CN102580641A

CN102580641A - 天然多糖基纳米微囊的制备方法

Info

Publication number: CN102580641A
Application number: CN2012100501415A
Authority: CN
Inventors: 姚芳莲; 刘玉玺; 杨静
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: CN102580641B

Abstract

本发明公开了一种天然多糖基纳米微囊的制备方法。该方法过程：包括二氧化硅纳米粒子模板的制备与修饰、天然多糖溶液的配制、在二氧化硅纳米粒子模板表面依次自组装卡拉胶层与壳聚糖层相间排列的多层天然多糖纳米球，然后用氢氟酸溶液将二氧化硅纳米粒子模板溶出，得到具有空心结构的天然多糖基纳米微囊。本方法优点：反应条件温和，空腔尺寸可由模板尺寸控制，囊壁厚度可通过自组装的层数调节，采用的天然多糖具有良好的生物活性与生物相容性，通过调节外界环境，如pH值，离子强度等，能实现对壁厚或层间距的调节，该天然多糖基纳米微囊可用于药物控释，基因载体和微反应器与微容器等，因此有着广泛的应用前景。

Description

天然多糖基纳米微囊的制备方法

技术领域

本发明涉及一种天然多糖基纳米微囊的制备方法，特别是涉及一种以天然多糖为壳层的纳米微囊的制备方法，属于多糖基纳米材料技术领域。

背景技术

微胶囊是一种重要的功能性材料，生物医药研究领域有重要用途，其中空的部分可容纳大量的客体分子或相对大尺寸的客体，囊壁又可以降低外界环境对内包物的影响，同时起到隔离作用；作为药物释放体系时，还可以通过环境刺激控制内包药物的释放；此外，微胶囊具有独特的微环境，可以作为特殊用途的微反应器或微容器。纳米级微囊兼具空心微球和纳米材料的优点，具有低密度，高比表面积的特性，尤其在药物制剂上纳米微球(直径为10-1000nm)比微米微球具有更多优越性，可使大分子顺利通过上皮组织，促进药物的渗透吸收，适当的表面修饰使它对特定器官或病灶具有靶向作用，尤其适用于口服或粘膜等更为方便的给药途径，可延长药物在体内的循环时间，有效地提高药物的生物利用度，减少副作用。

常见的微囊的制备方法主要有三种：微乳液聚合法，自组装法和模板法。微乳液法在制备过程中，要引入大量的乳化剂以及相关助剂，且尺寸较大；自组装法是通过材料的亲疏水性形成球状胶束结构，再通过聚合形成空心聚合物纳米微囊；模板法，根据合成原理不同，主要分为模板聚合法和模板静电自组装法。模板聚合法类似于自组装法，模板静电自组装法是将逐层法(layer-by-layer，LbL)的固体载体从平板发展到纳米颗粒。LbL技术是指在液/固界面利用带有相反电荷的聚电解质静电吸附在固体表面构筑了超薄膜，而模板法又可以最直接地通过调节模板粒子尺寸来控制形成的微胶囊的空腔尺寸，这种方法是在预先制备好的纳米颗粒模板上形成聚合物壳，然后再将纳米颗粒模板去掉，留下空心的纳米级聚合物微球结构。综合各种方法的优劣，利用模版-自组装法制备纳米微胶囊，既可以很容易的控制空心结构的尺寸，也可以根据需要，选取合适的材料作为囊壁。

壳聚糖与卡拉胶都是常见的天然多糖，壳聚糖上的氨基在酸性环境下被质子化而带有正电荷，是阳离子聚电解质，卡拉胶上的磺酸基是一个强酸性基团，在很大的pH范围内都带负电荷，是阴离子聚电解质。利用这两种天然多糖的静电相互作用在带电的纳米模板上逐层沉积，微囊壁厚也可以通过静电沉积层数控制，最后去除模板，得到具有空心结构的纳米微囊。

发明内容

本发明旨在提供一种天然多糖基纳米微胶囊的制备方法，该方法具有制备过程简单，条件温和特点。以此方法所制得的纳米微囊，其粒径在80～200nm，具有良好的生物活性和生物相容性，囊内空腔可应用于药物释放、固定化酶以及微反应器或微容器等多个领域。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种天然多糖基纳米微胶囊的制备方法，其特征在于包括以下过程：

