微流控可视流变仪 - 滴眼液的流变性优化

介绍

局部用药是治疗眼部疾病的主要给药途径。滴眼液的疗效高度依赖于其流变性。当滴入药水后，人的眼睑下意识的快速眨动，这时眼睑对滴眼液产生非常高的剪切速度，约在4000s-1到30000s-1之间?？悸堑揭┧耐Ａ羰奔浜筒∪说呐浜铣潭龋ǜ惺埽?，研发人员必须对配方的流变性进行小心翼翼地优化。由于样品量小，剪切速度高，使用常规流变仪测量滴眼液的粘度具有很大的挑战。而在Fluidicam微流控可视流变仪的帮助下，我们可以轻松地测量滴眼液在不同的流速下的粘度，获得完整的流变曲线来反映样品粘度随剪切速率的变化行为。

微流控测试技术

微流控（Microfluidics）指的是使用微管道（尺寸为数十到数百微米）处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。微流控的早期概念可以追溯到19世纪70年代采用光刻技术在硅片上制作的气相色谱仪，而后又发展为微流控毛细管电泳仪和微反应器等。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有*的流体性质始终保持层流特性，利用这一特性可以非常精确地获取样品在超高剪切速率下（最高可达180000s-1）的粘度。

FLUIDICAM使用微流控技术测量样品的粘度，样品和标准液同时被泵入到微流控通道中(尺寸 宽X高 2.2mm X 50 /150µm) 经过强烈的剪切，通过电脑调整注入泵的速度即可调整剪切速率。在这个条件下，界面位置仅与样品和标准品液粘度比相关。通过高清摄像机获取层流流体界面的位置，然后软件自动绘制样品在不同剪切速率或温度下的粘度曲线。

实验方法

剪切速率从150s-1到100 000s-1；

微流控芯片尺寸，150µm和50µm；

7款商业化的眼药水在34℃（角膜温度）下进行测试，见测试结果部分表1。

测试结果

粘度-剪切速率曲线 

7个滴眼液的粘度-剪切速率曲线呈现出两类流变特性：

第一类的四个样品呈现出明显的剪切稀释行为，Aqualarm,SyntaneUltra,Blink,Systane balance。

第二类样品呈现出牛顿的行为:Unilarm, Novoptine, Ophtacalmfree。粘度均在?= 0.8 mPa.s左右。

流变性的差异决定了滴眼液更加适用于局部眼部治疗、给药还是清洗。

流变模型拟合

为了更好地了解它们的流变行为，将这些数据拟合到流变模型中是很有价值的。通过拟合，可以计算零剪切粘度?0和无限剪切粘度?∞。?∞过大时，眼睛会产生不舒服的倾向，引起视力模糊，?∞过低，滴眼液将无法抵抗眼睑的眨动而被快速的清除。?0也可以帮助定量滴眼液静置状态的稳定性。表1给出了拟合结果。

本次实验中，Fluidicam RHEO只需不到3min的分析时间，样品量不超过2.5mL；而常规机械流变至少需要12mL样品，20min时间，并且无法获得高剪切数据。完整的流变性评价允许研发人员快速调整滴眼液的性能，以达到最佳配方的预期目标:治疗还是清洗。

结论

Fluidicam RHEO微流控可视流变仪具有非?？淼募羟蟹段?，可以测量滴眼液在实际使用条件下的粘度，从而为优化滴眼液的物理性能提供指导。微流控流变设备可以精确地表征低粘度、少样品量样品的流变特性。

 微流控可视流变仪 

微流控可视流变仪被设计用于测试各种稠度样品的粘度，包括液体、凝胶或半固体乳液。当样品和参比样在芯片通道中高速流动时，获取微型芯片中两相不相容液体的界面位置，从而计算被测样品的剪切速率和粘度。芯片上狭窄的通道，赋予仪器高的剪切速率范围、样品体积量小，温度调节迅速的优点。

仪器优势

• 微流控原理

由于芯片狭窄的通道可以让样品的剪切速率达到1.8×105s^-1，而且仅仅需要非常少的样品量（低至0.5mL）。粘度在样品流动时被测量，所以不必重新制备样品，具有自动重复测量功能。

• 通用的流变装置

不同粘度的样品均可以测试，从0.1至200,000cP，温度范围广，从4℃至80℃。

• 一键获取流动曲线

设置简单、无需校准、快速、自动并且可靠。