CN101953817A - 一种载油溶性物质的微胶囊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学工业和生物医学工程技术领域。具体涉及以一种蛋白质或聚合物分子的水溶液与溶解或分散于有机溶剂中的纳米粒子或晶体进行超声反应，从而获得以蛋白质或聚合物为壳，油溶性物质为核的微纳米胶囊，并通过对胶囊进行聚电解质自组装得到稳定的复合微胶囊。该材料的特征在于所包含的油溶性客体材料广泛，可应用于药物输送，生物标记，磁性诊疗，农药，化妆品等领域，且工艺简单，容易操作，普适性强。

Description

一种载油溶性物质的微胶囊及其制备方法

技术领域

本发明属于化学工业和生物医学工程技术领域，具体涉及具有磁性，荧光或者药物靶向输送功能的微胶囊及其制备方法。

背景技术

中空聚电解质微胶囊可用在医用、食品、化妆品、化工等领域，近十几年来引起了人们的广泛研究兴趣。它一般是用带有相反电荷的聚电解质大分子层层交替吸附在作为模板的胶体粒子表面。胶体粒子可采用无机材料,如CaCO₃, SiO₂或有机材料，如聚苯乙烯，三聚氰胺甲醛或者金纳米粒子，甚至是细胞等作为模板。然后模板通过强酸，强碱等腐蚀剂被刻蚀掉, 最后得到中空的聚电解质微胶囊。这种带有多层聚电解质大分子的中空微胶囊可通过浸泡在含小分子的溶液中使所需包封的小分子物质如染料、药物、磁性粒子等渗入到中空聚电解质微胶囊内部,从而得到载所需物质的聚电解质微胶囊。但是这种模板刻蚀法也存在一定的局限性。例如, 胶体模板粒子需要被腐蚀剂刻蚀掉, 有时甚至需要使用一些对人体有严重危害的溶剂，如氰氟酸；刻蚀后还需要多次的水洗纯化过程以除去多余的刻蚀剂和模板残留物，而在纯化处理过程中常常会造成胶囊的破裂。模板的刻蚀和纯化使整个制备过程变得繁琐和困难。此外, 胶囊尺寸的大小受胶体粒子模板大小的限制, 一般所制得的中空微胶囊多是微米级的。近年来我们发明了一种新型的模板法来制备含水不溶性油相材料的纳米微胶囊。这种方法是将一种超声波辅助乳化技术和聚电解质大分子层层自组装技术结合起来的新型模板法。首先在油水界面上用超声波乳化反应产生含油相的初始蛋白质或聚合物胶粒, 然后根据蛋白质或聚合物表面带有微弱电荷的特点, 将聚阴阳电解质大分子交替沉积在蛋白质胶粒表面, 形成含油相材料的聚合物/聚电解质复合微胶囊。

九十年代初， 美国的Suslick等人发明了一种利用超声化学反应的方法制备载有气体或非水溶性液体的蛋白质微胶囊的方法。其原理主要是利用高频率的超声波（一般为20KHz-10MHz）产生的能量使分子的化学键断裂而产生相应的化学反应。Suslick首先制备了含水不溶性液体的蛋白质微胶囊。在 Suslick的工作基础上，我们结合聚电解质层层自组装的方法, 分别制备了含油溶性染料，油溶性药物，油溶性磁性纳米晶体及油溶性半导体纳米晶体的聚合物微胶囊。该类胶囊具有以下一些优点：第一，聚电解质层所具有的优良特性。例如，可以将一些具有特殊功能的物质如DNA、抗体等物质通过共价键连接在聚电解质大分子的反应性官能团上（如羧基，羟基等），而不影响被包封物质的活性和稳定性；聚电解质层能对蛋白质内层的被包封物质（如药物，酶等）起到保护作用；弱聚电解质大分子常具有PH响应性，通过改变外界PH或离子强度值，可调节聚电解质层的孔隙大小，从而控制包封物质的释放；聚电解质层的沉积厚度可控制在纳米尺度范围内，不影响初始蛋白质微胶囊的形状和尺寸；对于一些特殊的微胶囊，如磁性微胶囊，含有磁性物质的微胶囊在磁力吸引的作用下很容易发生团聚，通过外层聚电解质分子的静电排斥作用可以阻止胶囊之间的团聚，使胶囊得以稳定。第二，油溶性磁性纳米晶体和半导体纳米晶体的引入，使油溶性纳米晶体在不经过表面处理的前提下，可以直接包裹于胶囊中，为胶囊作为磁性诊疗和荧光标记载体提供了诱人的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种载油溶性物质的微胶囊，该微胶囊包裹有各种油溶性客体，可以实现药物输送，磁性诊疗和生物荧光标记等功能。

