CN107998978A - 一种磁性脂质体囊泡的组成、制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性脂质体囊泡的组成、制备和应用，属于乳化剂制备技术领域。本发明通过磁性Fe₃O₄纳米粒子诱导共轭亚油酸(CLA)自组装成磁性囊泡，然后使CLA@Fe₃O₄双层膜中的CLA分子发生自交联，得到稳定的SCLA@Fe₃O₄(自交联共轭亚油酸)磁性囊泡。所制备的磁性脂质体囊泡粒径不超过25nm，可用于制备pH/磁双响应性Pickering乳液，内相体积可高达92％。本发明所用材料生物相容性好，过程简单、原料易得、粒子的大小和形貌容易控制。

Description

一种磁性脂质体囊泡的组成、制备和应用

技术领域

本发明涉及一种磁性脂质体囊泡的组成、制备和应用，尤其涉及一种用于稳定Pickering乳液的磁性脂质体囊泡的组成、制备和应用，属于乳化剂制备技术领域。

背景技术

油类液体燃料和有机溶剂的储存和运输存在意外泄漏和火灾的隐患，如果事故发生会对生态系统、环境，甚至人类健康造成严重和不可恢复的损害。安全储存和运输油的方法之一是将油转变成水包油乳液，而后在目的地或使用前破乳。将油和少量水混合并用颗粒乳化剂乳化制备成稳定的O/W型Pickering乳液无疑是一个好的选择。磁性囊泡，即将具有生物相容性的磁性纳米颗粒和囊泡组合已经被广泛应用于医学成像、治疗、药物输送、体外细胞分离以及石油工业中的地下储层成像，是一种潜在的颗粒乳化剂。

目前，用磁性囊泡作为颗粒乳化剂来稳定Pickering乳液的报道尚不多见，但用聚合物稳定Pickering乳液的报道不少。例如用马来酸酐(MA)、苯乙烯(St)、₄-甲基-7-羟基香豆素的醚化产物(CS)和对氯甲基苯乙烯通过自由基共聚合成了双亲性交替(-alt-)共聚物P(St/CS-alt-MA)，在选择性溶剂中自组装得到球形胶体粒子后，在紫外光辐照下引发光交联反应，使胶体粒子固定化，再将该胶体粒子作为乳化剂乳化甲苯等，可得到稳定的O/W型Pickering乳液。

磁性囊泡的制备已经有不少报道。例如，Fan利用阳离子表面活性剂双十八烷基二甲基氯化铵修饰磁性多金属氧酸盐Co₄P₂W₁₈和Mo₇₂Fe₃₀，获得磁性无机/有机混合囊泡，该磁性囊泡能够响应于外部磁场。上述金属氧酸盐合成困难，而Fe₃O₄作为一种生物相容性和超顺磁性的纳米粒子，合成方法成熟，已被广泛报道。油酸常被用作稳定剂来修饰Fe₃O₄，但是单层油酸修饰的Fe₃O₄不能溶解在水中，限制了应用，因此往往需要双层修饰。但是在双层油酸包覆的Fe₃O₄纳米粒子中，由于第二层油酸是通过碳链的疏水作用物理吸附上去的，容易脱附。如果用油酸和十一烯酸修饰Fe₃O₄，在外加交联剂的情况下引发其聚合，由于交联剂参与了共聚，聚合后粒子粒径从12nm变为120nm。

用磁性Fe₃O₄-SiO₂复合粒子表面接枝聚合物来制备乳化剂，如将温敏性聚合物PNIPAM接枝在Fe₃O₄-SiO₂粒子表面，获得乳液后可以在磁场作用下破乳。由磁场强度控制Pickering乳液体系的主要优点是有低侵入性、易于实施和可控。然而文献所报道的合成方法复杂，步骤冗长，费时且很难控制粒子的大小和形貌。

除了上述温度响应Pickering乳液，pH响应Pickering乳液也是最简单和最容易实施的刺激响应系统之一；通过简单的调节体系的pH，改变pH响应性基团的质子化或去质子化状态来改变颗粒的表面性能进而控制乳液乳化-破乳。以嵌段共聚物聚环氧乙烷-b-聚甲基丙烯酸单甘油酯-b-聚二甲胺乙基甲基丙烯酸酯(PEO-b-PGMA-b-PDEA)为例，将其中的PGMA链段再通过丁二酸酐(SA)改性就得到PEO-b-PSAGMA-b-PDEA，该聚合物能在pH9水溶液中自组装形成平均粒径21nm的胶束。该交联后的胶束能在pH8-9稳定O/W的乳液，酸化后乳液迅速聚集；这也是首次报道的自组装胶束作为颗粒乳化剂的研究。

