CN104151841A - 一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊，该微胶囊为粒径为0.5～1.0μm的三层中空结构，有机相与无机相间隔分布，其中核层为两亲共聚物胶束，中间层为纳米粒子，壳层为酪素，中心空腔的直径为0.2～0.3μm；制备方法为：将酪素溶解于碱液中制得酪素溶解液，然后将两亲共聚物胶束溶解于有机溶剂，并加入纳米粒子前驱体获得混合液，最后将酪素溶解液注入高速搅拌下的酪素溶解液中，反应后即得。本发明制备的微胶囊由于具有较好的生物相容性，尺寸规整性及较大的空腔结构，对活性物质具有较强的包覆和缓释作用，且具有一定的成膜性能，从而可以获得酪素基复合微胶囊乳液，在生物相容的功能型涂层材料方面具有较好的应用潜力。

Description

一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊及其制备方法

技术领域

本发明属于微胶囊制备技术领域，本发明涉及一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊，本发明还涉及一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法。

背景技术

微胶囊的开发技术，即由高分子材料研制成的具有聚合物壁壳的微型容器或包装物来封装敷涂微小的固体颗粒、液滴或气泡从而使其成为一种包覆材料的技术始于20世纪40年代，最早是在无碳复写纸的制备中得到了成功应用，70年代后，利用微胶囊技术制备出了能够定时释放药物的微胶囊，大大推动了微胶囊技术的发展。随着科学技术的发展，微胶囊的制备方法也在不断涌现并发展，现在已知的微胶囊制备方法有将近200种(Anal A K,Singh H.Recent advances in microencapsulation of probiotics for industrialapplications and targeted delivery[J].Trends in Food Science&Technology,2007,18(5):240-251)。其中，微乳液模板法由于其工艺方便简单，反应速度快，效果好，不需昂贵复杂的设备等优点而成为最受青睐的方法之一。最近，以无机金属作壁材制备纳米胶囊也逐渐成为研究热点(郭慧林，赵晓鹏.纳米胶囊的制备及其应用[J].功能材料，2003，34(6)：609-611)。目前，纳米胶囊的应用领域已扩大到香料、农药、阻燃剂、粘合剂、涂料、石油产品、塑料工程以及食品等领域，具有广阔的发展前景。

随着该领域研究的日益深入，目前，研究者逐渐将目光转向将高分子材料和无机材料结合起来获得杂化微胶囊。该类材料已在医药、纺织等领域展现出了较为广阔的应用前景。杂化微胶囊的制备方法较多，主要包括硬模板法(J.Yang,J.Lee,J.Kang,K.Lee,J.-S.Suh,H.-G.Yoon,Y.-M.Huh and S.Haam,Hollow Silica Nanocontainers as Drug Delivery Vehicles[J].Langmuir,2008,24:3417-3422)、乳液法(C.I.Zoldesi and A.Imhof,Synthesis ofmonodisperse colloidal spheres,capsules,and microballoons by emulsiontemplating[J].Adv.Mater.,2005,17(7):924-928)及高分子胶束模板法等(J.Liu,Q.Yang,L.Zhang,H.Yang,J.Gao,C.Li,Organic-inorganic hybrid hollownanospheres with microwindows on the shell[J].Chem.Mater.,2008,20,4268-4275)。其中，自组装高分子胶束被认为是一种很好的获得微胶囊的模板。在该方法中，聚合物胶束内部的疏水环境首先会为疏水性被包覆物质提供有利场所，之后形成的二氧化硅壳层进一步保证了高效包覆(Q.Huo,J.Liu,L.-Q.Wang,Y.Jiang,T.N.Lambert,E.Fang,A new class of silica cross-linkedmicellar core-shell nanoparticles[J].J.Am.Chem.Soc.,2006,128,6447-6453)。

