CN109310635A - 用于受控和触发释放的纳米结构胶体体 - Google Patents

Abstract

描述了含有活性剂的胶体体及其用途。该胶体体可以包括(a)响应性微米或纳米结构多孔壳，其由多个纳米材料和在微米或纳米材料之间形成的间隙限定；和(b)由响应性微米或纳米结构多孔壳限定的核。该壳负载有能够响应于刺激而从壳释放的活性剂。

Description

用于受控和触发释放的纳米结构胶体体

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年6月13日提交的美国临时专利申请第62/349500号和2017年5月24日提交的美国临时专利申请第62/510343号的优先权权益。每个上述引用的公开的全部内容通过引用明确地并入本文，且无放弃的内容。

背景技术

A.发明领域

本发明总体上涉及一种胶体体，其包括由多个纳米材料限定的响应性纳米结构多孔壳和在纳米材料之间形成的间隙。胶体体的壳可以负载有能够响应于刺激而从壳释放的活性剂。

B.相关的现有技术

纳米结构包封体系(例如，胶体体、包封的纳米颗粒、脂质体等)可以提供改善的活性剂摄取和活性剂向预期靶标(例如，人、动物、无生命的物体等)的有效运输或递送。通常形成胶体体以使核负载有活性剂。已经从这种胶体体的核释放出调料、香料、空气清新剂、洗液、乳膏、营养素、纺织品香料、药物等(参见Ajazzuddin等人，Recent Patents onNanomedicine,2015,5,3-11)。

Bausch等人的美国专利申请公开第20040096515号描述了用于制备自组装的选择性渗透的胶体体的方法，该胶体体具有可控的孔径、孔隙率和机械性能。Sander等人(Langmuir,2013,29(49),第15168页至第15173页)描述了将功能性纳米颗粒包封在胶体体的中空核内。纳米颗粒可以通过胶体体壳的溶胀或破裂从核释放。Nallani等人的美国专利申请第2013/0316008号描述了一种负载有活性化合物的多区室化囊泡结构。可以从多区室化结构的核释放出活性化合物。Zhang等人的美国专利申请第2015/0368407号描述了适合于向目标位置递送和在目标位置选择性释放包囊的嵌套胶囊。

然而，这种核负载的胶体体体系具有一些局限性。举例来说，这些体系往往具有更加尖锐或突发的活性剂释放曲线，而不是更受控且可调节的释放曲线。此外，难以将多种活性剂负载到核或嵌套结构中并防止活性剂彼此之间发生化学反应或混合。另外，胶体体的负载能力受其核体积的限制并且壳的组成可对待储存的活性物质的类型构成热力学限制。此外，可用于从核释放活性剂的刺激类型是有限的。

发明内容

所作出的发现解决了与其核内负载有活性物质的纳米结构胶体体体系相关的上述问题。该解决方案在于微米或纳米结构的胶体体，该胶体体包括其中负载有活性剂的响应性微米或纳米结构多孔壳。特别地，壳可以由多个微米或纳米材料以及纳米材料之间形成的间隙限定。活性剂可以负载于微米或纳米材料中、微米或纳米材料的表面上、和/或微米或纳米材料的间隙内、或其任意组合。胶体体壳的这种负载结构和容量提供响应于各种刺激(例如，pH范围、电磁辐射、温度范围、机械力、湿度、是否存在化学物质、气味、或其任意组合)的各种可能的释放机制。壳可以具有单壳或多壳(例如，分层的)胶体体结构，其中每个壳或层可以负载有一种或多种活性剂。与其中核是用于储存活性剂的唯一区室的常规胶体体相比，本发明的纳米结构壳扩展了活性剂负载选择和最终用于触发的且可控的释放响应的可能性。换句话说，本发明的纳米结构胶体体可以具有增加的负载效率(相对于通过使用壳的活性剂)和响应于各种刺激的多种释放曲线，从而实现满足各种需求或目标的各种可能性。

另外，由于壳的微米或纳米级组分和孔隙率或物质组合物与所存在界面的折射率差异，本发明的胶体体结构能够实现尺寸依赖性的光-物质和/或蛋白石样现象。在整个说明书中描述的制备微米或纳米材料的方法可以有利于胶体体的可调性，这可以有助于增加或缩小光-物质相互作用的光谱。这允许赋予具有本发明的胶体体的组合物以各种颜色。

