CN107096474A - 一种同步实现有机微凝胶的制备和封装材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同步实现有机微凝胶的制备和封装材料的方法，得到的有机微凝胶是一种以多巯基表面活性剂形成的交联膜为壳、载有疏水性材料的凝胶态油相为核的微结构材料，其制备方法为：对含小分子有机胶凝剂和疏水性材料的油相与含多巯基表面活性剂的水相进行高强度的超声辐射，从而同步实现有机微凝胶的制备和对疏水性材料的封装。本发明方法快速简便、高效环保、材料来源广泛，且封装能力强，可广泛适用于多种疏水性材料的负载。此外，有机微凝胶外壳的巯基交联结构、核芯的温控相变结构可以增加被封装材料的稳定性，进一步提升有机微凝胶作为材料运载体的应用价值。

Description

一种同步实现有机微凝胶的制备和封装材料的方法
技术领域
本发明属于化学工业、医药、材料的交叉领域，具体涉及一种同步实现有机微凝胶的制备和封装材料的方法。
背景技术
微结构材料由于具有巨大的装载能力、多变的可修饰性以及广泛的应用领域(医药、生物、食品、化工等)，近几十年一直是科学研究的一个前沿和热点。迄今为止，各式各样的微结构材料(高分子聚合物、胶束、脂质体、微胶囊、微凝胶、微米乳、纳米粒等)都已被开发利用。
其中，有机微凝胶是有机胶凝剂(有机分子或胶体粒子)在一定条件下相互连接形成的一种具有疏水性质的微结构分散体系。与其他的微结构材料相比，有机微凝胶不仅拥有多层次、多尺度的超微结构，还能够发生一定的溶胀和收缩，因此可用于多种材料的运载。目前，基于不同的需求，科研人员已经成功地制备了各式各样的有机微凝胶，并归纳和总结了一些常用的合成方法，比如物理自组装法、单体聚合法、化学交联法、模板辅助法等。同时，有机微凝胶封装材料的方式也多种多样，自组装、化学结合、溶胀、溶剂挥发、透析等方法都能实现有机微凝胶对目标材料的包载。
尽管国内外关于有机微凝胶的报道有很多，将其开发为材料运载体的策略也不胜枚举，然而能同步实现有机微凝胶制备和材料封装的技术并不多见。即使有一些方法在合成有机微凝胶的过程中能够直接地封装目标材料，但是它们大都操作复杂、反应耗时长，而且无法保证产品的稳定性和目标材料的品质。
发明内容
本发明针对现有技术中制备有机微凝胶以及封装目标材料的方法存在操作复杂、反应耗时长、且无法保证产品的稳定性和目标材料的品质等缺点，提出一种同步实现有机微凝胶的制备和封装材料的方法以及通过该方法得到的有机微凝胶。
本发明的具有技术方案如下：
本发明的第一个方面，提供一种同步实现有机微凝胶的制备和封装材料的方法。所述的方法包括：通过对含小分子有机凝胶剂和疏水性材料的油相与含多巯基表面活性剂的水相进行超声辐射，从而形成一种以多巯基表面活性剂交联膜为壳层、载有疏水性材料的凝胶态油相为核芯的微结构材料。
进一步的，具体包括以下步骤：
将小分子有机胶凝剂和疏水性材料分散到油相中，将多巯基表面活性剂分散在水中；按照设定比例取含多巯基表面活性剂的水相与含小分子有机胶凝剂和疏水性材料的油相，然后将其置于水浴中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射；反应结束后，将反应液冷却、离心，并对下层的沉淀进行洗涤，便可得到以多巯基表面活性剂交联膜为壳层、载有疏水性材料的凝胶态油相为核芯的微结构材料。
本发明的步骤中，各个原料的配比和含量对合成载疏水性材料的有机微凝胶具有较重要的影响。因此，筛选优化后的各原料的配比和含量如下所述：
在冷却过程中，溶于油相的小分子有机胶凝剂会发生物理交联，形成一个三维的网络结构，并将载有疏水性材料的油相固定其中。小分子有机胶凝剂的含量往往决定了三维网络结构的稳定性及其相变温度，因此，为了使形成的三维网络结构既稳定牢固又可逆热变，优选的，所述的小分子有机胶凝剂在油相中的含量是5-100mg/mL。
疏水性材料在油相中的含量并没有特别的限定，能够稳定分散即可，但是基于本发明的疏水性材料需要更好地被包载到多巯基表面活性剂交联膜内，并保证微凝胶具有较好的稳定性，因此，优选的，所述的疏水性材料在油相中的含量是1μg/mL-100mg/mL。
处于油/水界面的多巯基表面活性剂能够在声空化作用下发生巯基交联，形成稳定的交联膜，并将油滴封装到交联膜内。然而，多巯基表面活性剂的浓度需适量，经实验验证，过高浓度的多巯基表面活性剂会使微凝胶之间发生粘连现象，进而造成微凝胶的粒径分布不均，而过低浓度的多巯基表面活性剂不能完全地包裹住载有小分子有机胶凝剂和疏水性材料的油相，同样不利于微凝胶的形成。因此，优选的，所述的多巯基表面活性剂在水相中的含量是1-50mg/mL。