酪素作为一种天然的可完全生物降解的蛋白质，由于具有较强的离子吸附性、表面活性、乳化性、自组装性及稳定性而在载药体系中备受关注(Y.D.Livney,Milk proteins as vehicles for bioactives[J].Curr.Opin.Journal of Colloidand Interface Science.2010,15:73-83)。根据文献报道，其作为药物载体可被制备成不同形态如水凝胶、微/纳米粒子、复合材料等(Ahmed O.Elzoghby,Wael S.Abo El-Fotoh,Nazik A.Elgindy.Casein-based formulations as promisingcontrolled release drug delivery systems[J].Journal of Controlled Release.2011,153:206–216)。然而，对于酪素基微胶囊的研究还鲜见公开报道。截至目前，将纳米粒子引入酪素制备杂化微胶囊的研究还未见公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊，结构稳定，具有较好的生物相容性和较大的空腔结构，对活性物质具有较强的包覆和缓释作用。

本发明的另一个目的是提供该微胶囊的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊，该微胶囊为粒径为0.5μm～1.0μm的三层中空结构，有机相与无机相间隔分布，其中核层为两亲共聚物胶束，中间层为纳米粒子，壳层为酪素，中心空腔的直径为0.2μm～0.3μm。

本发明的特点还在于，

两亲共聚物胶束为F127或P123，纳米粒子为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛。

本发明所采用的另一个技术方案是：一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：配置质量分数为2％～4％的碱液，然后加入酪素粉末，超声处理后在50℃～100℃温度下搅拌溶解，获得酪素溶解液；

步骤2：将两亲共聚物胶束溶解于有机溶剂形成均一透明溶液，搅拌8～14h后加入纳米粒子前驱体并超声处理，获得混合液；

步骤3：将步骤2得到的混合液缓慢注入高速搅拌状态下的装有步骤1得到的酪素溶解液的容器中，在60℃～80℃温度下持续搅拌4天～8天，然后除去有机溶剂，即获得多层中空酪素基亚微米复合微胶囊。

本发明的特点还在于，

步骤1中碱液为碳酸钠水溶液、三乙醇胺水溶液或碳酸氢钠水溶液中的任意一种。

步骤1中酪素与碱液的质量比为1:10～20，超声处理的时间为5min～20min；所述搅拌的时间为24h～48h。

步骤2中两亲共聚物胶束与有机溶剂的质量-体积比为(9～15)g:(90～180)mL；有机溶剂为四氢呋喃；两亲共聚物胶束与纳米粒子前驱体的质量-体积比为(9～15)g:(8.5～14)mL；超声处理的时间为25min～80min。

两亲共聚物胶束为F127或P123。

步骤2中纳米粒子前驱体为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛的前驱体，具体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和钛酸丁酯中的任意一种。

步骤3中混合液与酪素溶解液的质量比为1:10～30；高速搅拌的速度为600～1000rpm。

步骤3得到的多层中空酪素基亚微米复合微胶囊为粒径为0.5μm～1.0μm的三层中空结构，有机相与无机相间隔分布，其中核层为两亲共聚物胶束，中间层为纳米粒子，壳层为酪素，中心空腔的直径为0.2μm～0.3μm；所述两亲共聚物胶束为F127或P123，纳米粒子为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛。

本发明的有益效果是：本发明一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊，以酪素为基材，通过微乳液模板法引入纳米粒子层，并通过去模板法获得具有多层中空结构的酪素基微胶囊，该微胶囊由于具有较好的生物相容性，尺寸规整性及较大的空腔结构，对活性物质具有较强的包覆和缓释作用，且具有一定的成膜性能，从而可以获得酪素基复合微胶囊乳液，在生物相容的功能型涂层材料方面具有较好的应用潜力。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的微胶囊的TEM照片；

图2是本发明实施例1制备的微胶囊的粒径分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊，该微胶囊为粒径为0.5μm～1.0μm的三层中空结构，有机相与无机相间隔分布，其中核层为两亲共聚物胶束，中间层为纳米粒子，壳层为酪素，中心空腔的直径为0.2μm～0.3μm；其中，两亲共聚物胶束为F127或P123，纳米粒子为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛。

一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：配置质量分数为2％～4％的碱液，碱液为碳酸钠水溶液、三乙醇胺水溶液或碳酸氢钠水溶液中的任意一种，然后加入酪素粉末，酪素可为食品级、工业级、精一级酪素粉末，均能溶解于碱性溶液中，酪素与碱液的质量比为1:10～20，超声处理5min～20min后在50℃～100℃温度下搅拌溶解24h～48h，获得酪素溶解液；

