Electrohydrodynamics and particle sintering as methods for production of microporous capsules

Abstract

Kapsler av alle størrelser brukes i både vitenskapelige og medisinske områder. De kan være enten forseglede eller porøse for å regulere materialstrøm. I denne oppgaven blir konstruksjonen av porøse sfæriske kapsler undersøkt, med diametere mellom 0.4 mm til 1.2 mm. Myke kapsler ble lagd ved å lage dråper av silikonolje i kastorolje, for så å dekke dem med 40 μm polystyrenkuler ved hjelp av elektrohydrodynamikk. Kulene på dråpene ble sintret ved å varme opp til glasstransisjonstemperaturen til polystyren, slik at harde porøse kapsler ble lagd. Kapslene ble analysert i eksperimenter med mikropipetteaspirasjon, der kapslene kunne bli tømt ved å suge ut de innkapslede dråpene. Kapslene var overraskende sterke. Tomme kapsler ble analysert i elektronmikroskop, der det ble funnet at de sintrede nakkene mellom polystyrenkulene var mellom 7 μm og 19 μm brede.

Capsules of all sizes are used in engineering, scientific and pharmaceutical purposes. They can function as sealed or porous compartments in order to regulate material flow. In this thesis, the fabrication of porous spherical capsules with diameters ranging from 0.4 mm to 1.2 mm is investigated. Soft capsules were fabricated by making silicone oil droplets in castor oil, and covering the droplets with 40 μm polystyrene beads utilising electrohydrodynamic effects. The beads on the droplets were then sintered by heating to the glass transition temperature of polystyrene, successfully fabricating rigid porous capsules encapsulating the silicone oil droplet. The capsules were analysed in micropipette aspiration experiments, where the capsules could be emptied by sucking the encapsulated oil droplet out. The capsules were found to be remarkably rigid. Emptied capsules were analysed in a scanning electron microscope, showing sintering necks with cross sections between 7 μm and 19 μm.