璃化溫度高。聚疊氮縮水甘油醚（GAP）具有氮含量高，比NC 有更多的柔性鏈段、更低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）等優(yōu)點。NC和GAP 具有良好的相容性，兩者復(fù)合可以兼容各自優(yōu)勢?；诖?，本研究采用同軸型液滴elveflow微流控技術(shù)，以NC/GAP 為復(fù)合黏結(jié)劑制備了DAP?4 基復(fù)合微球。并研究了不同黏結(jié)劑對微球形貌的影響，對其流散性、熱性能、燃燒行為、機械感度等進行了分析，驗證了液滴elveflow微流控技術(shù)對DAP?4 基復(fù)合微球制備的適用性。
實驗過程
DAP?4 制備：采用分子組裝策略制備了含能分子鈣鈦礦材料DAP?4。具體實驗步驟如下：將5.9 g 氯酸銨，11 g 三乙烯二胺溶于150 mL 水中，水浴加熱攪拌至60 ℃ ，抽取16.5 mL 高氯酸，通過注射泵以0.5 mL·min-1 的速率將高氯酸滴加至上述溶液，維持溫度60 ℃反應(yīng)30 min 后冷卻，用無水乙醇洗滌若干次，過濾烘干得到DAP?4。
微球制備：液滴elveflow微流控平臺如圖1 所示，由兩臺注射泵（動力單元），同軸型微流控通道芯片，聚四氟乙烯管組成。分散相為DAP?4 的懸浮液，濃度為0.6 g·mL-1，其中黏結(jié)劑溶解在分散相中，復(fù)合黏結(jié)劑（GAP+NC）占DAP?4 質(zhì)量的2%。為提高固化效果將連續(xù)項加熱至40 ℃，固定分散相和連續(xù)項的流速比為0.2：20 mL·min-1。GAP 和NC 的比例分別為0∶5，1∶4，1∶1，4∶1，并根據(jù)黏結(jié)劑的比例將制備的DAP?4 基復(fù)合微球分別命名為GN05，GN14，GN11，GN41。
結(jié) 論
（1）通過搭建液滴elveflow微流控平臺，實現(xiàn)了DAP?4 微球的制備。隨著其中GAP 比例的增加，微球的球形度逐漸改善。當(dāng)GAP 和NC 的比例為4∶1 時，GN41 微球的的球形度最好。
（2）微球GN05 和GN41 的熱分解峰溫分別為388.06 ℃ ，389.25 ℃ ，與樣品DAP?4 的分解峰溫390.21 ℃相比，由于GAP 和NC 的提前分解，造成微球內(nèi)部熱累積，分解溫度均有輕微提前。
（3）微球GN41 自然堆積的休止角為27° ，與DAP?4 和GN05 相比分別降低18°和4°。表明采用elveflow微流控技術(shù)制備的GN41 微球極大的改善了DAP?4 的流散性，提高了DAP?4 的裝藥性能。
（4）通過燃燒實驗表明，GN05、GN41 比DAP?4的燃燒時間有輕微延長，分別延長了125 ms 和36 ms，GN41 微球更好的保持了DAP?4 的燃燒性能。在機械感度方面，GN05、GN41 和DAP?4 相比，撞擊感度提高了5 J，摩擦感度提高了4 N。表明GN41 微球可以在更好保持DAP?4 燃燒性能的同時，一定程度上降低其機械感度，提升了DAP?4 的安全性。