本发明还提供上述微胶囊的制备方法。

本发明提供的载油溶性物质的微胶囊，是一种以蛋白质或聚合物作壳、以油溶性物质作核的核壳结构微胶囊，由蛋白质或聚合物水溶液与油溶性物质溶液在二相界面上通过超声乳化的反应而制得。   

本发明提供的载油溶性物质的微胶囊，其壳层蛋白质分子或聚合物分子以分子间作用力或者化学键交联而相连接，其核为能分散或溶解于油相的油溶性物质。微胶囊尺寸在30nm-20um之间。 

本发明中，所述的蛋白质分子或聚合物分子，如牛血清白蛋白, 人血清白蛋白，聚谷氨酸, 抗生素蛋白，纤维素大分子或淀粉大分子等蛋白质或聚合物，这些分子在超声条件下可以通过分子内交联在一起，也可以通过分子间作用力结合在一起。所述的油溶性物质为药物、染料、磁性纳米晶体或半导体纳米晶体等中的一种或几种。所述的油溶性物质溶液的溶剂包括甲苯、正己烷、三氯甲烷，蔬菜油、大豆油等与水完全不互溶的有机溶剂。 

本发明中，所涉述的纳米晶体包括元素周期表第四族的金属氧化物，如铁、钴、锰等磁性纳米晶体，以及第二到六族的荧光半导体纳米晶体化合物，如硒化镉、硫化镉等。

本发明所述的微胶囊，其蛋白质或聚合物壳层表面具有一定的电荷，通过静电吸附作用吸附阴阳离子聚电解质。该聚电解质，如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸，聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚乙烯吡啶等有机大分子，以及聚磷酸盐、聚硅酸盐等无机分子，和天然的核酸、蛋白质或多糖等生物大分子，能沉积在蛋白质或聚合物的壳层表面上，从而提高微胶囊壳层的稳定性。

本发明所述的微胶囊可用于靶向药物输送、磁性诊疗、光学生物标记的等生物医学应用领域。

 本发明所述的微胶囊制备方法如下：将蛋白质或聚合物配制成水溶液，并加入适量的表面活性剂；将油溶性物质如药物、染料、磁性纳米晶体或半导体纳米晶体，分散于与水不互溶的有机溶剂中，配成有机分散液；然后在二相界面进行超声乳化反应，即可获得包含有各种油溶性客体的微胶囊。接着对所获得的微胶囊进行聚电解质静电自组装，可得到更稳定的复合微胶囊。 

所述方法中，蛋白质或聚合物配制成的水溶液，其质量体积比以0.1%--30%（mg/ml, w/v）为好。 

所述方法中，有机分散液的摩尔浓度以1×10^-8M--1×10^-4M为好。

所述方法中，所用的油相溶液（有机分散液）与蛋白质或聚合物溶液的体积比例为0.05-1。 

所述方法中，超声温度为0-50℃，超声能量为50W-500W/cm²，超声时间为0.5-30分钟。所述方法中，表面活性剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂或含氟的表面活性剂等，如十二烷基硫酸钠，聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯，全氟辛基磺酰胺等。

所述方法中，聚电解质可以是聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸，聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚乙烯吡啶等有机大分子，或聚磷酸盐、聚硅酸盐等无机分子，或天然的核酸、蛋白质，多糖等生物大分子等。