1.纳米二氧化硅模板粒子的制备与表面修饰：

按照乙醇与氨水及与正硅酸乙酯(TEOS)摩尔比为4000∶(16～160)∶(1～100)配料混合，在温度10～60℃超声分散反应0.5～8h，之后陈化6～24h得二氧化硅乙醇分散液，按3-氨丙基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯的摩尔比为(0.002～2)∶1，向二氧化硅乙醇分散液中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌反应4～72h，经减压蒸馏浓缩，待有针状物析出后离心除去上清液，再依次用乙醇、体积分数为10～90％的乙醇水溶液和去离子水洗涤至中性，得到氨基修饰的模板粒子，再用体积分数为0.05～5％的醋酸溶液超声分散，得到浓度为0.2～10mg/mL的氨基修饰的纳米二氧化硅模板粒子醋酸分散液，记为模板液；

2.多糖溶液的配制：

将分子量为5000～20w脱乙酰度为50～95％，的壳聚糖，加入到体积分数为0.05～5％醋酸溶液中，配制成浓度为0.1～20mg/mL的壳聚糖醋酸溶液，记为壳聚糖液；在55～150℃下，将卡拉胶加入体积分数为0.05～5％的醋酸溶液，配制成浓度为0.3～30mg/ml的卡拉胶醋酸溶液，记为卡拉胶液；

3.在纳米二氧化硅模板粒子表面自组装卡拉胶层制备纳米球：

按照步骤1制的模板液与步骤2制的卡拉胶液的体积比为1∶(0.2～2)，搅拌下，将模板液向卡拉胶液中滴加，且滴加完毕继续搅拌5～80min；之后离心分离，弃去上清液，用体积分数为0.05～5％醋酸溶液洗涤沉淀物，再离心分离，再洗涤至洗涤液的pH值与所用醋酸溶液的pH值相同为止，再用体积分数为0.05～5％醋酸溶液重新分散，得到浓度为0.2～10mg/mL的在纳米二氧化硅模板粒子上组装卡拉胶层的纳米球，记为卡拉胶纳米球分散液；

4.在卡拉胶纳米球表面再自组装壳聚糖层制备纳米球：

将步骤2配制的壳聚糖液与步骤3制得的卡拉胶纳米球分散液按体积比为(0.5～5)∶1，搅拌下，将卡拉胶纳米球分散液向壳聚糖液中滴加，滴加完毕继续搅拌5～80min，之后离心分离，弃去上清液，用体积分数为0.05～5％醋酸溶液洗涤沉淀物，再离心分离，洗涤至洗涤液的pH值与所用醋酸溶液的pH值相同为止，再用体积分数为0.05～5％醋酸溶液重新分散，得到浓度为0.2～10mg/mL的在纳米二氧化硅模板粒子上组装一层卡拉胶与一层壳聚糖的纳米球，记为双层天然多糖纳米球分散液；

5.多层天然多糖纳米球制备：

以步骤4制得的双层天然多糖纳米球分散液，重复交替进行步骤3自组装卡拉胶层制备纳米球的过程和步骤4自组装壳聚糖层制备纳米球的过程，则得到浓度为0.2～10mg/mL的在纳米二氧化硅模板粒子上组装多层、且卡拉胶层与壳聚糖层相间排列的天然多糖纳米球分散液；

6.制备具有空心结构的天然多糖基纳米微囊：

将步骤5制备的天然多糖纳米球分散液，或将用质量分数为0.1～0.5％的戊二醛溶液交联后的天然多糖纳米球分散液，按多层天然多糖纳米球分散液与氢氟酸溶液的体积比为1∶(0.5～10)，加入到浓度为0.05～2mol/L的氢氟酸溶液中，混合反应5min-2h后离心，去离子水洗涤至中性，离心固体冻干，得到天然多糖基纳米微囊粉末。