油/水体积比、反应温度、超声辐射、冷却温度、离心转速以及洗涤次数都会影响载疏水性材料的有机微凝胶的合成及其粒径范围，因此，筛选优化后的相关条件如下所述：优选的，所述的水相和油相的体积比是2:1-10:1；优选的，所述的水浴的温度是20-60℃；优选的，所述的超声辐射的功率是100-600W/cm2，超声辐射的时间是2-15min；优选的，所述的反应液的冷却温度是5-20℃，离心的转速是1000-5000rpm，洗涤的次数是2-10次。
本发明的第二个方面，提供一种采用上述方法制备得到的有机微凝胶。所述的有机微凝胶呈球形或椭球形，粒径为100nm-10μm，其结构包括壳层和核芯两个部分；所述壳层是由多巯基表面活性剂构筑的交联膜，所述核芯是载有疏水性材料的凝胶态油相。
在本发明中，所述壳层是由多巯基表面活性剂通过巯基交联制成的。所述多巯基表面活性剂包括天然的多巯基蛋白质、多肽，以及合成的多巯基化合物；优选的，所述的天然的多巯基蛋白质、多肽是血红蛋白、牛血清白蛋白、人血清白蛋白、血清磷酸肌酸激酶、卵白蛋白、金属硫蛋白、植物螯合肽；优选的，所述的合成的多巯基化合物是经蛋白质变性剂和还原剂处理后的蛋白质。
在本发明中，所述核芯是由小分子有机凝胶剂、疏水性材料和油相制成的。所述小分子有机胶凝剂是具有疏水胶凝作用的氨基酸衍生物、脂肪酸衍生物、蒽基衍生物、蒽醌衍生物、类固醇衍生物、糖类衍生物、酰胺类衍生物、有机金属化合物；所述疏水性材料是油溶性的染料、药物、生物大分子、磁性材料、纳米材料中的一种或多种；所述油相是动物油、植物油、微生物油脂、矿物油、硅油类、与水不相溶的有机溶剂。
本发明的第三个方面，提供一种有机微凝胶在材料运载中的应用。比如，当负载的疏水性材料为药物时，有机微凝胶可以作为药物传输系统，达到运载和缓释药物的作用；当负载的疏水性材料为磁性材料时，有机微凝胶可以作为磁介导材料，达到靶向和治疗的目的；当负载的疏水性材料为荧光剂或含同位素的物质时，有机微凝胶可以作为示踪因子，达到追踪和标记的目的。
本发明的原理：利用高强度超声波的声空化作用，可以促使油/水界面的多巯基表面活性剂发生巯基交联，形成稳定的交联膜，并将载有小分子有机胶凝剂和疏水性材料的油相封装到交联膜内；同时，溶于油相的小分子有机胶凝剂在冷却过程中会发生物理交联，形成一个三维的网络结构，使载有疏水性材料的油相固定其中。因此，利用本发明方法制备的有机微凝胶，是以多巯基表面活性剂交联膜为壳、载有疏水性材料的凝胶态油相为核的微结构材料。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：
本发明的方法具有过程简单、反应耗时短、操作可控等优点，可以快速高效地制备有机微凝胶；本发明的方法在完成有机微凝胶制备的同时，能够实现对疏水性材料的装载；凡是能稳定分散在油相中的粒子或分子，均能通过本发明方法载入有机微凝胶中，且包载率很高；有机微凝胶壳层的巯基交联结构、核芯的温控相变结构都能提高被封装材料的稳定性。
具体实施方式
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
将N-苄氧羰基-L-缬氨酸正十八烷基胺(50mg)和香豆素-6(20μg)分散到环己烷(10mL)中，将人血清白蛋白(500mg)分散在去离子水(10mL)中；按体积比3:1量取含人血清白蛋白的水相与含N-苄氧羰基-L-缬氨酸正十八烷基胺和香豆素-6的油相，然后将其置于水浴(50℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(200W/cm2，10min)；反应结束后，将反应液冷却(5℃)、离心(2000rpm)，并对下层的沉淀进行洗涤(3次)，最后得到以人血清白蛋白交联膜为壳、载有香豆素-6的氨基酸类有机凝胶为核的微结构材料。在光学显微镜下，有机微凝胶呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得有机微凝胶的平均粒径约为1.4μm；通过紫外-可见光谱仪，测得有机微凝胶对香豆素-6的包载率为65.7％。
实施例2
