CN104910446A - 一种温度控制制备的具有温度分级释放性能的天然高分子母子微球及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种天然高分子母子微球及其制备方法。一种温度控制制备的具有温度分级释放性能的天然高分子母子微球，其特征在于：首先利用天然高分子琼脂的温度刺激响应性，采用温度条件控制的方法制备得到琼脂子微球；然后利用天然高分子明胶的温度刺激响应性，采用温度条件控制的方法进一步制备得到一种天然高分子母子微球。该天然高分子母子微球还具有温度分级控制溶解和释放的特点，即在温度条件分级控制下可以先进行外层明胶母球的溶解和释放，再进行内层琼脂子微球的溶解和释放。可以将不同种类的药物、纳米材料、生物物质等物质包裹在母子微球中，并实现这些物质的温度分级控制释放，在控制释放、靶向药物、药物输送等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料、生物化学和生物医用材料领域，特别是涉及一种天然高分子母子微球及其制备方法。
背景技术
天然高分子微球具有生物相容性良好、生物可降解性、无毒性以及价格低廉等特点，在靶向药物、控制释放、药物输送、医学诊断、药物筛选以及多组分生物检测等方面具有广泛的应用价值。天然高分子微球的种类主要有淀粉微球，白蛋白微球，明胶微球，壳聚糖微球等。目前用来制备单分散的微球的方法主要有凝聚法，乳化法、反相悬浮交联法，自由基聚合法等。
琼脂是一种天然高分子多糖类材料，它具有来源丰富、生物相容性良好、生物可降解、无毒性以及价格低廉等性能特点和优点。值得注意的是，琼脂还具有温度刺激响应性，在水中加热至85℃以上时才开始溶解，溶解后呈无规线团结构，而溶解后的琼脂溶液需在温度降到40℃时才开始凝固，凝固形成的凝胶呈双螺旋结构[Soft matter，2012，8(18)：5027-5037]。琼脂的生物性能及温度响应性溶胶凝胶转变性能使之在生物技术、医用材料、食品工业等领域具有广泛应用。
此外，明胶是一种天然高分子蛋白质类材料，也具有来源丰富、生物相容性良好、无毒性、生物可降解以及价廉易得等性能特点和优点。更重要的是，明胶在一定温度刺激下可以进行溶液和凝胶状态的相互转变，即发生可逆溶胶-凝胶转变。明胶在冷水中不会溶解，当温度升高到大约30℃时，三螺旋结构会逐渐转变为无规线团结构，此时明胶发生溶解形成溶胶；如果再将明胶溶胶置于室温环境下冷却，无规线团结构又会逐渐变为三螺旋结构，从而形成凝胶。[Macromolecules，2003，36(26)：10009-10020]。明胶的温度响应性物理凝胶显示出优良的生物相容性和可逆性，对其在生物医学领域的应用具有十分重要的意义。
明胶和琼脂具有许多优点，例如生物相容性，生物可降解性，无毒性及价格低廉等，近年来利用明胶微球或者琼脂微球在药物、基因载体材料和药物控释材料等领域的研究工作引起了研究人员的关注。例如，Samad等采用温度刺激凝胶化的方法、制备了一种明胶微球装载药物利福平，这种控制释放微球改变了传统的常规大剂量给药治疗肺结核的方式，可以用作胃肠道给药。[Journal of microencapsulation2009，26(1)：83-89]。然而，对于利用温度条件控制的方法制备琼脂/明胶天然高分子母子微球，使这种天然高分子母子微球具有温度分级控制溶解和释放特点，这方面的研究工作并没有引起研究人员的关注。这种利用温度条件控制的方法制备，并具有温度分级控制溶解和释放的天然高分子母子微球在控制释放、靶向药物、药物输送等领域具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种温度控制制备的具有温度分级释放性能的天然高分子母子微球及其制备方法，该方法具有原材料来源丰富，制备工艺简单，制备条件温和，易于控制，可重复性好，绿色环保，成本低廉的特点。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种温度控制制备的具有温度分级释放性能的天然高分子母子微球，其特征在于：首先利用天然高分子琼脂的温度刺激响应性，采用温度条件控制的方法制备得到琼脂子微球；然后利用天然高分子明胶的温度刺激响应性，采用温度条件控制的方法进一步制备得到一种天然高分子母子微球(即琼脂/明胶母子微球)。该天然高分子母子微球还具有温度分级控制溶解和释放的特点，即在温度条件分级控制下可以先进行外层明胶母球的溶解和释放，再进行内层琼脂子微球的溶解和释放。