本发明选用不同壳层材料的蛋白质或聚合物，研究不同种类的表面活性剂对胶囊制备的影响，并研究不同用量、不同的超声功率和不同的超声时间对胶囊制备的影响。当蛋白质或聚合物水溶液的浓度较高时，制备的胶囊粒径较大，当表面活性剂的浓度或者用量增加时，制备得到的胶囊粒径较小。当超声时间较长时，制备的胶囊粒径较小。 

本发明的制备步骤简单，分离提纯方便。胶囊可用于药物输送，磁性诊疗，生物荧光标记等。

具体实施方式

以下实施例仅为更进一步具体说明本发明，在不违反本发明的主旨下，本发明应不限于以下实例具体明示的内容。

实施例1

取聚谷氨酸5毫克，配制成5%（w/v）的水溶液，并加入400ul，浓度为1×10^-4M的表面活性剂十二烷基硫酸钠。吸取5毫升的蛋白质溶液置于超声反应瓶中，然后向其中加入分散有4×10^-7M硫化锌/硒化镉的正己烷胶体溶液1ml，随后在油水两相界面处进行超声，超声的功率控制在150W左右，超声时间3分钟。待溶液静置分层后吸取瓶中的泡沫层，在回旋振荡器的作用下分次向其中加入浓度为2mg/ml的聚乙烯亚胺和聚丙烯酸。各加入3次，每次搅拌20分钟制得微胶囊。在扫描电镜下可观察到胶囊粒径呈多分散，用动态光散射测平均粒径300-700 纳米左右。用透射电镜可观测到胶囊具有明显的核壳结构及晶体衍射峰。在荧光显微镜下可观察到胶囊具有明显的荧光现象。

实施例2

取牛血清蛋白5毫克，配制成5%（w/v）的水溶液，并加入100ul ，浓度为1×10^-6M的表面活性剂全氟辛基磺酰胺。吸取5毫升的蛋白质溶液置于超声反应瓶中，然后向其中加入分散有1×10^-6M磁性四氧化三铁的甲苯胶体溶液1ml，随后在油水两相界面处进行超声，超声的功率控制在150W左右，超声时间3分钟。待溶液静置分层后吸取瓶中的蛋白质层，在回旋振荡器的作用下分次向其中加入浓度为2mg/ml聚丙烯胺盐酸和聚苯乙烯磺酸钠。各加入4次，每次搅拌20分钟制得微胶囊。在扫描电镜下可观察到胶囊粒径呈多分散，用透射电镜可观测到胶囊具有明显的核壳结构及四氧化三铁晶体衍射峰。

实施例3

取聚谷氨酸5毫克，配制成5%（w/v）的水溶液，并加入400ul，浓度为1×10-⁴M的表面活性剂十二烷基硫酸钠。吸取5毫升的蛋白质溶液置于超声反应瓶中。取分散有1×10^-6M 四苯基卟啉及1×10^-6M Fe₃O₄的甲苯胶体溶液各0.5毫升，加入含有表面活性剂的聚谷氨酸溶液中，混合均匀后进行超声。超声的功率控制在100W左右，超声时间5分钟。待溶液静置分层后吸取瓶中的泡沫层，在回旋振荡器的作用下分次向其中加入浓度为2mg/ml的聚乙烯亚胺和聚丙烯酸。各加入3次，每次搅拌20分钟制得微胶囊。在扫描电镜下可观察到胶囊粒径呈多分散，大的1-5微米，且有明显的晶体被包裹现象。用透射电镜可观测到胶囊具有明显的核壳结构及多种晶体衍射峰。在荧光显微镜下可观察到胶囊具有明显的四苯基卟啉的荧光。

实施例4

配制成5%（w/v）的甲基纤维素水溶液，吸取5毫升的纤维素溶液置于超声反应瓶中，然后向其中加入分散有4×10^-7M硫化锌/硒化镉的甲苯胶体溶液1ml，随后置于油水两相界面处进行超声，超声的功率控制在120W左右，超声时间4分钟。完毕后，在荧光显微镜下可观测到半导体纳米晶体的荧光现象。在回旋振荡器的作用下分次向其中加入浓度为2mg/ml的聚乙烯亚胺和聚丙烯酸。各加入3次，每次搅拌20分钟,制可制得更稳定的复合微胶囊。