虽然pH刺激响应体系简单多样且研究较深入，但是依然遇到一些限制因素制约了其应用。例如以上文献报道的自组装体需要精心设计，最终导致经济成本变高。

而另一方面，多重刺激的组合可以拓宽体系可控的范围或提高精度，因此过去的十年中，多重刺激响应性Pickering乳液受到较多关注。通过将Fe₃O₄纳米粒子和P(NIPAM-CO-MAA)凝胶结合稳定O/W乳液，向乳液施加静态磁场能使稳定的油滴与连续水相分离而不会引起乳液聚结，施加高频磁场引起Pickering乳液的温度升高，导致乳化剂变得不稳定并从界面分离，从而导致相分离。

以上这些磁性粒子乳化剂中的聚合物都是合成高分子，其生物相容性远不及脂质体材料如油酸等；而如前所述，油酸等脂质体的乳化性能并不好而且磁性油酸囊泡自身也不稳定。

因此，需要提供一种简单、易得、容易控制粒子的大小和形貌的方法来制备用于稳定Pickering乳液的磁性脂质体囊泡。

发明内容

本发明提供了一种用于稳定Pickering乳液的磁性脂质体囊泡的组成、制备和应用，所用材料生物相容性好，过程简单、原料易得、容易控制粒子的大小和形貌。所制备的SCLA@Fe₃O₄磁性囊泡粒子粒径不大于25nm，基本保持不变为10nm左右，可用于制备稳定的pH/磁双响应性Pickering乳液，其内相体积分数最高可达92％。在pH和磁的刺激下，简单实现油水的分离和粒子的回收利用。同一批乳化剂能够在不改变乳液粒径大小及分离效果的情况下，至少能循环使用4次。由于油相含量高，粘度大，将有利于易燃、易爆、异味的危险油品安全运输。

其工作原理是：通过磁性Fe₃O₄纳米粒子诱导共轭亚油酸(CLA)自组装成磁性囊泡，然后通过热聚合法引发CLA@Fe₃O₄双层膜中的CLA分子发生自交联反应，将外层物理吸附的CLA化学绑定，最终得到稳定的SCLA@Fe₃O₄(自交联共轭亚油酸)磁性囊泡。

具体地，本发明采用的技术方案如下：

(1)制备磁性共轭亚油酸囊泡(CLA@Fe₃O₄)：70-90℃水浴中，将Fe₃O₄纳米粒子加入装有超纯水的玻璃容器中，超声分散溶液，调节溶液pH至6.5-9，通氮搅拌下缓慢滴加共轭亚油酸钠水溶液；0.5-3h后，冷却到室温，调节溶液至pH 5，并用磁铁置于玻璃容器底部吸附粒子，用磁倾析法移去上层液体，并用超纯水洗涤粒子至水相pH不改变后，将所得粒子置于真空干燥箱内45℃烘干，得到磁性共轭亚油酸囊泡CLA@Fe₃O₄；

(2)制备磁性自交联共轭亚油酸囊泡(SCLA@Fe₃O₄)：将引发剂APS水溶液加入到CLA@Fe₃O₄囊泡缓冲液中，通氮搅拌下于70-90℃水浴中反应，得到SCLA@Fe₃O₄囊泡溶液。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)水浴冷却到室温，用0.1mol/L的盐酸水溶液调节溶液至pH 5。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)制备磁性共轭亚油酸囊泡时，Fe₃O₄纳米粒子和共轭亚油酸钠的质量比为1：1-3。共轭亚油酸钠水溶液浓度不超过20wt.％。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)制备磁性自交联共轭亚油酸囊泡时，所述CLA@Fe₃O₄囊泡缓冲液的pH为8.5-12，缓冲液的浓度为0.005-0.05mol/L。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)制备磁性自交联共轭亚油酸囊泡时，所述引发剂APS的加入量为单体(共轭亚油酸)质量的2％-9％。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)制备磁性自交联共轭亚油酸囊泡时，所述反应时间为50-600min。

