CN106466237A - 乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊及制备方法,制备为:(1)将带正电荷的聚合物溶液和棒状模板乳酸基聚合物微粒混合,得混合液一,离心,除去上清液,清洗,离心,得到第一种微粒;将第一种微粒与带负电荷的聚合物溶液混合,得混合液二,离心,清洗,得到第二种微粒;(2)重复步骤(1);(3)向步骤(2)获得的微粒中加入戊二醛水溶液进行交联,离心,水洗,得到最终微粒;溶解最终微粒内的乳酸基聚合物,水洗得壳层可控的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊。本发明的棒状微囊,可负载生物大分子类药物等功效组份。本发明方法易于控制形状,操作简单,所用材料具有良好的生物相容性、生物可降解性且无免疫原性。
Description
技术领域
本发明属于医药及美容护肤领域,具体地涉及一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊及制备方法及应用。
背景技术
载体的摄取以及内化与其发挥作用或逃避清除系统密切相关,影响其在生物医学领域中的应用。粒子的尺寸、形状、刚性及表面化学修饰均影响载体的生物学特性,合理制备不同理化性质的药物载体至关重要。长径比是载体设计的重要参数,调节长径比可以改善材料的生物分布及肿瘤穿透性。在对多个系统的研究中均发现,长径比影响细胞对载体的内化行为:Yoo等研究发现PLGA球形粒子比椭圆形粒子内化快并且内化数目也高四倍(Yoo,J.W.;Doshi,N.;Mitragotri,S.,Macromol.Rapid Commun.2010,31(2),142-148.)。长径比(AR)约为2.5(60-90nm×160-190nm)的介孔硅棒的细胞内化量大于AR≈1.5(60-80nm×110-130nm)及AR≈4.5(50-70nm×260-300nm)的细胞内化量(Meng,H.;Yang,S.;Li,Z.;Xia,T.;Chen,J.;Ji,Z.;Zhang,H.;Wang,X.;Lin,S.;Huang,C.;Zhou,Z.H.;Zink,J.I.;Nel,A.E.,ACS Nano 2011,5(6),4434-4447.)。刚性对药物载体内化的影响也逐渐受到重视,国家纳米科学中心蒋兴宇组研究表明,刚性越强越容易通过细胞膜,刚性改变影响细胞摄取效率(Sun,J.;Zhang,L.;Wang,J.;Feng,Q.;Liu,D.;Yin,Q.;Xu,D.;Wei,Y.;Ding,B.;Shi,X.;Jiang,X.,Adv.Mater.2015,27(8),1402-1407.)。Samir Mitragotri组研究表明软纳米粒子(10kPa)比硬纳米粒子(3000kPa)有更优的循环特性和更强的靶向效果(Anselmo,A.C.;Zhang,M.;Kumar,S.;Vogus,D.R.;Menegatti,S.;Helgeson,M.E.;Mitragotri,S.,ACS nano,2015,9(3):3169-3177.)。此外,Samir Mitragotri组研究发现粒子的细胞内定位展示出明显的形状、尺寸依赖性,这一发现有利于设计针对细胞质或细胞核的药物载体以实现高效细胞内递送(Kolhar,P.;Mitragotri,S.,Adv.Funct.Mater.2012,22(18),3759-3764.)。以上研究均表明为了更合理的进行药物载体的设计,优化高效、特殊用途载体(长循环、精确定位、高效摄取等)均需要制备具有不同理化性质的药物载体。目前的研究仍处于起步阶段,还有待继续深化、细致研究。
在药物传递系统中,微囊类这种中空结构载体受到了越来越多的关注。层层自组装(Layer-by-layer,LbL)技术是制备微囊类载体最常用的方法。该技术由于其简便易行、适用性强等优势而在中空微囊制备中备受重视。通过改变模板可以用LbL法制备不同尺寸、形状的微囊(Shchepelina,O.;Kozlovskaya,V.;Kharlampieva,E.;Mao,W.;Alexeev,A.;Tsukruk,V.V.,Macromol.Rapid Commun.2010,31(23),2041-2046;Yashchenok,A.;Parakhonskiy,B.;Donatan,S.;Kohler,D.;Skirtach,A.;H.,J.Mater.Chem.B2013,1(9),1223-1228.),此外通过改变组装层数以及壳层材料,可以在其他性质不变的前提下改变微囊的刚性,是制备不同理化性质中空结构的理想方法。然而,目前LbL法制备微囊还主要集中于利用球形模板制备球形微囊,如Hartmann等用碳酸钙球形模板制备不同材料、不同刚性的LbL球形微囊,通过包载的pH敏感荧光染料的颜色变化研究刚性对细胞摄取以及溶酶体酸化过程的影响研究,结果表明柔软的微粒比刚性强的微粒更易进入溶酶体,酸化时间与刚性成正比(Hartmann,R.;Weidenbach,M.;Neubauer,M.;Fery,A.;Parak,W.J.,Angew Chem Int Ed Engl 2015,54(4),1365-1368.)。少数用非球形粒子作为模板,主要集中在无机微粒,如Caruso组用棒状硅颗粒作为模板制备不同长径比的微囊,微囊的长径比与内化速度成负相关,而进入细胞后大多数与溶酶体共定位,微囊长径比只影响内化动力学不影响材料的细胞内命运(Shimoni,O.;Yan,Y.;Wang,Y.;Caruso,F.,ACS Nano2013,7(1),522-530.)。目前常用的模板去除通常需要氢氟酸、盐酸、四氢呋喃等,条件比较苛刻;以某些微球作为模板如聚苯乙烯等,模板残留是必须解决的问题。方法简单普适、模板生物相容性好及形状、刚性可控的微囊及其制备方法还未见报道。