将12-羟基硬脂酸(100mg)和香豆素-6(20μg)分散到大豆油(10mL)中，将牛血清白蛋白(500mg)分散在去离子水(10mL)中；按体积比3:1量取含牛血清白蛋白的水相与含12-羟基硬脂酸和香豆素-6的油相，然后将其置于水浴(50℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(200W/cm2，10min)；反应结束后，将反应液冷却(5℃)、离心(2000rpm)，并对下层的沉淀进行洗涤(3次)，最后得到以牛血清白蛋白交联膜为壳、载有香豆素-6的脂肪酸类有机凝胶为核的微结构材料。在光学显微镜下，有机微凝胶呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得有机微凝胶的平均粒径约为2.0μm；通过紫外-可见光谱仪，测得有机微凝胶对香豆素-6的包载率为70.4％。
实施例3
将12-羟基硬脂酸(100mg)和油酸改性的磁性γ-Fe2O3纳米粒子(50mg)分散到大豆油(10mL)中，将牛血清白蛋白(500mg)分散在去离子水(100mL)中；按体积比3:1量取含牛血清白蛋白的水相与含12-羟基硬脂酸和磁性γ-Fe2O3纳米粒子的油相，然后将其置于水浴(50℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(200W/cm2，10min)；反应结束后，将反应液冷却(10℃)、离心(1000rpm)，并对下层的沉淀进行洗涤(4次)，最后得到以牛血清白蛋白交联膜为壳、载有磁性γ-Fe2O3纳米粒子的脂肪酸类有机凝胶为核的微结构材料。在光学显微镜下，有机微凝胶呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得有机微凝胶的平均粒径约为2.5μm；通过透射电镜，可观察到有机微凝胶的内部分布着大量的Fe3O4纳米粒子。
实施例4
将12-羟基硬脂酸(100mg)和抗癌药物紫杉醇(5μg)分散到大豆油(10mL)中，将牛血清白蛋白(500mg)分散在去离子水(100mL)中；按体积比5:1量取含牛血清白蛋白的水相与含12-羟基硬脂酸和紫杉醇的油相，然后将其置于水浴(50℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(200W/cm2，10min)；反应结束后，将反应液冷却(10℃)、离心(3000rpm)，并对下层的沉淀进行洗涤(4次)，最后得到以牛血清白蛋白交联膜为壳、载有紫杉醇的脂肪酸类有机凝胶为核的微结构材料。在光学显微镜下，有机微凝胶呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得有机微凝胶的平均粒径约为1.3μm；通过紫外-可见光谱仪，测得有机微凝胶对紫杉醇的包载率为80.2％。
实施例5
将12-羟基硬脂酸(100mg)和紫杉醇(5μg)分散到大豆油(10mL)中，将血红蛋白(500mg)分散在去离子水(100mL)中；按体积比5:1量取含血红蛋白的水相与含12-羟基硬脂酸和紫杉醇的油相，然后将其置于水浴(50℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(200W/cm2，10min)；反应结束后，将反应液冷却(15℃)、离心(3000rpm)，并对下层的沉淀进行洗涤(5次)，最后得到以血红蛋白交联膜为壳、载有紫杉醇的脂肪酸类有机凝胶为核的微结构材料。在光学显微镜下，有机微凝胶呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得有机微凝胶的平均粒径约为1.5μm；通过紫外-可见光谱仪，测得有机微凝胶对紫杉醇的包载率为85.4％。
实施例6
将12-羟基硬脂酸(50mg)和紫杉醇(5μg)分散到金龙鱼油(10mL)中，将牛血清白蛋白(500mg)分散在去离子水(100mL)中；按体积比5:1量取含牛血清白蛋白的水相与含12-羟基硬脂酸和紫杉醇的油相，然后将其置于水浴(30℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(300W/cm2，10min)；反应结束后，将反应液冷却(10℃)、离心(5000rpm)，并对下层的沉淀进行洗涤(5次)，最后得到以牛血清白蛋白交联膜为壳、载有紫杉醇的脂肪酸类有机凝胶为核的微结构材料。在扫描电镜下，有机微凝胶呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得有机微凝胶的平均粒径约为700nm；通过紫外-可见光谱仪，测得有机微凝胶对紫杉醇的包载率为87.3％。
