微流控可視流變儀 - 滴眼液的流變性優化

介紹

局部用藥是治療眼部疾病的主要給藥途徑。滴眼液的療效高度依賴于其流變性。當滴入藥水后，人的眼瞼下意識的快速眨動，這時眼瞼對滴眼液產生非常高的剪切速度，約在4000s-1到30000s-1之間。考慮到藥水的停留時間和病人的配合程度（感受），研發人員必須對配方的流變性進行小心翼翼地優化。由于樣品量小，剪切速度高，使用常規流變儀測量滴眼液的粘度具有很大的挑戰。而在Fluidicam微流控可視流變儀的幫助下，我們可以輕松地測量滴眼液在不同的流速下的粘度，獲得完整的流變曲線來反映樣品粘度隨剪切速率的變化行為。

微流控測試技術

微流控（Microfluidics）指的是使用微管道（尺寸為數十到數百微米）處理或操縱微小流體的系統所涉及的科學和技術，是一門涉及化學、流體物理、微電子、新材料、生物學和生物醫學工程的新興交叉學科。微流控的早期概念可以追溯到19世紀70年代采用光刻技術在硅片上制作的氣相色譜儀，而后又發展為微流控毛細管電泳儀和微反應器等。微流控的重要特征之一是微尺度環境下具有*的流體性質始終保持層流特性，利用這一特性可以非常精確地獲取樣品在超高剪切速率下（最高可達180000s-1）的粘度。

FLUIDICAM使用微流控技術測量樣品的粘度，樣品和標準液同時被泵入到微流控通道中(尺寸 寬X高 2.2mm X 50 /150µm) 經過強烈的剪切，通過電腦調整注入泵的速度即可調整剪切速率。在這個條件下，界面位置僅與樣品和標準品液粘度比相關。通過高清攝像機獲取層流流體界面的位置，然后軟件自動繪制樣品在不同剪切速率或溫度下的粘度曲線。

實驗方法

剪切速率從150s-1到100 000s-1；

微流控芯片尺寸，150µm和50µm；

7款商業化的眼藥水在34℃（角膜溫度）下進行測試，見測試結果部分表1。

測試結果

粘度-剪切速率曲線 

7個滴眼液的粘度-剪切速率曲線呈現出兩類流變特性：

第一類的四個樣品呈現出明顯的剪切稀釋行為，Aqualarm,SyntaneUltra,Blink,Systane balance。

第二類樣品呈現出牛頓的行為:Unilarm, Novoptine, Ophtacalmfree。粘度均在?= 0.8 mPa.s左右。

流變性的差異決定了滴眼液更加適用于局部眼部治療、給藥還是清洗。

流變模型擬合

為了更好地了解它們的流變行為，將這些數據擬合到流變模型中是很有價值的。通過擬合，可以計算零剪切粘度?0和無限剪切粘度?∞。?∞過大時，眼睛會產生不舒服的傾向，引起視力模糊，?∞過低，滴眼液將無法抵抗眼瞼的眨動而被快速的清除。?0也可以幫助定量滴眼液靜置狀態的穩定性。表1給出了擬合結果。

本次實驗中，Fluidicam RHEO只需不到3min的分析時間，樣品量不超過2.5mL；而常規機械流變至少需要12mL樣品，20min時間，并且無法獲得高剪切數據。完整的流變性評價允許研發人員快速調整滴眼液的性能，以達到最佳配方的預期目標:治療還是清洗。

結論

Fluidicam RHEO微流控可視流變儀具有非常寬的剪切范圍，可以測量滴眼液在實際使用條件下的粘度，從而為優化滴眼液的物理性能提供指導。微流控流變設備可以精確地表征低粘度、少樣品量樣品的流變特性。

 微流控可視流變儀 

微流控可視流變儀被設計用于測試各種稠度樣品的粘度，包括液體、凝膠或半固體乳液。當樣品和參比樣在芯片通道中高速流動時，獲取微型芯片中兩相不相容液體的界面位置，從而計算被測樣品的剪切速率和粘度。芯片上狹窄的通道，賦予儀器高的剪切速率范圍、樣品體積量小，溫度調節迅速的優點。

儀器優勢

• 微流控原理

由于芯片狹窄的通道可以讓樣品的剪切速率達到1.8×105s^-1，而且僅僅需要非常少的樣品量（低至0.5mL）。粘度在樣品流動時被測量，所以不必重新制備樣品，具有自動重復測量功能。

• 通用的流變裝置

不同粘度的樣品均可以測試，從0.1至200,000cP，溫度范圍廣，從4℃至80℃。

• 一鍵獲取流動曲線

設置簡單、無需校準、快速、自動并且可靠。