PLGA是一种具有良好生物相容性和生物降解性的医用高分子材料,经美国FDA批准可用作器械和药用辅料。PLGA可以在体内降解,最终代谢产物为CO2和H2O。以PLGA微粒作为制备微囊的模板,不仅可解决模板残留问题,而且去除PLGA模板的过程也相对简便温和,是微囊模板的理想材料。此外,利用乳液溶液挥发法调整制备条件,可以制备不同尺寸的纤维状、棒状微粒(ZL201010291154.2;Li,R.;Li,X.;Liu,L.;Zhou,Z.;Tang,H.;Zhang,Q.,Macromol.Rapid Commun.2010,31(22),1981-1986.),以此为模板用LbL法在温和的条件下制备棒状的聚合物微囊,调整其几何形状及力学性质使其具有更优的生物学功能,更佳的生物医学应用的研究还未见报道。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足,提供一种工艺简单、重现性好,形状可控、通透性可调节的,具有良好生物相容性的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊。
本发明的第二个目的是提供一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊的应用。
本发明的技术方案概述如下:
一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊的制备方法,包括如下步骤:
(1)将浓度为2mg/mL带正电荷的聚合物溶液和棒状模板乳酸基聚合物微粒混合,得混合液一,使棒状模板乳酸基聚合物微粒在混合液一中的浓度为106-109/mL;所述带正电荷的聚合物溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30-120min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第一种微粒;将第一种微粒与浓度为2mg/mL的带负电荷的聚合物溶液混合,得混合液二,混合液二的体积与混合液一的体积相等,所述带负电荷的聚合物溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30-120min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第二种微粒;
(2)重复步骤(1)1-15正整数次;
(3)向步骤(2)获得的微粒中加入戊二醛水溶液进行交联,离心,水洗,得到最终微粒;溶解最终微粒内部的乳酸基聚合物,再水洗得到壳层可控的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊。
乳酸基聚合物为分子量5,000-50,000的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、分子量为5,000-50,000的聚乳酸(PLA)或分子量为5,000-50,000的左旋聚乳酸(PLLA)。
带正电荷的聚合物为分子量15,000-900,000的聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)或FITC标记的聚烯丙基胺盐酸盐(FITC标记的PAH),其中PAH的分子量为15,000-900,000。
带负电荷的聚合物为分子量70,000-1,000,000的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)。
上述方法制备的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊。
乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊在制备载功效组份微囊中的应用。
本发明的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊是一种中空微囊,可负载生物大分子类药物等功效组份。以乳酸基聚合物微粒作为制备棒状微囊的模板,不仅可解决模板残留问题,而且去除乳酸基聚合物模板的过程也相对简便温和。本发明的方法易于通过控制尺寸、形状等调节其生物性能,操作简单,制备工艺普适性强,适合于规模化生产,所用材料具有良好的生物相容性、生物可降解性且无免疫原性。本发明适合在功效组份载体、靶向递送及美容护肤领域中应用。
附图说明
图1为实施例1用不同分子量PLGA制备的棒状微粒的扫描电镜照片.(a)50K;(b)10K;(c)5K。
图2为实施例2用不同分子量PLA制备的棒状微粒的扫描电镜照片.(a)50K;(b)10K;(c)5K。