上述一种温度控制制备的具有温度分级释放性能的天然高分子母子微球的制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：
(1)溶液的配制：将2～10g琼脂加入50～100mL蒸馏水中，在85～95℃的恒温水浴中采用机械搅拌溶解，搅拌速度为每分钟250～300转，1～2小时后琼脂充分溶解后得到琼脂溶液，继续在85～95℃的恒温水浴中保温备用；将2～10g明胶加入到20～100mL的蒸馏水中，在35～45℃的恒温水浴中采用机械搅拌溶解，搅拌速度为每分钟250～300转，1～2小时后明胶充分溶解后得到明胶溶液，继续在35～45℃的恒温水浴中保温备用；
(2)温度条件控制的方法制备琼脂子微球：将1～3g Span80加入到100～200mL的大豆油中，在85～95℃的恒温水浴中采用机械搅拌，搅拌速度为每分钟230～270转，0.5～1小时后Span80充分分散到大豆油中，然后取上述85～95℃恒温水浴中保温的2～20mL的琼脂溶液逐滴加入到上述大豆油中，搅拌10～30分钟，搅拌速度为每分钟230～270转，再将得到的混合物迅速倒入200～400mL冰水中冷却降温，利用琼脂的温度刺激响应性形成琼脂子微球，继续搅拌5～30分钟，静置0.5～1小时，再用蒸馏水清洗3～6次，得到琼脂子微球，将琼脂子微球放在蒸馏水中保存备用；其中，Span80是脱水山梨醇油酸酯；
(3)温度条件控制的方法制备琼脂/明胶天然高分子母子微球：将得到的琼脂子微球加入到上述35～45℃恒温水浴中保温的明胶溶液中，采用机械搅拌均匀，搅拌速度为每分钟150～250转(得到含有琼脂子微球的明胶溶液)，此时琼脂子微球没有达到溶解所需的最低温度，仍保持原有的微球状态；用滴管吸取含有琼脂子微球的明胶溶液滴加到0～10℃的冷大豆油中冷却降温，利用明胶的温度刺激响应性形成外层母微球，静置10～60分钟，得到琼脂/明胶天然高分子母子微球，即得到天然高分子母子微球。
琼脂/明胶天然高分子母子微球的温度分级控制溶解和释放：取琼脂/明胶天然高分子母子微球，放入装有10～20mL蒸馏水的烧杯中，将烧杯置于35～45℃的恒温水浴中20～60分钟，利用明胶的温度刺激响应性，让明胶母微球在蒸馏水中溶解和释放；继续将该恒温水浴升温至85～95℃，恒温水浴中20～60分钟，利用琼脂的温度刺激响应性，让琼脂子微球在蒸馏水中溶解和释放，从而实现琼脂/明胶天然高分子母子微球的温度分级控制溶解和释放。
天然高分子母子微球(琼脂/明胶天然高分子母子微球)的应用，其特征在于，可以将不同种类的药物、纳米材料(例如磁性Fe3O4纳米粒子、纳米银)、生物物质(例如酶和蛋白质)等物质包裹在母子微球中，并实现这些物质的温度分级控制释放，母子微球的温度刺激响应性可以实现这些包裹的物质逐层释放、可控释放；这些特点都使得这种琼脂/明胶天然高分子母子微球在控制释放、靶向药物、药物输送等领域具有十分广泛的应用前景。
本发明的技术原理：琼脂和明胶均为天然高分子材料，具有来源丰富、生物相容性良好、温度响应性、无毒性、生物可降解以及价格低廉等优点。因此，首先利用天然高分子琼脂的温度刺激响应性，采用温度条件控制的方法制备得到琼脂子微球，然后利用天然高分子明胶的温度刺激响应性，采用温度条件控制的方法进一步制备得到一种琼脂/明胶母子微球；该天然高分子母子微球还具有温度分级控制溶解和释放的特点，即在温度条件分级控制下可以先进行外层明胶母球的溶解和释放，再进行内层琼脂子微球的溶解和释放。
本发明的优点在于：原材料来源丰富，制备工艺简单，制备条件温和，易于控制，可重复性好，绿色环保，成本低廉，应用广泛等。该方法制备的琼脂/明胶天然高分子母子微球在靶向药物、温度分级控制释放、医学诊断、药物筛选以及多组分生物检测、微反应器等方面具有广阔的应用前景。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法是利用温度条件控制的方法制备琼脂子微球和琼脂/明胶天然高分子母子微球，是一种简单、方便、新颖、经济的制备母子结构微球的方法。