在本发明的一个方面，胶体体可以包括响应性微米或纳米结构多孔壳，其由多个微米或纳米材料和在微米和纳米材料之间形成的间隙限定；以及由响应性微米或纳米结构多孔壳限定的核。壳可以负载有一种或多于一种活性剂，并且能够响应于相同或不同的刺激而从壳释放一种或多于一种活性剂(例如，2种、3种、4种、5种、6种、7种等的活性剂)。可以通过响应于一种或多于一种刺激而产生的壳的膨胀、收缩、压缩、反应、折叠或溶解来实现从壳释放活性剂。

限定壳的多个微米或纳米材料可以是多孔结构和/或中空结构。举例来说，可以是中空和/或多孔微米或纳米凝胶颗粒、聚合物刷、表面活性剂分子、中空和/或多孔金属氧化物颗粒、脂质颗粒、嵌段共聚物、生物聚合物、生物分子、胶束/树枝状聚合物结构、卵黄/壳结构、核/壳结构、石榴结构、中空或多孔结构/纳米材料、官能化的中空或多孔微米或纳米结构、气凝胶、或其组合。在一个实例中，多个微米或纳米材料是具有凝胶相的微米或纳米凝胶颗粒，该凝胶相包括亲水性聚合物、疏水性聚合物、两亲性聚合物、两憎性聚合物、亲脂性聚合物或疏脂性聚合物、或其组合的聚合物网络。在优选的实施方案中，聚合物网络是交联的。这种聚合物网络可以包括聚乙烯醇(PVA)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAAm)、交联的N-异丙基丙烯酰胺、官能化聚NIPAAm(例如、CO₂H-NIPAAm、NH₂-NIPAAm等)、NIPAAm和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的共聚物、NIPAAm和烯丙基胺的共聚物、NIPAAm和丙烯酸的共聚物、聚乙二醇、羟基化聚(甲基丙烯酸甲酯)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、甲基丙烯酸2-羟乙酯(HEMA)、聚(马来酸/辛基乙烯基醚)(PMAOVE)、聚氨酯、聚丙烯酸、聚(丙烯酸硬脂基酯)(PSA)、聚丙烯酰胺及其共聚物(例如二丙二醇丙烯酸酯辛酸酯(DGAC)或二丙二醇二丙烯酸酯癸二酸酯(DGDS)(交联剂))、淀粉、几丁质或其衍生物、硅酮(silicone)或其衍生物、或聚烯烃、N-异丙基丙烯酰胺和戊二醛的共聚物、或其任意组合。聚合物网络可以包括阳离子聚合物、阴离子聚合物、或两性离子聚合物，其具有金属-有机骨架或沸石咪唑酯骨架。通过使多个微米或纳米材料彼此连接可以形成胶体体。这种连接可以通过化学键、静电相互作用、范德华相互作用、离子相互作用、氢键、偶极相互作用或其任意组合而产生。在一些实施方案中，通过将微米结构、纳米结构、或两者交联在一起来形成胶体体。举例来说，戊二醛和/或1,4-丁二醇二缩水甘油醚可用于使由NH₂官能化的pNIPAAm所形成的微米或纳米结构交联。壳的微米或纳米结构提供了优异的机械性能(例如，1kPa至1MPa或1kPa至50kPa的屈服强度)。在一些实例中，壳可以包括第二响应性微米或纳米结构多孔壳，其包围第一壳并包括第二组多个微米或纳米材料和在第二组微米或纳米材料之间形成的间隙。胶体体的核可以是聚合物乳液、聚合物凝胶、气凝胶、液体(例如油)、或空隙空间。胶体体的总体尺寸可以为5nm至30000nm，同时多个微米或纳米材料的平均尺寸为2nm至15000nm，和/或核的尺寸为5nm至2500nm，条件是核的尺寸大于构成壳的多种微米或纳米材料的平均尺寸。在优选的方面，聚合物基质包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAAm)、官能化聚NIPAAm(例如，CO₂H-NIPAAm、NH₂-NIPAAm等)、NIPAAm和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的交联NIPAAm共聚物、或其组合。