图3为实施例2用不同分子量PLLA制备的棒状微粒的扫描电镜照片.(a)50K;(b)10K;(c)5K。
图4为实施例3用PLGA棒状微粒制备的不同层数微囊的扫描电镜照片.(a)N-(PAH/PSS)2;(b)N-(PAH/PSS)4;(c)N-(PAH/PSS)8;(d)N-(PAH/PSS)16。
图5为实施例4用PLLA棒状微粒为模板制备的棒状微囊.(a-c)分别为N-(PAH/PSS)3,N-(PAH/PSS)4,N-(PAH/PSS)5的透射电镜照片,(d)N-(PAH/PSS)5的光镜照片。
图6为实施例7中包载500kDa葡聚糖(a)及250kDa葡聚糖(b)的棒状微囊的激光共聚焦图片。
图7为实施例9中RAW264.7细胞对不同层数棒状微囊的摄取情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明,本发明的实施例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明,但并不对本发明作任何限制。
各实施例中的聚合物的分子量,均为重均分子量。
实施例1
棒状模板分子量50,000的PLGA微粒的制备:
称取聚乳酸-羟基乙酸共聚物(50:50,分子量5万)50mg,加入到10mL的二氯甲烷中溶解;
将0.736g多聚磷酸钠(STP),加入到50mL质量浓度为0.5%PVA(聚合度550-650,醇解度88%)水溶液中搅拌至溶解;
将10mLPLGA的二氯甲烷溶液与50mL含有STP的PVA溶液混合,800rpm搅拌两小时,8,000rpm离心,水洗,得到棒状微粒悬液。将上述PLGA微粒悬液滴在硅片上自然干燥。
棒状模板分子量5,000的PLGA微粒的制备:
原料采用:聚乳酸-羟基乙酸共聚物(50:50,分子量5,000)其它步骤同棒状模板分子量50,000的PLGA微粒的制备。
棒状模板分子量10,000的PLGA微粒的制备:
原料采用:聚乳酸-羟基乙酸共聚物(50:50,分子量1万)其它步骤同棒状模板分子量50,000的PLGA微粒的制备。
扫描电镜下拍照,见图1。
实施例2
棒状模板分子量50,000的PLA微粒的制备:
称取聚乳酸(分子量5万)50mg,加入到10mL的二氯甲烷中溶解;
将0.736g多聚磷酸钠(STP),加入到50mL质量浓度为0.5%PVA(聚合度550-650,醇解度88%)水溶液中搅拌至溶解。
将10mLPLA的二氯甲烷溶液与50mL含有STP的PVA溶液混合,800rpm搅拌两小时,8,000rpm离心,水洗,得到棒状微粒悬液。将上述PLA微粒悬液滴在硅片上自然干燥。
棒状模板分子量5,000的PLA微粒的制备:原料采用:聚乳酸(分子量5,000),其它步骤同棒状模板分子量50,000的PLA微粒的制备。
棒状模板分子量10,000的PLA微粒的制备:原料采用:聚乳酸(分子量1万),其它步骤同棒状模板分子量50,000的PLA微粒的制备。
扫描电镜下拍照,见图2。
棒状模板分子量50,000、10,000、5,000的PLLA微粒的制备,参见棒状模板PLA微粒的制备。扫描电镜下拍照,见图3。
上述棒状模板乳酸基聚合物微粒的制备实施例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明,但并不对本发明作任何限制,用其它方法制备的上述微粒都可以用于本发明。
实施例3
一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊的制备方法,包括如下步骤:
将浓度为2mg/mL PAH(分子量17,500)溶液和棒状模板PLGA微粒(分子量5,000)混合,得混合液一,使棒状模板微粒在混合液一中的浓度为108/mL;所述PAH溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第一种微粒;将第一种微粒与浓度为2mg/mL的PSS(分子量80,000)溶液混合,得混合液二,混合液二的体积与混合液一的体积相等,所述PSS溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第二种微粒;
(2)重复步骤(1)1次;
(3)向步骤(2)获得的微粒中加入质量浓度2%戊二醛水溶液进行交联,离心,水洗,得到最终微粒;用体积比为1:1的丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合液溶解最终微粒内部的PLGA,再水洗得到壳层可控的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊。
质量浓度2%戊二醛水溶液与步骤(1)中的混合液一的体积比为1:1。
本实施例步骤(2)中重复的次数用3、7、15次替代本实施例的1次,其它同本实施例,制备壳层可控的棒状微囊悬液。
将上述壳层可控的棒状微囊悬液滴在硅片上自然干燥,扫描电镜下拍照,见图4。
图4中的(a)N-(PAH/PSS)2为步骤(2)重复1次;
(b)N-(PAH/PSS)4为步骤(2)重复3次;
(c)N-(PAH/PSS)8为步骤(2)重复7次;
(d)N-(PAH/PSS)16为步骤(2)重复15次。
实施例4