(2)本发明方法所用的琼脂和明胶为天然高分子材料，具有来源丰富，生物相容性良好，无毒性、生物可降解以及价格低廉等特点，因此所制备的母子球能广泛应用于生物医学领域。
(3)本发明方法是利用温度分级控制制备天然高分子母子微球，制备工艺简单，无需有毒试剂，安全无污染，绿色环保。
(4)本发明方法制备的天然高分子母子微球可以分层包裹不同种类的药物、纳米材料(例如磁性Fe3O4纳米粒子、纳米银)、生物物质(例如酶和蛋白质)等物质；另外，母子微球的温度刺激响应性可以实现这些包裹物质的逐层释放、温度可控释放；这些特点都使得这种琼脂/明胶天然高分子母子微球在生物医药方面具有广阔的应用前景。
(5)本发明方法制备的母子微球具有分层结构，可以有效实现不同物质的分层包裹，并可以对包裹物进行有效分隔，避免了包裹物质间的相互影响和干扰。
(6)本发明方法制备的琼脂/明胶天然高分子母子微球在靶向药物、温度分级控制释放、医学诊断、药物筛选、多组分生物检测等方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的制备过程示意图。
图2是本发明实施例1所制备的琼脂/明胶天然高分子母子微球的照片。
图3是本发明实施例1所制备的琼脂/明胶天然高分子母子微球温度分级控制溶解和释放的照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但下述实施例不应理解为对本发明的限制。
实施例1
一种温度控制制备的具有温度分级释放性能的天然高分子母子微球的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)溶液的配制：将6g琼脂加入75mL蒸馏水中，在90℃的恒温水浴中采用机械搅拌溶解，搅拌速度为每分钟270转，1.5小时后琼脂充分溶解后得到琼脂溶液，继续在90℃的恒温水浴中保温备用；将4g明胶加入到50mL的蒸馏水中，在40℃的恒温水浴中采用机械搅拌溶解，搅拌速度为每分钟270转，1.5小时后明胶充分溶解后得到明胶溶液，继续在40℃的恒温水浴中保温备用；
(2)温度条件控制的方法制备琼脂子微球：将1.5g Span80加入到120mL的大豆油中，在90℃的恒温水浴中采用机械搅拌，搅拌速度为每分钟250转，45分钟后Span80充分分散到大豆油中，然后取上述90℃恒温水浴中保温的3mL的琼脂溶液逐滴加入到上述大豆油中，搅拌15分钟，搅拌速度为每分钟250转，再将得到的混合物迅速倒入300mL冰水中冷却降温，利用琼脂的温度刺激响应性形成琼脂子微球，继续搅拌20分钟，静置45分钟，再用大量蒸馏水清洗4次，得到琼脂子微球，将琼脂子微球放在蒸馏水中保存备用；其中，Span80是脱水山梨醇油酸酯；
(3)温度条件控制的方法制备琼脂/明胶天然高分子母子微球：将得到的琼脂子微球加入到上述40℃恒温水浴中保温的明胶溶液中，采用机械搅拌均匀，搅拌速度为每分钟200转(得到含有琼脂子微球的明胶溶液)，此时琼脂子微球没有达到溶解所需的最低温度，仍保持原有的微球状态；用滴管吸取含有琼脂子微球的明胶溶液滴加到5℃的冷大豆油中冷却降温，利用明胶的温度刺激响应性形成外层母微球，静置30分钟，得到琼脂/明胶天然高分子母子微球，即得到天然高分子母子微球。
琼脂/明胶天然高分子母子微球的温度分级控制溶解和释放：取琼脂/明胶天然高分子母子微球，放入装有15mL蒸馏水的烧杯中，将烧杯置于37℃的恒温水浴中40分钟，利用明胶的温度刺激响应性，让明胶母微球在蒸馏水中溶解和释放；继续将该恒温水浴升温至90℃，恒温水浴中40分钟，利用琼脂的温度刺激响应性，让琼脂子微球在蒸馏水中溶解和释放，从而实现琼脂/明胶天然高分子母子微球的温度分级控制溶解和释放。
图1是本发明的制备过程示意图。具体制备过程和步骤如实施例1所述。
图2是本发明实施例1所制备的琼脂/明胶天然高分子母子微球的照片。为了方便观察琼脂/明胶天然高分子母子微球，在实施例1配制琼脂溶液时，将琼脂加入到蒸馏水中后，同时加入1mL的蓝墨水用以制备带有颜色的染色琼脂子微球，其余操作步骤与本实施例所述方法相同。由图2可以发现，琼脂/明胶天然高分子母子微球外观呈规则的圆球状，内层的子微球分布在母球中，琼脂子微球由于染色呈深蓝色，而明胶母微球的颜色透明，母微球和子微球之间的界面十分清晰，在室温水体系中能够稳定存在。