在一些实例中，凝胶可以是气凝胶。气凝胶的非限制性实例包括二氧化硅气凝胶或有机聚合物气凝胶、碳气凝胶等。通过选择制备气凝胶所采用的工艺参数条件(例如，酸碱催化、表面活性剂、硅前体的类型、温度、时间和混合条件)，可以调节对释放特性至关重要的孔隙率和粒径。气凝胶是一种开口的介孔固体泡沫，其由相互连接的纳米结构网络构成并显示出不低于80％的孔隙率(非固体体积)。孔的直径为<1纳米至100纳米且通常<20纳米。气凝胶的高表面积和开口的多孔骨架可以潜在地用于包封活性物质。

活性剂可以结合至多个微米或纳米材料的表面，负载或浸渍在多种微米或纳米材料内，或者包含在微米或纳米材料之间形成的多个间隙内。在一些实例中，核也可以负载一种或多于一种活性剂。在其他情况下，核可以不具有负载于其中的任何活性剂。可用于本发明情况下的活性剂的非限制性实例包括化学试剂、生物试剂、油、离子液体、悬浮液、聚合物、或其任意组合。化学试剂可以包括药物、气体分子、化妆品试剂、调味剂、产生香味的化学品、恶臭剂、反应剂、交联剂、反应性稀释剂、溶剂、无机或有机化学品、有机金属体系、石油化学品、还原剂或氧化剂、或含水盐(aqueous salt)、或其任意组合。生物试剂可以包括蛋白质、肽、核酸、碳水化合物、脂质、或其任意组合。

本发明的胶体体可用于各种方法和应用。举例来说，一种方法可以包括对胶体体进行刺激以释放并递送活性剂。在一些实例中，活性剂可以可控地从胶体体释放。胶体体可以并入到各种组合物中。该组合物的非限制性实例包括药物组合物、化妆品组合物、个人护理产品、香料、香水、旨在用于无生命物体或表面的组合物(例如清洁剂、消毒剂、餐具洗涤剂、洗衣洗涤剂)等。胶体体可用于各种应用，包括药物递送、催化、纳米复合材料、生物分析、诊断、传感器和标志物、能量储存、生物抑制剂(驱虫剂、杀虫剂、除草剂)、尿素释放、自修复(油漆、纸张、纺织品、混凝土等)、阻燃剂、个人护理(皮肤护理、香料或香水、毛发、牙齿等)、营养添加剂、维生素、调料、颜料、纺织品香味、洗涤剂、软化剂、动物护理、润滑剂、黏合剂等。

还描述了制备本发明的胶体体的方法。一种方法可以包括(a)获得多个微米或纳米材料以及交联剂，(b)获得活性剂，和(c)通过将微米或纳米材料、交联剂、和活性剂在液体介质(例如含水介质)中混合而由微米或纳米材料形成响应性微米或纳米结构多孔壳。可以将液体介质混合或使其移动通过膜以获得胶体体。还可以使用乳化技术，例如以高的每分钟转速(rpm)进行涡旋、超声处理、或摇动来混合液体。活性剂可以(i)结合至多个纳米材料的表面，或者负载或浸渍在来自于步骤(a)的多个微米或纳米材料内，和/或(ii)存在于液体介质中。在一些实施方案中，可以在不存在醇和/或乳化剂的情况下制备胶体体。