本发明提供的一种用于稳定Pickering乳液的磁性脂质体囊泡，所用材料生物相容性好，过程简单、原料易得、容易控制粒子的大小和形貌，可重复使用。所制备的SCLA@Fe₃O₄磁性囊泡粒径基本保持不变为10nm左右，不高于25nm，可用于制备pH/磁双响应性内相最高达92％的Pickering乳液。所得到的Pickering乳液，可以在pH和磁的刺激下，简单实现油水的分离和粒子的回收利用。同一批乳化剂能够在不改变乳液粒径大小及分离效果的情况下，至少能循环4次；将有利于易燃、易爆、异味的危险油品安全运输。

附图说明

图1是Fe₃O₄纳米粒子和磁性共轭亚油酸囊泡CLA@Fe₃O₄的RT-TEM图(A)Fe₃O₄，(B)CLA@Fe₃O₄。

图2是磁性共轭亚油酸囊泡CLA@Fe₃O₄的FTIR图。

图3是磁性共轭亚油酸囊泡CLA@Fe₃O₄和纳米粒子Fe₃O₄的TGA曲线，(a)CLA@Fe₃O₄，(b)Fe₃O₄。

图4是Fe₃O₄纳米粒子和磁性共轭亚油酸囊泡CLA@Fe₃O₄的XRD图，(a)CLA@Fe₃O₄，(b)Fe₃O₄。

图5(A)是磁性共轭亚油酸囊泡CLA@Fe₃O₄和磁性自交联共轭亚油酸囊泡SCLA@Fe₃O₄的紫外光谱图，(B)是SCLA@Fe₃O₄的RT-TEM图。

图6是磁性自交联共轭亚油酸囊泡SCLA@Fe₃O₄稳定的pH/磁双响应性Pickering乳液示意图。

图7是磁性自交联共轭亚油酸囊泡SCLA@Fe₃O₄循环乳化4次的外观和乳液显微镜照片。

具体实施方式

以下实施例中所用的共轭亚油酸原料由大连医诺生物技术有限公司提供。

磁性囊泡的形态和大小通过RT-TEM表征：将1wt％CLA@Fe₃O₄分散于10倍体积的pH10硼砂-氢氧化钠缓冲液中，滴在铜网上，用滤纸吸去多余溶液，自然干燥后用TEM表征(200kV)。通过TGA确定CLA的包覆率。在氮气氛围下，50-600℃范围内，升温速度为20℃/min。通过FTIR确定CLA双层结构，样品与KBr粉末研细后压片进行测试。通过XRD测定粒子的晶体结构，使用Cu靶，采集范围5-90°，扫描速率4°/min。

将自交联前后的共轭亚油酸囊泡溶液用pH 10缓冲液稀释至0.06mmol·L^-1，再用紫外可见分光光度计测其UV光谱，通过234nm处的吸收峰判断其自交联。

实施例一：Fe₃O₄纳米粒子的制备

将0.12mol的FeCl₃·6H₂O及0.06mol的FeSO₄·7H₂O溶解在置有1000mL超纯水的四口烧瓶中。氮气氛围下剧烈搅拌，70℃下快速加入100mL25％浓氨水，搅拌20min后取出沉淀的固体颗粒，冷却到室温，并用水洗涤至中性，得到Fe₃O₄纳米粒子。将1wt％纳米粒子分散于10倍体积的pH 10缓冲液(硼砂-氢氧化钠)中，滴在铜网上，用滤纸吸去多余溶液，自然干燥后用TEM表征(200kV)。参见说明书附图1(A)Fe₃O₄的RT-TEM图。

实施例二：制备磁性共轭亚油酸囊泡CLA@Fe₃O₄

80℃水浴中，将1.2克Fe₃O₄纳米粒子加入含有100mL超纯水的烧瓶中，超声分散溶液，用0.1mol/L的盐酸水溶液调节溶液pH至pH7，通氮搅拌下向烧瓶中缓慢滴加10mL 17％的共轭亚油酸钠水溶液。1h后将烧瓶移出水浴并冷却到室温，调节pH约为5，并用磁铁置于烧瓶底部吸附磁性囊泡，用磁倾析法移去上层液体，并用超纯水洗涤磁性囊泡多次后，将所得磁性囊泡置于真空干燥箱内45℃烘干，得到磁性共轭亚油酸粒子(CLA@Fe₃O₄)。