图3是本发明实施例1所制备的琼脂/明胶天然高分子母子微球温度分级控制溶解和释放的照片。测试方法是：取琼脂/明胶天然高分子母子微球，放入装有15mL蒸馏水的烧杯中，将烧杯置于40℃的恒温水浴中保温40分钟，观察琼脂/明胶天然高分子母子微球的变化情况；然后，继续将该恒温水浴升温至90℃保温40分钟，观察琼脂/明胶天然高分子母子微球的变化情况。图3(a)表示制备的琼脂/明胶天然高分子母子微球的照片。由图3(b)可见，琼脂/明胶天然高分子母子微球在40℃恒温水浴条件下，外层明胶母微球发生了溶解，而内层琼脂子微球继续稳定存在。图3(c)可以看出，在90℃恒温水浴条件下琼脂子微球也发生了溶解。因此，本发明实施例1所制备的天然高分子母子微球(即琼脂/明胶天然高分子母子微球)可以实现温度分级控制溶解和释放，这些特点使得该天然高分子母子微球在控制释放、靶向药物、药物输送等方面具有良好的应用前景。
实施例2
一种温度控制制备的具有温度分级释放性能的天然高分子母子微球的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)溶液的配制：将2g琼脂加入50mL蒸馏水中，在85℃的恒温水浴中采用机械搅拌溶解，搅拌速度为每分钟250转，1小时后琼脂充分溶解后得到琼脂溶液，继续在85℃的恒温水浴中保温备用；将2g明胶加入到20mL的蒸馏水中，在35℃的恒温水浴中采用机械搅拌溶解，搅拌速度为每分钟250转，1小时后明胶充分溶解后得到明胶溶液，继续在35℃的恒温水浴中保温备用；
(2)温度条件控制的方法制备琼脂子微球：将1g Span80加入到100mL的大豆油中，在85℃的恒温水浴中采用机械搅拌，搅拌速度为每分钟230转，0.5小时后Span80充分分散到大豆油中，然后取上述85℃恒温水浴中保温的2mL的琼脂溶液逐滴加入到上述大豆油中，搅拌10分钟，搅拌速度为每分钟230转，再将得到的混合物迅速倒入200mL冰水中冷却降温，利用琼脂的温度刺激响应性形成琼脂子微球，继续搅拌5分钟，静置0.5小时，再用大量蒸馏水清洗3次，得到琼脂子微球，将琼脂子微球放在蒸馏水中保存备用；其中，Span80是脱水山梨醇油酸酯；
(3)温度条件控制的方法制备琼脂/明胶天然高分子母子微球：将得到的琼脂子微球加入到上述35℃恒温水浴中保温的明胶溶液中，采用机械搅拌均匀，搅拌速度为每分钟150转(得到含有琼脂子微球的明胶溶液)，此时琼脂子微球没有达到溶解所需的最低温度，仍保持原有的微球状态。用滴管吸取含有琼脂子微球的明胶溶液滴加到1℃的冷大豆油中冷却降温，利用明胶的温度刺激响应性形成外层母微球，静置10分钟，得到琼脂/明胶天然高分子母子微球，即得到天然高分子母子微球。
琼脂/明胶天然高分子母子微球的温度分级控制溶解和释放：取琼脂/明胶天然高分子母子微球，放入装有10mL蒸馏水的烧杯中，将烧杯置于35℃的恒温水浴中20分钟，利用明胶的温度刺激响应性，让明胶母微球在蒸馏水中溶解和释放；继续将该恒温水浴升温至85℃，恒温水浴中20分钟，利用琼脂的温度刺激响应性，让琼脂子微球在蒸馏水中溶解和释放，从而实现琼脂/明胶天然高分子母子微球的温度分级控制溶解和释放。
采用与实施例1相同的测试方法对本实施例中制备的琼脂/明胶天然高分子母子微球和琼脂/明胶天然高分子母子微球的分级升温溶解和释放进行了观察，结果与实施例1相似。
实施例3
一种温度控制制备的具有温度分级释放性能的天然高分子母子微球的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)溶液的配制：将10g琼脂加入100mL蒸馏水中，在95℃的恒温水浴中采用机械搅拌溶解，搅拌速度为每分钟300转，2小时后琼脂充分溶解后得到琼脂溶液，继续在95℃的恒温水浴中保温备用；将10g明胶加入到100mL的蒸馏水中，在45℃的恒温水浴中采用机械搅拌溶解，搅拌速度为每分钟300转，2小时后明胶充分溶解后得到明胶溶液，继续在45℃的恒温水浴中保温备用；