在本发明的一个方面，描述了20个实施方案。实施方案1是一种胶体体，其包括(a)响应性微米或纳米结构多孔壳，其由多个微米或纳米材料以及在微米或纳米材料之间形成的间隙限定，其中壳负载有能够响应于刺激而从壳释放的活性剂；和(b)由响应性微米或纳米结构多孔壳限定的核。实施方案2是实施方案1的胶体体，其中多个微米或纳米材料是微米凝胶颗粒、纳米凝胶颗粒、聚合物刷、表面活性剂分子、金属氧化物颗粒、脂质颗粒、嵌段共聚物、交联聚合物、生物聚合物、生物分子、胶束/树枝状聚合物结构、卵黄/壳结构、核/壳结构、石榴结构、中空结构/纳米材料、官能化微米或纳米结构、或其组合。实施方案3是实施方案2的胶体体，其中多个纳米材料是具有凝胶相的微米或纳米凝胶颗粒，该凝胶相包括亲水性聚合物、疏水性聚合物、两亲性聚合物、两憎性聚合物、亲脂性聚合物或疏脂性聚合物、或其组合的聚合物网络。实施方案4是实施方案3的胶体体，其中聚合物网络包括交联聚合物或共聚物，并且其中聚合物包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAAm)、pNIPAAm-聚(N,N'-亚甲基双丙烯酰胺)共聚物、聚乙二醇、官能化(pNIPAAm)、聚乙烯醇(PVA)、羟基化聚(甲基)丙烯酸酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、甲基丙烯酸2-羟乙酯(HEMA)、聚(马来酸/辛基乙烯基醚)(PMAOVE)、聚氨酯、聚丙烯酸、聚(丙烯酸硬脂基酯)(PSA)、聚(丙烯酰胺)及其共聚物、或聚烯烃、或其任意组合。实施方案5是实施方案1至4中任一项的胶体体，其中刺激是温度范围、pH范围、电磁辐射、机械力、湿度、是否存在化学物质、气味、或其任意组合。实施方案6是实施方案1至5中任一项的胶体体，其中壳的屈服强度为1kPa至1MPa或1kPa至50kPa。实施方案7是实施方案1至6中任一项的胶体体，其中活性剂结合至多个微米或纳米材料的表面，负载或浸渍在多个微米或纳米材料内，或者包含在微米或纳米材料之间形成的多个间隙内。实施方案8是实施方案7的胶体体，其还包括第二活性剂。实施方案9是实施方案8的胶体体，其中活性剂和第二活性剂是不同的，并且任选地在从壳释放后能够彼此发生反应以形成活化材料。实施方案10是实施方案8至9中任一项的胶体体，其中壳能够响应于相同或不同的刺激而释放活性剂和第二活性剂。实施方案11是实施方案1至10中任一项的胶体体，其还包括包围壳的第二响应性微米或纳米结构多孔壳，其中第二壳包括第二组多个微米或纳米材料以及在第二组微米或纳米材料之间形成的间隙。实施方案12是实施方案1至11中任一项的胶体体，其中核是聚合物乳液或聚合物凝胶、或空隙空间，其中核任选地负载有核活性剂。实施方案13是实施方案1至12中任一项的胶体体，其中胶体体的总尺寸为5nm至30000nm，多个微米或纳米材料的平均尺寸为2nm至15000nm，和/或核的尺寸为5nm至2500nm，条件是核的尺寸大于多个微米或纳米材料的平均尺寸。实施方案14是实施方案1至13中任一项的胶体体，其中活性剂和/或核活性剂是化学试剂、生物试剂、油、离子液体、悬浮液、或聚合物、或其任意组合。实施方案15是实施方案14的胶体体，其中：化学试剂是药物、化妆品试剂、调味剂、产生香味的化学品、恶臭剂、反应剂、交联剂、反应性稀释剂、溶剂、无机或有机化学品、金属有机体系、石油化学品、还原剂或氧化剂、或含水盐、或其任意组合；和/或生物试剂是蛋白质、肽、核酸、碳水化合物、脂质、或其任意组合。实施方案16是实施方案1至15中任一项的胶体体，其中多个微米或纳米材料通过化学键、静电相互作用、范德华相互作用、离子相互作用、氢键、偶极相互作用、或其任意组合相互连接。实施方案17是实施方案1至16中任一项的胶体体，其中胶体体包含在药物组合物、局部皮肤护理组合物、光学透明介质、或旨在施用于无生命物体的组合物中。

实施方案18是使用实施方案1至17中任一项的胶体体递送活性剂的方法，该方法包括对胶体体进行刺激以释放并递送活性剂。实施方案19是实施方案18的方法，其中活性剂可控地从胶体体释放。实施方案20是制备实施方案1至19中任一项的胶体体的方法，该方法包括：(a)获得包含微米或纳米材料和交联剂的第一溶液，交联剂包括戊二醛或1,4-丁二醇二缩水甘油醚；(b)获得包含活性剂的第二溶液；和(c)将溶液合并以形成包含微米或纳米结构多孔壳的胶体体，该微米或纳米结构多孔壳包括交联的聚合物网络；其中活性剂(i)结合至微米或纳米结构多孔壳的表面，或者负载或浸渍在步骤的壳内，和/或(ii)存在于液体介质中。