步骤2：将两亲共聚物胶束Pluronic F127或P123溶解于四氢呋喃形成均一透明溶液，两亲共聚物胶束与四氢呋喃的质量-体积比为(9～15)g:(90～180)mL，搅拌8～14h后加入纳米粒子前驱体并超声处理25min～80min，两亲共聚物胶束与纳米粒子前驱体的质量-体积比为(9～15)g:(8.5～14)mL，获得混合液；其中，纳米粒子前驱体为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛的前驱体，具体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和钛酸丁酯中的任意一种；

步骤3：将步骤2得到的混合液缓慢匀速注入步骤1得到的在高速搅拌下的速度为600～1000rpm的酪素溶解液中，混合液与酪素溶解液的质量比为1:10～30，在60℃～80℃温度下持续搅拌4天～8天，然后蒸干有机溶剂，即获得多层中空酪素基亚微米复合微胶囊，该微胶囊为粒径为0.5μm～1.0μm的三层中空结构，有机相与无机相间隔分布，其中核层为两亲共聚物胶束，中间层为纳米粒子，壳层为酪素，中心空腔的直径为0.2μm～0.3μm；两亲共聚物胶束为F127或P123，纳米粒子为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛。

本发明一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，以天然蛋白质酪素为基材，以高分子胶束为模板，向其中引入无机纳米中间层，采用微乳液聚合、去模板等方法制备了一种全新结构的多层聚合物中空微胶囊，其尺寸为亚微米级。本发明方法不仅操作简单、效率高、聚合物微胶囊尺寸均匀，其尺寸大小以通过反应条件进行调节，且所制得的多层酪素基中空微胶囊的稳定性较高。该多层酪素基中空微胶囊具有天然的生物相容性，显示出独特的结构，且多层空腔结构对活性物质具有良好的包覆或缓释性能，在材料科学、生命科学、生物医学、催化科学与技术等许多领域中都将具有广阔的应用前景。

实施例1

步骤1：配制20 g质量分数为2％的弱碱溶液，在其中加入1g酪素粉末，超声处理5min，在50℃温度下搅拌24h，获得酪素溶解液；

步骤2：将90mg两亲共聚物胶束F127溶解于900μL四氢呋喃形成均一透明溶液，搅拌8h后，向其中加入85μL正硅酸乙酯并超声处理25min，获得混合液；

步骤3：采用微量注射器按照混合液与酪素溶解液的质量比为1:20将步骤2得到的混合液缓慢匀速注入高速搅拌状态下的速度为800rpm的装有步骤1得到的酪素溶解液的容器中，在60℃温度下持续搅拌4天，蒸干四氢呋喃，即获得多层中空酪素基亚微米复合微胶囊。

实施例2

步骤1：配制40 g质量分数为4％的弱碱溶液，在其中加入4g酪素粉末，超声处理20min，在100℃温度下搅拌48h，获得酪素溶解液；

步骤2：将150mg两亲共聚物胶束F127溶解于1800μL四氢呋喃形成均一透明溶液，搅拌14h后，向其中加入140μL正硅酸甲酯并超声处理80min，获得混合液；

步骤3：采用微量注射器按照，混合液与酪素溶解液的质量比为1:10将步骤2得到的混合液缓慢匀速注入高速搅拌状态下的速度为600rpm的装有步骤1得到的酪素溶解液的容器中，在80℃温度下持续搅拌8天，蒸干四氢呋喃，即获得多层中空酪素基亚微米复合微胶囊。

实施例3

步骤1：配制30 g质量分数为3％的弱碱溶液，在其中加入2g酪素粉末，超声处理10min，在70℃温度下搅拌30h，获得酪素溶解液；

步骤2：将100mg两亲共聚物胶束P123溶解于1200μL四氢呋喃形成均一透明溶液，搅拌10h后，向其中加入100μL钛酸丁酯并超声处理40min，获得混合液；

步骤3：采用微量注射器按照混合液与酪素溶解液的质量比为1:30将步骤2得到的混合液缓慢匀速注入高速搅拌状态下的速度为1000rpm的装有步骤1得到的酪素溶解液的容器中，在70℃温度下持续搅拌6天，蒸干四氢呋喃，即获得多层中空酪素基亚微米复合微胶囊。