本发明的优点在于，采用了可去除的二氧化硅纳米模板做核，既能通过模板的制备过程调控纳米粒粒径从而调节最终形成纳米微囊的空腔尺寸，又因其表面的大量羟基，为表面修饰提供了大量的反应位点，经修饰后的纳米二氧化硅模板在酸性条件下带正电荷，便于与带相反电荷的聚电解质进行静电自组装。本发明所涉及的两种聚电解质均为天然多糖，具有良好的生物活性与生物相容性。与其他方法相比，这种纳米微胶囊的制备方法，反应条件温和易控，空腔尺寸可控，囊壁厚度可通过自组装层数调节。利用聚电解质自身官能团的特性，通过外界环境的调节，诸如pH值，离子强度等，可以使囊壁厚度，层层间距实现可调性。使得这种天然多糖基纳米微囊可用于药物控释，基因载体和微反应器与微容器等，因此有着广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例二制备的氨基修饰的纳米二氧化硅(SiO₂-NH₂)透射电镜照片。

图2为本发明实施例一以氨基修饰的纳米二氧化硅为模板，卡拉胶与壳聚糖为壳层通过层层自组装十一层的纳米微球SiO₂(Car/Cs)₅Car的透射电镜照片。

图3为本发明实施例一以氨基修饰的纳米二氧化硅为模板，卡拉胶与壳聚糖为壳层通过层层自组装十一层的具有空心结构的天然多糖纳米微囊(Car/Cs)₅Car的透射电镜照片。

图4为本发明实施例四以氨基修饰的纳米二氧化硅为模板，卡拉胶与壳聚糖为壳层通过层层自组装十一层的具有空心结构的天然多糖纳米微囊(Car/Cs)₅Car的透射电镜照片。

图5为本发明实施例五以氨基修饰的纳米二氧化硅为模板，卡拉胶与壳聚糖为壳层通过层层自组装十一层的具有空心结构的天然多糖纳米微囊(Car/Cs)₅Car的透射电镜照片。

图6为本发明实施例七以氨基修饰的纳米二氧化硅为模板，卡拉胶与壳聚糖为壳层通过层层自组装十一层的具有空心结构的天然多糖纳米微囊(Car/Cs)₅Car的透射电镜照片。

具体实施方式

下面通过实例详述本发明，当然本发明不限定于下述的实施例。

实施例所用的主要原料为：正硅酸乙酯(TEOS)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、乙醇、氨水、氢氟酸(HF)、冰醋酸等均为分析纯。

实例一：

1)量取100mL乙醇加入250mL锥形瓶中，向其中加入4mL氨水，混合均匀，置于超声水槽中，调节功率为100％，温度控制在25℃，在超声开启状态下向其中加入4mL TEOS，超声2h。反应结束后静置陈化12h。将得到的二氧化硅乙醇分散液倒入三口瓶中，在剧烈搅拌下(搅拌转速大于1000rpm)向其中加入0.2mL APTES，室温反应12h，反应结束后直接减压蒸馏，空气浴加热温度不超过30℃，蒸至有针状晶体析出时结束，离心弃去上层清液，分别用乙醇、体积分数为50％乙醇水溶液和去离子水洗至中性，量取100mL 1％(v/v)的醋酸溶液加入离心所得沉淀中，超声分散，得到氨基修饰的二氧化硅模板粒子醋酸分散液(SiO₂-NH₂)，粒径在100nm左右。

2)称取0.3g分子量为8w脱乙酰度85％的壳聚糖粉末置于250mL锥形瓶中，加入150mL 1％(v/v)的醋酸溶液，在磁力搅拌下使其充分溶解，抽滤除去杂质及不溶物，得到2mg/ml的壳聚糖醋酸溶液。称量0.45g卡拉胶粉末置于装有机械搅拌器和回流装置的三口瓶中，加入150mL 1％的醋酸溶液，搅拌加热，保持在70℃-80℃使凝胶状固体充分溶解，关闭加热，自然冷却至室温，抽滤除去杂质及不溶物，得到3mg/ml的卡拉胶醋酸溶液。