磁性共轭亚油酸囊泡粒子CLA@Fe₃O₄粒子的形态和大小通过RT-TEM表征，参见说明书附图1(B)CLA@Fe₃O₄粒子的RT-TEM图；磁性共轭亚油酸囊泡粒子CLA@Fe₃O₄的组成以FTIR和TGA表征，其晶体结构以XRD表征(说明书附图2-4)：以FTIR确定双层CLA结构：样品与KBr粉末研细后压片进行测试。

附图2中575cm^-1处对应于Fe-O特征吸收峰，2935cm^-1及2842cm^-1处为CLA分子中-CH₂的反对称和对称伸缩振动峰，1710cm^-1对应于外层CLA分子中的C＝O吸收峰，1540和1407cm^-1处为内层-COO^-的对称和反对称伸缩振动峰，表明羧基和Fe₃O₄表面产生了化学作用。外层CLA分子通过和内层CLA分子间的疏水尾链相互作用结合，带负电的-COO^-基团因为粒子间亲水作用和静电斥力朝外。如果是单层吸附，磁性纳米粒子会疏水且在反应过程中会沉淀，这与实验现象不符。因此，本发明合成的CLA@Fe₃O₄存在第一层化学吸附，第二层物理吸附。

以TGA确定双层CLA结构：在氮气氛围下，50-600℃范围内，升温速度为20℃/min。如附图3所示，当Fe₃O₄和SCL的质量比为1:1时，失重量正好为50％。而当其质量比为1：10时失重量只达到64％，说明SCL的饱和吸附量为Fe₃O₄质量的2倍，即CLA@Fe₃O₄中Fe₃O₄和SCL的质量比为1:2。

磁性共轭亚油酸囊泡CLA@Fe₃O₄的晶体结构通过XRD测定：Cu靶，采集范围5-90°，扫描速率4°/min。说明书附图4表明，CLA@Fe₃O₄的特征峰2θ＝30°，35°，43°，57°，62.5°，分别对应Fe₃O₄结晶峰(220)，(311)，(400)，(511)及(440)，与Fe₃O₄粒子特征峰一致(图中b)，说明封装过程没有破坏Fe₃O₄的结晶峰。

实施例三：磁性自交联共轭亚油酸囊泡SCLA@Fe₃O₄的制备

将实施例二中所得0.1g CLA@Fe₃O₄囊泡分散在10mLpH10的0.015M磷酸盐缓冲液中，加入25mL三口烧瓶中，将单体质量的7％的APS水溶液加入烧瓶中，通氮搅拌下于80℃水浴中反应7h，得到SCLA@Fe₃O₄囊泡溶液。用紫外可见分光光度计分别测定自交联前后溶液在234nm处的吸光度A234，对比它们的变化判断其自交联。参见说明书附图5(A)CLA@Fe₃O₄自交联前后的紫外光谱图，(B)SCLA@Fe₃O₄的RT-TEM图。

实施例四：用磁性自交联共轭亚油酸囊泡稳定pH/磁双响应性Pickering乳液的示例

图示见说明书附图6，图6是以液体石蜡为模型油，乳化、破乳、油水分离、及粒子回收四个步骤组成的完整示例图。具体步骤如下：

成乳：室温下，将6mL用实施例3中所得SCLA@Fe₃O₄的悬浮液(1wt％，pH10)和34mL的液体石蜡在12000rpm下均质2min，即得到Pickering乳液(图6C)，乳液油相体积分数为85％。所得乳液在5-40℃下放置6个月尚未破乳。由于油相含量高，粘度大，将有利于易燃、易爆、异味的危险油品安全运输。

pH/磁双响应破乳：用1m°l·L^-1盐酸调节体系pH至5，乳液迅速破乳。同时施加外部磁场，SCLA@Fe₃O₄粒子立刻转移到小瓶壁上，通过倾析分离出上层油。

由图6可见，所分离出的油是无色透明的，没有残留的SCLA@Fe₃O₄粒子。最后，将收集到的SCLA@Fe₃O₄粒子重新分散在pH 10的水溶液中，参与第二轮的油水分离及重复利用，即在pH/磁双刺激响应下完成油的分离回收和乳化剂的再利用。在不改变SCLA@Fe₃O₄粒子形态和油的分离效率情况下，该回收程序至少能循环利用4次。