一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊的制备方法,包括如下步骤:
将浓度为2mg/mL PAH(分子量15,000)溶液和棒状模板PLLA微粒(分子量10,000)混合,得混合液一,使棒状模板微粒在混合液一中的浓度为106/mL;所述PAH溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合120min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第一种微粒;将第一种微粒与浓度为2mg/mL的PSS(分子量70,000)溶液混合,得混合液二,混合液二的体积与混合液一的体积相等,所述PSS溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合120min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第二种微粒;
(2)重复步骤(1)2次;
(3)向步骤(2)获得的微粒中加入质量浓度2%戊二醛水溶液进行交联,离心,水洗,得到最终微粒;用体积比为1:1的丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合液溶解最终微粒内部的PLLA,再水洗得到壳层可控的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊悬液。
质量浓度2%戊二醛水溶液与步骤(1)中的混合液一的体积比为1:1。
本实施例步骤(2)中重复的次数用3、4次替代本实施例的2次,其它同本实施例,制备壳层可控的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊悬液。
将上述壳层可控的棒状微囊悬液滴在硅片上自然干燥,扫描电镜下拍照,见图5。
本实施例利用带相反电荷的聚合物交替沉积于PLGA和PLA上,溶解模板最终形成微囊,因此其他尺度的PLGA、PLA微粒,例如:在分子量为5000-50000的任意微粒同样可以作为模板制备不同尺寸的棒状微囊。
实施例5
一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊的制备方法,包括如下步骤:
(1)将浓度为2mg/mL PAH(分子量17,500)溶液和棒状模板PLGA微粒(分子量5,000)混合,得混合液一,使棒状模板微粒在混合液一中的浓度为108/mL;所述PAH溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第一种微粒;将第一种微粒与浓度为2mg/mL的PSS(分子量1,000,000)溶液混合,得混合液二,混合液二的体积与混合液一的体积相等,所述PSS溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第二种微粒;
(2)重复步骤(1)1次;
(3)向步骤(2)获得的微粒中加入质量浓度2%戊二醛水溶液进行交联,离心,水洗,得到最终微粒;用体积比为1:1的丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合液溶解最终微粒内部的PLGA,再水洗得到壳层可控的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊。
质量浓度2%戊二醛水溶液与步骤(1)中的混合液一的体积比为1:1。
实施例6
一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊的制备方法,包括如下步骤:
(1)将浓度为2mg/mL PAH(分子量900,000)溶液和棒状模板PLGA微粒(分子量5,000)混合,得混合液一,使棒状模板微粒在混合液一中的浓度为108/mL;所述PAH溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第一种微粒;将第一种微粒与浓度为2mg/mL的PSS(分子量80,000)溶液混合,得混合液二,混合液二的体积与混合液一的体积相等,所述PSS溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第二种微粒;
(2)重复步骤(1)1次;
(3)向步骤(2)获得的微粒中加入质量浓度2%戊二醛水溶液进行交联,离心,水洗,得到最终微粒;用体积比为1:1的丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合液溶解最终微粒内部的PLGA,再水洗得到壳层可控的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊。
质量浓度2%戊二醛水溶液与步骤(1)中的混合液一的体积比为1:1。
实施例7
一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊在制备载药棒状微囊中的应用
将实施例3中制备的棒状微囊(N-(PAH/PSS)8)置于pH=10的500kDa葡聚糖水溶液(2mg/mL)中,共混1小时,再将pH调至7,离心水洗,激光共聚焦显微镜观察(图6a)。