3)量取80mL 3mg/ml的卡拉胶醋酸溶液置于锥形瓶中，在磁力搅拌下用恒压滴液漏斗向其中滴加50mL SiO₂-NH₂醋酸分散液，每3秒钟一滴，滴加完毕后继续搅拌15min，使其相互作用完全，结束后高速离心，转速21000rpm，弃去上清液即未结合的卡拉胶溶液，用少量醋酸溶液洗涤沉淀，相同条件离心，洗涤至pH值与所用醋酸溶液相同，再加入50mL 1％(v/v)醋酸溶液，重新分散，得到均匀分散的组装一层的分散液SiO₂-Car。类似地，量取80mL 2mg/ml的壳聚糖醋酸溶液置于锥形瓶中，在磁力搅拌下用恒压滴液漏斗向其中滴加50mL SiO₂-Car醋酸分散液，每3秒钟一滴，滴加完毕后继续搅拌15min，使其相互作用完全，结束后高速离心，转速21000rpm，弃去上清液即未结合的壳聚糖溶液，用少量醋酸溶液洗涤沉淀，相同条件离心，洗涤至pH值与所用醋酸溶液相同，再加入50mL醋酸溶液，重新分散，得到均匀分散的组装两层的分散液SiO₂(Car/Cs)1。重复以上步骤，直至形成卡拉胶与壳聚糖交替组成11层的纳米球SiO₂(Car/Cs)₅Car。

4)量取30mL 0.5mol/L的氢氟酸溶液，将SiO₂(Car/Cs)_x纳米微球分散液滴加其中，微微摇动使其混合均匀，反应15min后离心，转速8000rpm，用去离子水洗涤至中性，将离心固体冻干，即得到纳米微囊(Car/Cs)₅Car的粉末。

实例二：

1)量取100mL乙醇加入250mL锥形瓶中，向其中加入6mL氨水，混合均匀，置于超声水槽中，调节功率为100％，温度控制在25℃，在超声开启状态下向其中加入4mL TEOS，超声2h。反应结束后静置陈化12h。将得到的二氧化硅乙醇分散液倒入三口瓶中，在剧烈搅拌下(搅拌转速大于1000rpm)向其中加入0.15mL APTES，室温反应12h，反应结束后直接减压蒸馏，空气浴加热温度不超过30℃，蒸至有针状晶体析出时结束，离心弃去上层清液，分别用乙醇、乙醇与水混合溶液和水洗至中性，量取100mL 1％(v/v)的醋酸溶液加入离心所得沉淀中，超声分散，得到氨基修饰的二氧化硅模板粒子醋酸分散液(SiO₂-NH₂)，粒径在150nm左右。步骤2)～4)同实例一。

实例三：

本实验实例与实验实例一的步骤基本相同，将实例一2)中的壳聚糖由0.3g分子量为8w脱乙酰度85％改为0.3g分子量为20w脱乙酰度95％。相应地，实例一3)中的壳聚糖溶液用量变化为75mL。

实例四：

本实验实例与实验实例一的步骤基本相同，但在步骤4)之前，用0.25％wt的戊二醛溶液进行交联，量取0.25％wt的戊二醛溶液10mL，加入到(Car/Cs)₅Car分散液中，交联时间5h后继续步骤4)。

实例五：

步骤1)～3)同实例一，

4)量取30mL 1.0mol/L的氢氟酸溶液，将SiO₂(Car/Cs)₅Car纳米微球分散液滴加其中，微微摇动使其混合均匀，反应15min后离心，转速8000rpm，用去离子水洗涤至中性，将离心固体冻干，即得到纳米微囊(Car/Cs)₅Car的粉末。

实例六：

步骤1)～2)、4)同实例一，

3)量取80mL 3mg/ml的卡拉胶醋酸溶液置于锥形瓶中，在磁力搅拌下用恒压滴液漏斗向其中滴加50mL SiO₂-NH₂醋酸分散液，每3秒钟一滴，滴加完毕后继续搅拌15min，使其相互作用完全，结束后高速离心，转速21000rpm，弃去上清液即未结合的卡拉胶溶液，用少量醋酸溶液洗涤沉淀，相同条件离心，洗涤至pH值与所用醋酸溶液相同，再加入50mL醋酸溶液，重新分散，得到均匀分散的组装一层的分散液SiO₂-Car。类似地，量取80mL 2mg/ml的壳聚糖醋酸溶液置于锥形瓶中，在磁力搅拌下用恒压滴液漏斗向其中滴加50mL SiO₂-Car醋酸分散液，每3秒钟一滴，滴加完毕后继续搅拌15min，使其相互作用完全，结束后高速离心，转速21000rpm，弃去上清液即未结合的壳聚糖溶液，用少量醋酸溶液洗涤沉淀，相同条件离心，洗涤至pH值与所用醋酸溶液相同，再加入50mL醋酸溶液，重新分散，得到均匀分散的组装两层的分散液SiO₂(Car/Cs)₁。重复以上步骤，组装12层，直至形成SiO₂(Car/Cs)₆。