实施例4

步骤1：配制25g质量分数为2.5％的弱碱溶液，在其中加入2.5g酪素粉末，超声处理15min，在80℃温度下搅拌36h，获得酪素溶解液；

步骤2：将120mg两亲共聚物胶束F127溶解于1500μL四氢呋喃形成均一透明溶液，搅拌12h后，向其中加入120μL正硅酸乙酯并超声处理60min，获得混合液；

步骤3：采用微量注射器按照混合液与酪素溶解液的质量比为1:15将步骤2得到的混合液缓慢匀速注入高速搅拌状态下的速度为800rpm的装有步骤1得到的酪素溶解液的容器中，在68℃温度下持续搅拌7天，蒸干四氢呋喃，即获得多层中空酪素基亚微米复合微胶囊。

图1是本发明实施例1制备的微胶囊的透射电子显微镜照片，可以看出：得到的微胶囊的粒径在0.5μm～1.0μm之间，空腔直径为0.2μm～0.3μm，有机相与无机相间隔分布在多层核壳结构中，中心为空心结构，说明成功获得了多层中空结构的亚微米级微胶囊结构。

图2是本发明实施例1制备的微胶囊的粒径分布图，可以看出：得到的微胶囊的平均粒径在0.5μm～0.6μm之间，进一步证实了亚微米级尺寸的形成。

经过测试，本发明所制备的微胶囊对疏水性香精包覆效率约为80％，与此同时，该微胶囊对香味的释放数据显示：释放20d时释放率达到15％，说明该材料对活性物质具有较强的包覆和缓释作用。

Claims (10)

1.一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊，其特征在于，该微胶囊为粒径为0.5μm～1.0μm的三层中空结构，有机相与无机相间隔分布，其中核层为两亲共聚物胶束，中间层为纳米粒子，壳层为酪素，中心空腔的直径为0.2μm～0.3μm。

2.如权利要求所述的一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊，其特征在于，所述两亲共聚物胶束为F127或P123，所述纳米粒子为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛。

3.一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：配置质量分数为2％～4％的碱液，然后加入酪素粉末，超声处理后在50℃～100℃温度下搅拌溶解，获得酪素溶解液；

步骤2：将两亲共聚物胶束溶解于有机溶剂形成均一透明溶液，搅拌8～14h后加入纳米粒子前驱体并超声处理，获得混合液；

步骤3：将所述步骤2得到的混合液缓慢注入高速搅拌状态下的装有所述步骤1得到的酪素溶解液的容器中，在60℃～80℃温度下持续搅拌4天～8天，然后除去有机溶剂，即获得多层中空酪素基亚微米复合微胶囊。

4.如权利要求3所述的一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤1中碱液为碳酸钠水溶液、三乙醇胺水溶液或碳酸氢钠水溶液中的任意一种。

5.如权利要求3所述的一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤1中酪素与碱液的质量比为1:10～20，所述超声处理的时间为5min～20min；所述搅拌的时间为24h～48h。

6.如权利要求3所述的一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤2中两亲共聚物胶束与有机溶剂的质量-体积比为(9～15)g:(90～180)mL；所述有机溶剂为四氢呋喃；所述两亲共聚物胶束与纳米粒子前驱体的质量-体积比为(9～15)g:(8.5～14)mL；所述步骤2中超声处理的时间为25min～80min。

7.如权利要求3或6所述的一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，其特征在于，所述两亲共聚物胶束为F127或P123。

8.如权利要求3所述的一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤2中纳米粒子前驱体为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛的前驱体，具体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和钛酸丁酯中的任意一种。

9.如权利要求3所述的一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤3中混合液与酪素溶解液的质量比为1:10～30；所述高速搅拌的速度为600～1000rpm。

10.如权利要求3所述的一种多层中空酪素基亚微米复合微胶囊的制备方法，其特征在于，所述步骤3得到的多层中空酪素基亚微米复合微胶囊为粒径为0.5μm～1.0μm的三层中空结构，有机相与无机相间隔分布，其中核层为两亲共聚物胶束，中间层为纳米粒子，壳层为酪素，中心空腔的直径为0.2μm～0.3μm；所述两亲共聚物胶束为F127或P123，所述纳米粒子为纳米二氧化硅或纳米二氧化钛。