将实施例3中制备的棒状微囊(N-(PAH/PSS)8)置于pH=4的250kDa葡聚糖水溶液(2mg/mL)中,共混1小时,再将pH调至7,离心水洗,激光共聚焦显微镜观察(图6b)。
由于本领域公知,模型药葡聚糖是多糖的代表,葡聚糖能包载于棒状微囊中,因此,其他多糖也能包载于棒状微囊中。
实施例8
一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊的制备方法,包括如下步骤:
(1)将浓度为2mg/mL PAH(分子量17,500)溶液和棒状模板分子量5,000的PLGA微粒混合,得混合液一,使棒状模板微粒在混合液一中的浓度为108/mL;所述PAH溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第一种微粒;将第一种微粒与浓度为2mg/mL的PSS(分子量80,000)溶液混合,得混合液二,混合液二的体积与混合液一的体积相等,所述PSS溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第二种微粒;
(2)用FITC-PAH(分子量15,000)替代步骤(1)中的PAH,其它同步骤(1);
(3)向步骤(2)获得的微粒中加入质量浓度2%戊二醛水溶液进行交联,离心,水洗,得到最终微粒;用体积比为1:1的丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合液溶解最终微粒内部的PLGA,再水洗得到壳层可控的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊,用N-(PAH/PSS)(FITC-PAH/PSS)表示(简称a)
质量浓度2%戊二醛水溶液与步骤(1)中的混合液一的体积比为1:1。
步骤(2)为在本实施例步骤(2)之后再重复步骤(1)2次、4次,替代本实施例的步骤(2),其它其它同本实施例,制备壳层可控的棒状微囊悬液分别用
N-(PAH/PSS)(FITC-PAH/PSS)(PAH/PSS)2(简称b)
N-(PAH/PSS)(FITC-PAH/PSS)(PAH/PSS)4(简称c)
实施例9
一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊在调节细胞摄取中的应用
将实施例8制备的(N-(PAH/PSS)(FITC-PAH/PSS)、N-(PAH/PSS)(FITC-PAH/PSS)(PAH/PSS)2和N-(PAH/PSS)(FITC-PAH/PSS)(PAH/PSS)4),分别与RAW264.7细胞共孵育1h,细胞与微囊的个数比例为1:5,PBS洗两次,加胰酶消化,吹打成单细胞悬液,流式细胞术检测FITC阳性细胞比例(图7),随着层数的增多,阳性细胞增加,推测微囊的厚度可以调节细胞摄取,以LbL法改变微囊的层数进而调节细胞的摄取行为,这类微囊类载体在生物医药领域有潜在的应用价值。
Claims (6)
1.一种乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)将浓度为2mg/mL带正电荷的聚合物溶液和棒状模板乳酸基聚合物微粒混合,得混合液一,使棒状模板乳酸基聚合物微粒在混合液一中的浓度为106-109/mL;所述带正电荷的聚合物溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30-120min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第一种微粒;将第一种微粒与浓度为2mg/mL的带负电荷的聚合物溶液混合,得混合液二,混合液二的体积与混合液一的体积相等,所述带负电荷的聚合物溶液的溶剂为0.5M的NaCl水溶液;旋转混合30-120min,离心,除去上清液,0.5M的NaCl水溶液洗,离心,得到第二种微粒;
(2)重复步骤(1)1-15正整数次;
(3)向步骤(2)获得的微粒中加入戊二醛水溶液进行交联,离心,水洗,得到最终微粒;溶解最终微粒内部的乳酸基聚合物,再水洗得到壳层可控的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述乳酸基聚合物为分子量5,000-50,000的聚乳酸-羟基乙酸共聚物、分子量为5,000-50,000的聚乳酸或分子量为5,000-50,000的左旋聚乳酸。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述带正电荷的聚合物为分子量15,000-900,000的聚烯丙基胺盐酸盐或FITC标记的聚烯丙基胺盐酸盐。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述带负电荷的聚合物为分子量70,000-1,000,000的聚苯乙烯磺酸钠。
5.权利要求1、2、3或4的方法制备的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊。
6.权利要求5的乳酸基聚合物微粒为模板的棒状微囊在制备载功效组份微囊中的应用。
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