(2)温度条件控制的方法制备琼脂子微球：将3g Span80加入到200mL的大豆油中，在95℃的恒温水浴中采用机械搅拌，搅拌速度为每分钟270转，1小时后Span80充分分散到大豆油中，然后取上述95℃恒温水浴中保温的20mL的琼脂溶液逐滴加入到上述大豆油中，搅拌30分钟，搅拌速度为每分钟270转，再将得到的混合物迅速倒入400mL冰水中冷却降温，利用琼脂的温度刺激响应性形成琼脂子微球，继续搅拌30分钟，静置1小时，再用大量蒸馏水清洗6次，得到琼脂子微球，将琼脂子微球放在蒸馏水中保存备用；其中，Span80是脱水山梨醇油酸酯；
(3)温度条件控制的方法制备琼脂/明胶天然高分子母子微球：将得到的琼脂子微球加入到上述45℃恒温水浴中保温的明胶溶液中，采用机械搅拌均匀，搅拌速度为每分钟250转(得到含有琼脂子微球的明胶溶液)，此时琼脂子微球没有达到溶解所需的最低温度，仍保持原有的微球状态。用滴管吸取含有琼脂子微球的明胶溶液滴加到10℃的冷大豆油中冷却降温，利用明胶的温度刺激响应性形成外层母微球，静置60分钟，得到琼脂/明胶天然高分子母子微球，即得到天然高分子母子微球。
琼脂/明胶天然高分子母子微球的温度分级控制溶解和释放：取琼脂/明胶天然高分子母子微球，放入装有20mL蒸馏水的烧杯中，将烧杯置于45℃的恒温水浴中60分钟，利用明胶的温度刺激响应性，让明胶母微球在蒸馏水中溶解和释放；继续将该恒温水浴升温至95℃，恒温水浴中60分钟，利用琼脂的温度刺激响应性，让琼脂子微球在蒸馏水中溶解和释放，从而实现琼脂/明胶天然高分子母子微球的温度分级控制溶解和释放。
采用与实施例1相同的测试方法对本实施例中制备的琼脂/明胶天然高分子母子微球和琼脂/明胶天然高分子母子微球的分级升温溶解和释放进行了观察，结果与实施例1相似。
需要说明的是，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种温度控制制备的具有温度分级释放性能的天然高分子母子微球，其特征在于：首先利用天然高分子琼脂的温度刺激响应性，采用温度条件控制的方法制备得到琼脂子微球；然后利用天然高分子明胶的温度刺激响应性，采用温度条件控制的方法进一步制备得到一种天然高分子母子微球。
2.如权利要求1所述的一种温度控制制备的具有温度分级释放性能的天然高分子母子微球的制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：
(1)溶液的配制：将2～10g琼脂加入50～100mL蒸馏水中，在85～95℃的恒温水浴中采用机械搅拌溶解，搅拌速度为每分钟250～300转，1～2小时后琼脂充分溶解后得到琼脂溶液，继续在85～95℃的恒温水浴中保温备用；将2～10g明胶加入到20～100mL的蒸馏水中，在35～45℃的恒温水浴中采用机械搅拌溶解，搅拌速度为每分钟250～300转，1～2小时后明胶充分溶解后得到明胶溶液，继续在35～45℃的恒温水浴中保温备用；
(2)温度条件控制的方法制备琼脂子微球：将1～3g Span80加入到100～200mL的大豆油中，在85～95℃的恒温水浴中采用机械搅拌，搅拌速度为每分钟230～270转，0.5～1小时后Span80充分分散到大豆油中，然后取上述85～95℃恒温水浴中保温的2～20mL的琼脂溶液逐滴加入到上述大豆油中，搅拌10～30分钟，搅拌速度为每分钟230～270转，再将得到的混合物迅速倒入200～400mL冰水中冷却降温，利用琼脂的温度刺激响应性形成琼脂子微球，继续搅拌5～30分钟，静置0.5～1小时，再用蒸馏水清洗3～6次，得到琼脂子微球，将琼脂子微球放在蒸馏水中保存备用；其中，Span80是脱水山梨醇油酸酯；
(3)温度条件控制的方法制备琼脂/明胶天然高分子母子微球：将得到的琼脂子微球加入到上述35～45℃恒温水浴中保温的明胶溶液中，采用机械搅拌均匀，搅拌速度为每分钟150～250转，得到含有琼脂子微球的明胶溶液；用滴管吸取含有琼脂子微球的明胶溶液滴加到0～10℃的冷大豆油中冷却降温，利用明胶的温度刺激响应性形成外层母微球，静置10～60分钟，得到琼脂/明胶天然高分子母子微球，即得到天然高分子母子微球。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104910446B (zh) | 2017-03-08 |
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