以下内容包括本说明书中使用的各种术语和短语的定义。

术语“胶体体”是指具有壳和核的结构，其中壳由多个纳米材料和纳米材料之间形成的间隙限定，核由纳米结构壳限定。纳米材料通过共价键、静电相互作用、范德华相互作用、离子相互作用、氢键、偶极相互作用、或其任意组合彼此连接。核可以是空隙(例如，空的)，或包括其他材料、化合物或结构。本发明的胶体体的非限制性实例示于图1A至图1D。

“纳米材料”或“纳米结构”是指其中物体或结构的至少一个维度等于或小于1000nm(例如，一个维度的尺寸为1nm至1000nm)的物体或结构。在一个特定方面，纳米材料包括至少两个等于或小于1000nm的维度(例如，第一维度的尺寸为1nm至1000nm，第二维度的尺寸为1nm至1000nm)。在另一方面，纳米材料包括三个等于或小于1000nm的维度(例如，第一维度的尺寸为1nm至1000nm，第二维度的尺寸为1nm至1000nm，第三维度的尺寸为1nm至1000nm)。纳米材料的形状可以是线形、颗粒状(例如，具有基本上球形的形状)、棒状、四脚体状、超支化结构、管状、立方体或其混合物。纳米材料可以是纳米凝胶颗粒、聚合物刷、表面活性剂分子、金属氧化物颗粒、脂质颗粒、嵌段共聚物、生物聚合物、生物分子、胶束/树枝状聚合物结构、卵黄/壳结构、核/壳结构、石榴结构、中空结构/纳米材料、功能化纳米结构、气凝胶、或其组合。

“微米材料”或“微米结构”是指其中物体或结构的至少一个维度大于1000nm且最大为100000nm(例如，一个维度的尺寸为1001nm至100000nm)的物体或结构。在一个特定方面，微米材料包括至少两个大于1000nm或最大为100000nm的维度(例如，第一维度的尺寸为1001nm至100000nm，第二维度的尺寸为1001nm至100000nm)。在另一方面，微米材料包括三个大于1000nm或最大为100000nm的维度(例如，第一维度的尺寸为1001nm至100000nm，第二维度的尺寸为1nm至1000nm，第三维度的尺寸为1001nm至100000nm)。微米材料的形状可以是线形、颗粒状(例如，具有基本上球形的形状)、棒状、四脚体状、超支化结构、管状、立方体或其混合物。微米材料可以是微米凝胶颗粒、聚合物刷、表面活性剂分子、金属氧化物颗粒、脂质颗粒、嵌段共聚物、生物聚合物、生物分子、胶束/树枝状聚合物结构、卵黄/壳结构、核/壳结构、石榴结构、中空结构/微米材料、功能化微米结构、气凝胶、或其组合。

短语“自组装”是指纳米材料聚集在一起并相互作用以在液体组合物(例如水溶液)中形成胶体体的能力。图1A至图1D提供了多个纳米材料106的非限制性图示，该纳米材料106已经自组装形成壳102。

短语“核/壳”包括核/壳和卵黄/壳结构，不同之处在于核/壳结构中“核”表面的至少50％与壳接触。相比之下，卵黄/壳结构包括其中“卵黄”表面的少于50％与壳接触的情况。

本领域普通技术人员可以确定是核、卵黄还是空隙空间存在于本发明的核/壳结构或材料中。一个实例是目测本发明的核/基于石墨烯的壳结构或材料的透射电子显微镜(TEM)或扫描透射电子显微镜(STEM)图像，并确定是否存在空隙空间或确定是给定活性剂表面的至少50％(核)还是少于50％(卵黄)接触胶体体壳或纳米材料壳。

术语“重量％”，“体积％”或“摩尔％”指分别基于包含该组分的材料总重量、材料总体积、或总摩尔的组分重量百分比、组分体积百分比或组分摩尔百分比。在一个非限制性实例中，100克材料中的10克组分为10重量％的组分。

术语“约”或“大约”定义为如本领域普通技术人员所理解的接近于。在一个非限制性实施方案中，该术语定义为在10％以内，优选5％以内，更优选1％以内，最优选0.5％以内。

术语“基本上”定义为包括10％以内、5％以内、1％以内、或0.5％以内的范围。

当在权利要求和/或说明书中使用时，术语“抑制”或“减少”或“防止”或“避免”包括实现期望结果的任何可测量的减少或完全抑制。

在说明书和/或权利要求中使用的术语“有效”指足以实现期望的、预料的或预期的结果。

当权利要求书或说明书中的术语“包含”，“包括”，“含有”或“具有”中的任何术语前不使用数量词时，可指“一个”，但也符合“一个或多个”、“至少一个”、和“一个或多于一个”的含义。