实例七：

本实施例与实验实例四的步骤基本相同，在交联处理之后，量取30mL 1.0mol/L的氢氟酸溶液，将SiO₂(Car/Cs)_x纳米微球分散液滴加其中，微微摇动使其混合均匀，反应15min后离心，转速8000rpm，用去离子水洗涤至中性，将离心固体冻干，即得到纳米微囊(Car/Cs)₅Car的粉末。

上述实施例是本发明较佳的实施方式，但本发明不限定于上述的实施例。在不背离本发明的精神实质和原理的基础上所作的形式上和细节上的任何改变，都包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种天然多糖基纳米微胶囊的制备方法，其特征在于包括以下过程：

1)纳米二氧化硅模板粒子的制备与表面修饰：

按照乙醇与氨水及与正硅酸乙酯摩尔比为4000∶(16～160)∶(1～100)配料混合，在温度10～60℃超声分散反应0.5～8h，之后陈化6～24h得二氧化硅乙醇分散液，按3-氨丙基三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯的摩尔比为(0.002～2)∶1，向二氧化硅乙醇分散液中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌反应4～72h，经减压蒸馏浓缩，待有针状物析出后离心除去上清液，再依次用乙醇、体积分数为10～90％的乙醇水溶液和去离子水洗涤至中性，得到氨基修饰的模板粒子，再用体积分数为0.05～5％的醋酸溶液超声分散，得到浓度为0.2～10mg/mL的氨基修饰的纳米二氧化硅模板粒子醋酸分散液，记为模板液；

2)多糖溶液的配制：

3)在纳米二氧化硅模板粒子表面自组装卡拉胶层制备纳米球：

按照步骤1)制的模板液与步骤2)制的卡拉胶液的体积比为1∶(0.2～2)，搅拌下，将模板液向卡拉胶液中滴加，且滴加完毕继续搅拌5～80min；之后离心分离，弃去上清液，用体积分数为0.05～5％醋酸溶液洗涤沉淀物，再离心分离，再洗涤至洗涤液的pH值与所用醋酸溶液的pH值相同为止，再用体积分数为0.05～5％醋酸溶液重新分散，得到浓度为0.2～10mg/mL的在纳米二氧化硅模板粒子上组装卡拉胶层的纳米球，记为卡拉胶纳米球分散液；

4)在卡拉胶纳米球表面再自组装壳聚糖层制备纳米球：

将步骤2)配制的壳聚糖液与步骤3)制得的卡拉胶纳米球分散液按体积比为(0.5～5)∶1，搅拌下，将卡拉胶纳米球分散液向壳聚糖液中滴加，滴加完毕继续搅拌5～80min，之后离心分离，弃去上清液，用体积分数为0.05～5％醋酸溶液洗涤沉淀物，再离心分离，洗涤至洗涤液的pH值与所用醋酸溶液的pH值相同为止，再用体积分数为0.05～5％醋酸溶液重新分散，得到浓度为0.2～10mg/mL的在纳米二氧化硅模板粒子上组装一层卡拉胶与一层壳聚糖的纳米球，记为双层天然多糖纳米球分散液；

5)多层天然多糖纳米球制备：

以步骤4)制得的双层天然多糖纳米球分散液，重复交替进行步骤3)自组装卡拉胶层制备纳米球的过程和步骤4)自组装壳聚糖层制备纳米球的过程，则得到浓度为0.2～10mg/mL的在纳米二氧化硅模板粒子上组装多层、且卡拉胶层与壳聚糖层相间排列的天然多糖纳米球分散液；

6)制备具有空心结构的天然多糖基纳米微囊：

将步骤5)制备的天然多糖纳米球分散液，或将用质量分数为0.1～0.5％的戊二醛溶液交联后的天然多糖纳米球分散液，按多层天然多糖纳米球分散液与氢氟酸溶液的体积比为1∶(0.5～10)，加入到浓度为0.05～2mol/L的氢氟酸溶液中，混合反应5min-2h后离心，去离子水洗涤至中性，离心固体冻干，得到天然多糖基纳米微囊粉末。