图7为重复使用SCLA@Fe₃O₄粒子乳化剂所得的4批乳液。由图可见，4次循环后的乳液粒径基本不变，这也说明了SCLA@Fe₃O₄粒子稳定性好，第二层的CLA分子在均质过程中不会脱附，可回收性高。

对照例1：图6A：只施加静磁场，乳液不会在磁铁的作用下移动，也不会破乳。

对照例2：图6B：只通过调节体系的pH使其破乳，不施加静磁场，则破乳后的体系中的SCLA@Fe₃O₄粒子无法分离，不利于其循环利用。

实施例五：用SCLA@Fe₃O₄稳定菜籽油为油相的pH/磁双响应性Pickering乳液的示例

将实施例二中所得0.1g CLA@Fe₃O₄囊泡分散在10mLpH9的0.01mol·L^-1磷酸盐缓冲液中，加入25mL三口烧瓶中，将单体质量的5％的APS水溶液加入烧瓶中，通氮搅拌下于85℃水浴中反应100min，得到SCLA@Fe₃O₄囊泡溶液。

成乳：室温下，将4mL上述SCLA@Fe₃O₄的悬浮液(1wt％，pH9)和46mL的菜籽油在12000rpm下均质2min，即得到Pickering乳液，乳液油相体积分数为92％。所得乳液在5-40℃下放置3个月尚未破乳。

pH/磁双响应破乳：用1mol·L^-1盐酸调节体系pH至5，乳液迅速破乳。同时施加外部磁场，SCLA@Fe₃O₄粒子立刻转移到小瓶壁上，通过倾析分离出上层油。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种磁性脂质体囊泡，其特征在于，是以脂质体共轭亚油酸(CLA)为囊材，由水相Fe₃O₄驱动自组装磁性共轭亚油酸囊泡，再使囊泡中的共轭亚油酸自交联后获得的双层脂质体的磁性囊泡。

2.根据权利要求1所述的一种磁性脂质体囊泡，其特征在于，其粒径不大于25nm，具有外部磁场及pH双重刺激响应性，可作为乳化剂用于制备Pickering乳液。

3.制备权利要求1或2所述的磁性脂质体囊泡的方法，其特征在于，其制备包括以下步骤：

(1)制备磁性共轭亚油酸囊泡(CLA@Fe₃O₄):70-90℃水浴中，将Fe₃O₄纳米粒子加入含有超纯水的烧瓶中，超声分散溶液，用0.1mol/L的盐酸水溶液调节溶液至pH6.5-9，通氮搅拌下向烧瓶中缓慢滴加共轭亚油酸钠水溶液；0.5-3h后，冷却到室温，用0.1mol/L的盐酸水溶液调节溶液至pH 4-6，并用磁铁置于烧瓶底部吸附粒子，用磁倾析法移去上层液体，并用超纯水洗涤粒子至水相pH不改变后，将所得粒子置于真空干燥箱内45℃烘干，得到磁性共轭亚油酸囊泡；

(2)制备磁性自交联共轭亚油酸囊泡(SCLA@Fe₃O₄)：将CLA@Fe₃O₄囊泡缓冲液置于三口烧瓶中，将引发剂APS水溶液加入烧瓶中，通氮搅拌下于70-90℃水浴中反应，得到SCLA@Fe₃O₄囊泡溶液。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中Fe₃O₄纳米粒子和共轭亚油酸钠的质量比为1：1到1：3。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述CLA@Fe₃O₄囊泡缓冲液的pH为8.5-12。

6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述引发剂APS的加入量为单体质量的2％-9％。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述反应时间为50-600min。

8.权利要求1或2所述的磁性脂质体囊泡在稳定Pickering乳液中的应用，其特征在于，所述的油相组成包括各种烃或植物油。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，稳定Pickering乳液时，SCLA@Fe₃O₄的用量为油的质量的0.05％-0.2％；对Pickering乳液进行外部磁场及pH双重刺激破乳时，pH环境不高于pH5。

10.含有权利要求1或2所述的磁性脂质体囊泡的乳液稳定剂。