词语“包含”、“具有”、“包括”或“含有”是包容性的或开放式的并且不排除其他未列举的要素或方法步骤。

本发明的胶体体可以“包含”整个说明书中所公开的特定成分、组分、组合物等，或“基本上由其组成”或“由其组成”。关于过渡性短语“基本上由……组成”，在一个非限制性方面，本发明的胶体体的基本和新颖的特征是其包含活性剂且响应于一种或多于一种刺激而从其壳中释放活性剂的能力。

根据以下附图、详细说明和实施例，本发明的其他目的、特征和优点将变得显而易见。然而，应该理解，附图、详细说明和实施例虽然示出了本发明的具体实施方案，但是仅以说明的方式给出，并不意味着限制。另外，预期通过该详细描述，本发明的精神和范围内的改变和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。在其他实施方案中，来自特定实施方案的特征可以与来自其他实施方案的特征组合。例如，来自一个实施方案的特征可以与来自任何其他实施方案的特征组合。在进一步的实施方案中，可以将另外的特征添加至本文描述的特定实施方案中。

附图说明

通过以下详细描述并参考附图，本发明的优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

图1A是本发明的纳米结构胶体体的图示。

图1B是本发明的纳米结构胶体体的图示，其在胶体体的核中具有至少一种活性剂。

图1C是本发明的纳米结构胶体体的图示，其包括具有彼此接触的两个层的壳。

图1D是本发明的纳米结构胶体体的图示，其包括具有两个分离的层的壳。

图2A是本发明的核/壳型纳米材料的横截面图示。

图2B是本发明的另一种核/壳型纳米材料的横截面图示。

图2C是本发明的多卵黄/壳型纳米材料的横截面图示。

图2D是本发明的核/壳型纳米材料的横截面图示，该核/壳型纳米材料的壳在内层和外层之间具有空隙空间。

图2E是本发明的核/壳型纳米材料的横截面图示，其具有拥有两个层的两个壳。

图2F是在纳米材料的聚合物基质中分布有多种活性剂的横截面图示。

图3A是当受到刺激时从本发明的胶体体释放活性剂的图示。

图3B是当受到刺激时从本发明的胶体体释放多种活性剂的方法的图示。

图3C是当受到多种刺激时从本发明的胶体体释放活性剂的方法的图示。

图3D是通过使胶体体的内层破裂而从本发明的胶体体释放活性剂的方法的图示。

图4A示出了本发明的胶体体的预示性释放曲线，该胶体体具有负载有活性剂(活性剂A)的纳米材料、负载于间隙中的活性剂(活性剂B)和负载于核中的活性剂(活性剂C)。

图4B示出了本发明的多壳(双层)胶体体的预示性释放曲线，该胶体体具有负载有活性剂(活性剂A)的第一胶体体壳、负载于间隙中的活性剂(活性剂B)和负载于核中的活性剂(活性剂C)、和负载有活性剂(活性剂D)的第二胶体体壳。

图4C示出了本发明的多壳(三层)胶体体的释放曲线，该胶体体具有负载有活性剂(活性剂A)的第一胶体体壳、负载于间隙中的活性剂(活性剂B)、负载于核中的活性剂(活性剂C)、负载有活性剂(活性剂D)的第二胶体体壳、和负载有活性剂(活性剂E)的第三胶体体壳。

图5示出了本发明的单壳胶体体的释放曲线，该胶体体具有负载有多种活性剂(活性剂A和D)的纳米材料、负载于间隙中的活性剂(活性剂B)、和负载于核中的活性剂(活性剂C)。