实施例5

取2g淀粉，2.5gNaOH，溶于60ml，4%NaOH的水溶液中，在强磁力搅拌下使淀粉溶解，用稀硫酸滴定中和得到澄清溶液。然后用此淀粉溶液分别配制2mg/100ml、5mg/100ml， 10mg/100ml的淀粉水溶液。分别从三个溶液中取出4ml置于反应瓶中，并在反应瓶中加入2ml食用油，超声反应。超声的功率控制在100W左右，超声时间1-3分钟。完毕后，在显微镜下可观测到大小不一的微胶囊。其中10mg/100ml的淀粉水溶液所产生的胶囊数量最多。在回旋振荡器的作用下分次向其中加入浓度为2mg/ml的聚乙烯亚胺和聚丙烯酸。各加入3次，每次搅拌20分钟, 可得到更稳定的复合微胶囊。

Claims (10)

1.一种载油溶性物质的微胶囊，其特征在于，是以蛋白质或聚合物作壳，以油溶性物质作核的核壳结构微胶囊，由蛋白质或聚合物水溶液与油溶性物质溶液在二相界面上通过超声乳化的反应条件而制得；微胶囊尺寸在30nm-20um之间。

2.如权利要求1所述的载油溶性物质的微胶囊，其特征在于所述蛋白质或聚合物分子为牛血清白蛋白, 人血清白蛋白，聚谷氨酸, 抗生素蛋白，纤维素大分子或淀粉大分子，所述的油溶性物质为药物、染料、磁性纳米晶体、半导体纳米晶体中的一种或几种，所述的油溶性物质溶液的溶剂为与水完全不互溶的有机溶剂。

3.如权利要求2所述的载油溶性物质的微胶囊，其特征在于所述磁性纳米晶体的前躯体包括元素周期表第四族的金属氧化物，所述半导体纳米晶体为第二到六族的荧光半导体纳米晶体化合物。

4.如权利要求2或3所述的载油溶性物质的微胶囊，其特征在于所述蛋白质或聚合物壳层表面通过静电吸附作用吸附有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺或聚乙烯吡啶有机分子，或聚磷酸盐、聚硅酸盐无机分子，或天然的核酸、蛋白质、多糖生物大分子。

5.如权利要求1—3之一所述的载油溶性物质的微胶囊的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

将蛋白质或聚合物配制成水溶液，并加入适量的表面活性剂；将油溶性物质药物、染料、磁性纳米晶体或半导体纳米晶体，分散于与水不互溶的有机溶剂中，配成有机分散液；然后在二相界面进行超声乳化反应，即可获得包含有各种油溶性客体的微胶囊。

6.如权利要求5所述的载油溶性物质的微胶囊的制备方法，其特征在于进一步对所获得的微胶囊进行聚电解质静电自组装，得到更稳定的复合微胶囊。

7.如权利要求5或6所述的载油溶性物质的微胶囊的制备方法，其特征在于所述蛋白质或聚合物配制成的水溶液，其质量体积比为0.1%--30%（mg/ml）；

所述有机分散液的摩尔浓度为1×10^-8M--1×10^-4M；所用的有机分散液与蛋白质或聚合物溶液的体积比例为0.05-1。

8.如权利要求5或6所述的载油溶性物质的微胶囊的制备方法，其特征在于超声温度为0-50 ??C，超声能量为50-500W/cm2，超声时间为0.5-30分钟。

9.如权利要求5或6所述的载油溶性物质的微胶囊的制备方法，其特征在

于所述表面活性剂是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂或含氟的表面活性剂。

10.如权利要求6所述的载油溶性物质的微胶囊的制备方法，其特征在于所述的聚电解质为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯磺酸、聚乙烯磷酸、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺或聚乙烯吡啶有机分子，或聚磷酸盐或聚硅酸盐无机分子，或天然的核酸、蛋白质、多糖生物大分子。