实施例7
将12-羟基硬脂酸(50mg)和紫杉醇(10μg)分散到金龙鱼油(10mL)中，将牛血清白蛋白(100mg)分散在去离子水(100mL)中；按体积比10:1量取含牛血清白蛋白的水相与含12-羟基硬脂酸和紫杉醇的油相，然后将其置于水浴(30℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(400W/cm2，5min)；反应结束后，将反应液冷却(5℃)、离心(5000rpm)，并对下层的沉淀进行洗涤(3次)，最后得到以牛血清白蛋白交联膜为壳、载有紫杉醇的脂肪酸类有机凝胶为核的微结构材料。在扫描电镜下，有机微凝胶呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得有机微凝胶的平均粒径约为500nm；通过紫外-可见光谱仪，测得有机微凝胶对紫杉醇的包载率为79.1％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种同步实现有机微凝胶的制备和封装材料的方法，其特征是，该方法包括：
通过对含小分子有机凝胶剂和疏水性材料的油相与含多巯基表面活性剂的水相进行超声辐射，从而形成一种以多巯基表面活性剂交联膜为壳层、载有疏水性材料的凝胶态油相为核芯的微结构材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，具体包括以下步骤：
将小分子有机胶凝剂和疏水性材料分散到油相中，将多巯基表面活性剂分散在水中；按照设定比例取含多巯基表面活性剂的水相与含小分子有机胶凝剂和疏水性材料的油相，然后将其置于水浴中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射；反应结束后，将反应液冷却、离心，并对下层的沉淀进行洗涤，最后形成以多巯基表面活性剂交联膜为壳层、载有疏水性材料的凝胶态油相为核芯的微结构材料。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述小分子有机胶凝剂是具有疏水胶凝作用的氨基酸衍生物、脂肪酸衍生物、蒽基衍生物、蒽醌衍生物、类固醇衍生物、糖类衍生物、酰胺类衍生物、有机金属化合物；所述疏水性材料是油溶性的染料、药物、生物大分子、磁性材料、纳米材料中的一种或多种；所述油相是动物油、植物油、微生物油脂、矿物油、硅油类、与水不相溶的有机溶剂。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述多巯基表面活性剂包括天然的多巯基蛋白质、多肽，以及合成的多巯基化合物；优选的，所述的天然的多巯基蛋白质、多肽是血红蛋白、牛血清白蛋白、人血清白蛋白、血清磷酸肌酸激酶、卵白蛋白、金属硫蛋白、植物螯合肽；优选的，所述的合成的多巯基化合物是经蛋白质变性剂和还原剂处理后的蛋白质。
5.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述的小分子有机胶凝剂在油相中的含量是5-100mg/mL；所述的疏水性材料在油相中的含量是1μg/mL-100mg/mL；所述的多巯基表面活性剂在水相中的含量是1-50mg/mL。
6.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述的水相和油相的体积比是2:1-10:1；所述的水浴的温度是20-60℃。
7.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述的超声辐射的功率是100-600W/cm2，超声辐射的时间是2-15min。
8.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述的反应液的冷却温度是5-20℃，离心的转速是1000-5000rpm，洗涤的次数是2-10次。
9.采用权利要求1～8任一所述的方法制备得到的有机微凝胶，其特征是，所述的有机微凝胶呈球形或椭球形，粒径为100nm-10μm，其结构包括壳层和核芯两个部分；所述壳层是由多巯基表面活性剂构筑的交联膜，所述核芯是载有疏水性材料的凝胶态油相。
10.权利要求9所述的有机微凝胶在作为材料运载体中的应用。
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