图6A至图6B示出了老化前(图6A)和老化后(图6B)溶胀的微米凝胶的光学图像。

图7A至图7E示出了本发明的胶体体结构的图像。

图8是各种尺寸的本发明的胶体体混合物的光学图像。

图9A示出了本发明的溶胀的NIPAAm微米凝胶的光学图像。

图9B示出了具有交联微米凝胶壳和柠檬烯核的本发明胶体体的光学图像。

图10是图9B的胶体体的平均直径尺寸分布数据。

图11示出了微米凝胶(约100nm处的峰)和胶体体(约915nm处的峰)的颗粒直径(nm)与强度分布的关系。

图12示出了本发明的胶体体混合物、溶胀的微米凝胶和游离的柠檬烯液滴的光学图像。

图13示出了具有不同形状的本发明的胶体体的光学图像。

图14示出了本发明的胶体体与对照品的柠檬烯浓度随时间的关系。

图15示出了从本发明的胶体体释放的柠檬烯与温度的关系。

图16示出了在水(顶部的线)和组合物(底部的线)中的本发明的胶体体随时间释放的柠檬烯的量。

图17示出了本发明的胶体体的透射百分比和浓度之间的关系。

图18示出了没有交联剂的对照胶体体的光学图像。

尽管本发明易于进行各种修改和替换形式，但是其特定实施方案在附图中以实例的方式示出并且可以在本文中详细描述。附图可以不按比例绘制。

具体实施方式

已经发现了与响应于一种或多种刺激而可控地释放活性剂相关的问题的解决方案。该解决方案的前提是将活性剂负载于本发明的胶体体的壳或壳和核中。这不同于将活性剂包封在胶体体或胶囊的核中的常规控释胶体体或嵌套胶囊。该解决方案提供了允许针对一种或多于一种特定应用来调整胶体体的简洁方式。举例来说，可以调整胶体体壳以允许一种或多于一种触发释放机制，例如pH、温度、光、蒸气压或气味、光、湿度、机械力和/或化学环境(例如，生物标志物、汗液、盐/电解质梯度等)和/或一种或多于一种活性剂的一种或多于一种储存系统。可以调整胶体体尺寸，以调节填充密度和构成胶体体的填充纳米结构之间的间隙。

在以下部分中参考附图进一步详细讨论了本发明的这些和其他非限制性方面。

A.胶体体

本发明的胶体体可包括响应性微米或纳米结构多孔壳，其负载有能够从壳和核(内部区域)释放的活性剂。壳由多个微米或纳米材料和微米或纳米材料之间形成的间隙限定，并且核由响应性微米或纳米结构多孔壳限定。胶体体可具有多个层或壳和/或多种活性剂。

图1A至图1D描绘了本发明的胶体体100的图示。图1A和图1B描绘了包含单壳胶体体的胶体体100。图1B还描绘了具有负载于胶体体核中的另外的活性剂的胶体体100。图1C描绘了具有形成壳的微米材料、纳米材料或两者的两个层的胶体体100。图1D描绘了具有微米材料、纳米材料或两者的两个层且在层之间具有空间的胶体体100。

参考图1，胶体体100包括壳102、核104、和活性剂106。壳102可以由多个微米或纳米材料108形成，微米或纳米材料108连接在一起形成间隙110。可以通过共价键、烧结、静电相互作用、范德华相互作用、离子相互作用、氢键、偶极相互作用或其任意组合连接微米或纳米材料108。虽然微米或纳米材料108在图1A至图1D中以球体示出，但微米或纳米材料可具有适合于预期用途的任何形状或尺寸。图1A、图1C、和图1D中的胶体体的核示为空隙空间。如图1A、图1C、和图1D所示，活性剂106可以负载于壳纳米材料108中、负载于间隙110中(但不在核中)、负载于壳纳米材料108的外表面上、或负载于其任意组合。应当理解，胶体体可以具有一种或多于一种活性剂106，该一种或多于一种活性剂106结合至多个纳米材料的表面、负载或浸渍于多个纳米材料内、包含在纳米材料之间形成的多个间隙内或其任意组合。图1B示出了微米或纳米材料108和负载有活性剂的核104。

使用本发明的胶体体可以实现各种活性剂释放曲线。为了调节释放的活性剂的强度或通量/速率，可以控制微米或纳米材料的尺寸、壳的数量和触发响应。较小尺寸的纳米材料和/或多个壳或层可在胶体体中产生较小且扭曲的孔。这种结构在被触发时可以具有更快的响应。通过选择较大尺寸的微米或纳米材料(产生较大尺寸的孔/间隙)，无论是否存在触发条件或是否增加孔隙扭曲度，均可以实现恒定的释放速率。在一些实例中，具有增加数量的壳(层)的微米或纳米材料的尺寸可以有助于调节整个胶体体结构的孔隙率和扭曲度。在一些实例中，具有多个微米材料壳、纳米材料壳或两者(以及小孔径)的胶体体结构可用于使每个胶体体颗粒或微米或纳米材料颗粒能够释放更大体积的试剂。

