广西大学张世明课题组 AMI：通过聚乙烯亚胺和戊二醛制造席夫碱界面膜，用于 pH 响应性水包油高内相乳液

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论文信息

研究背景

宏观乳液由于热力学不稳定，容易发生相分离。传统使用表面活性剂来降低界面张力的稳定化方法，因物理屏障的不稳定性而存在局限性，热运动可能导致表面活性剂从界面脱附，进而引起界面坍塌和相分离。因此，强化物理屏障对于延长宏观乳液的寿命至关重要。目前，构建界面膜的方法众多，其中异质界面自组装因其能有效创建物理屏障而备受关注，但这些方法往往需要对乳化剂分子结构进行复杂的化学修饰，限制了其实际应用。此外，在某些情况下，如药物递送、采油和乳液聚合等，需要临时稳定的乳液，能够控制相分离的刺激响应型乳液系统因此受到关注，其中 pH 响应型乳液因其简单易行而备受青睐。

文章概述

广西大学张世明课题组创新性地提出了一种利用聚乙烯亚胺（PEI）和戊二醛（GA）在油水界面进行均相席夫碱聚合反应来稳定宏观乳液的方法。PEI 在界面处积累，与 GA 发生席夫碱反应形成坚固的界面膜，该方法可使油包水高内相乳液（HIPEs）在超过 110 天的时间内不发生相分离。更重要的是，界面膜的酸降解以及 PEI 在不同 pH 条件下的质子化状态，为乳液系统提供了可调节的稳定性，实现了 pH 响应型HIPEs 和微胶囊。

图文导读

图1 不同 PEI 和 GA 浓度下的乳化行为和表征。A） 单独使用 PEI 会形成不稳定的液滴，随着时间的推移会漏油，而 PEI-GA 复合物会形成交联界面膜，防止长时间储存期间漏油。B） 显示不同 PEI 和 GA 浓度下乳液形成行为的照片，包括非乳化状态、乳液、HIPE 和凝胶化。C） 乳化相图总结了图 （B） 的实验观察结果，说明了在不同 PEI 和 GA 浓度下形成的乳化类型。D-G） 在 （0.05、0.20、0.78、3.13、12.5 mg mL^-1） PEI 下 HIPEs （7.5 μL mL-1GA） 浓度值的共聚焦荧光显微镜图像。绿色的周围相是含有荧光素钠的水相。

图2 PEI-GA 乳化剂的界面特性。A） 3D 图表中总结的界面张力。B）聚合物浓度为（12.5 mg PEI–0 μL GA）mL^-1（上）、（12.5 mg PEI–2.5 μL GA） mL^-1（中）、（12.5 mg PEI–10 μL GA）mL^-1（下）的 PE/水界面处的界面张力。C） （12.5 mg PEI–0 μL GA） mL^-1和（12.5 mg PEI–2.5 μL GA）mL^-1浓度注射过程和回退过程。D） 具有特定 PEI-GA 浓度的界面膜的回退过程示意图。E） 不同浓度液滴的刚性模量 （R）。F） 不同浓度 PEI-GA 下的 E*。

图3 薄膜和 pH 值对乳化性能的影响。A） 希夫碱反应示意图。B） HIPE 的油和水界面膜的可逆性。C） 浓度为 （3.13 mg PEI–2.5 μL GA） mL^-1的 PEI-GA 溶液在不同 pH 值的界面张力测量。D） 可以通过调整碱-酸-碱循环来控制油滴回缩过程中界面膜的存在。E） pH 条件影响 （12.5 mg PEI–7.5 μL GA） mL^-1 时的乳化状态。F） pH 调节的 HIPE 破乳和重新成乳。

图4 通过 O/W/O 模板形成 pH 控释胶囊。A） 用于制造 PEI-GA 胶囊的微流体装置的示意图。B） 酸性水相导致油和水之间的界面膜降解，从而导致尼罗红从胶囊核心释放出来。C，D） 油/水界面处 PEI-GA 界面膜的 SEM 图像。E） 使用 O/W/O 乳剂模板构建的 PEI-GA 胶囊（绿色部分代表含有荧光素钠的水相，而内油相被尼罗红封装）。F） 酸性液滴导致界面膜逐渐分解并释放封装的尼罗红（比例尺 = 200 μm）。

总结

聚乙烯亚胺（PEI）与戊二醛（GA）在界面处的温和交联，促使通过席夫碱反应构建界面膜的方法得以发展，该方法显著提高了界面的稳定性。本研究精心评估了PEI和GA在不同浓度下的界面活性，并利用界面流变学技术对所生成的微米级薄界面膜的力学性能进行了表征。该方法实现了高内相乳液（HIPEs）的制备，其稳定性极佳，可维持超过110天。此外，通过结合微流体装置，微胶囊得以高效合成。PEI的pH响应性质子化以及席夫碱反应的pH敏感性，使得这些多相体系能够在pH调节下实现相分离或控制释放。这一方法为构建兼具卓越稳定性和可控相分离的多相体系引入了一种创新理念，为制备pH响应性乳液、具有控制释放能力的微胶囊以及多孔材料提供了新的方法。

期刊简介

期刊Advanced Materials Interfaces发表关于功能性界面和表面及其特定应用的研究成果，推动我们对界面过程的理解。考虑到固体、液体和气体之间的界面在几乎所有材料和设备中发挥着重要作用，该期刊的范围涵盖了物理、化学、材料科学和生命科学的跨学科融合。

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