在一些实例中，胶体体可具有构成壳的多个层(参见图1C和图1D)。这些层可以彼此接触(图1C)。在其他实例中，这些层可以彼此分开并且在它们之间具有空间(图1D)。在任一个实例中，多个层可以等同于多壳结构。如图1C所示，微米或纳米材料的两个层都负载有活性剂106和/或活性剂负载于微米或纳米材料层之间的空间中。图1D示出了负载有活性剂106的微米或纳米材料的两个层和间隙，以及内壳102'和外壳102之间的活性剂。应该理解，活性剂可以遍布于微米或纳米材料层负载、在微米或纳米材料层表面上负载和/或负载于微米或纳米材料之间的间隙中。虽然活性剂106在图1A至图1D中以单一材料示出，但应该理解，壳102可负载有效量的一种或多种活性剂以用于预期用途(例如，1种、2种、3种、4种、5种、6种、7种、8种、9种、10种或更多种活性剂)。

胶体体的总体尺寸可根据预期用途而变化。举例来说，胶体体100的平均总体尺寸可以是5nm至30000nm、100nm至1000nm、或200nm至500nm，或者大于或基本上等于以下任意一个数值、或在以下任意两个数值之间：5nm、10nm、100nm、200nm、500nm、1000nm、1200nm、1500nm、2000nm、2500nm、3000nm。多个纳米材料的平均尺寸可以为2nm至1500nm、10nm至1000nm、50nm至500nm、或100nm至200nm，或者大于或基本上等于以下任意一个数值、或在以下任意两个数值之间：2nm、5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1100nm、1200nm，以上尺寸由例如乳化过程的合成方法所决定。胶体体的尺寸可以使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、动态光散射(DLS)或比色法或UV-vis光谱法来确定。胶体体核的尺寸可以小于或等于胶体体壳的尺寸。例如，胶体体核尺寸可以是5nm至2500nm，条件是胶体体核的尺寸大于用于制备胶体体的多个纳米材料的平均尺寸。

在一些实施方案中，在核中包含活性剂的本发明的胶体体可具有较为明确限定的孔(间隙)，其尺寸可根据应用而变化。例如，如果胶体体在核中包含生物细胞，则间隙的尺寸可以设定为足够大以允许由生物细胞产生的任何期望物质通过孔从核扩散到胶体体外部，以及允许维持细胞所必需的期望物质如葡萄糖或其他营养物进入核。用于这种应用的孔是足够小的或以其他方式调整尺寸以防止可能影响细胞(例如，通过免疫系统细胞或免疫系统组分(例如，各种抗体))的材料进入核中和/或防止细胞通过孔离开核。如本文所述，孔径可通过所用纳米材料的尺寸来调节。尽管孔径可根据应用而变化，但孔径的非限制性实例为约0.5nm至约3微米、约10nm至约1000nm、或约75nm至约200nm等。在一些实例中，不管孔径大小如何，孔径可以通过孔的表面官能性来调节，其中表面官能化分子的长度可以起到孔塞或门栓的作用。

在本发明的某些实施方案中，胶体体中的间隙尺寸基本上是均一的。即胶体体的间隙的至少约90％、或约95％、或甚至约100％可以是大约相同的尺寸。例如，这些间隙可以具有相同的平均直径或差异不超过平均直径的约10％、约5％或约2％。非圆形间隙的平均直径是与间隙具有相同的表面积的圆的直径。在其他实施方案中，间隙的半径可以相差约50％至约300％，这导致间隙的直径差异为最大约1.5倍，或甚至最大约4倍。在另一个实施方案中，间隙半径可以最多相差约50％。

1.胶体体壳

如上所述，胶体体壳可以由多个微米或纳米材料和微米和/或纳米材料之间形成的间隙限定。如图1A至图1D所示，胶体体壳可以是微米或纳米材料的一个层或多个层。壳可以响应于刺激进行膨胀、收缩、压缩、反应、折叠、逆转其表面电荷(例如，从负到正)或(部分或完全)溶解，从而从壳释放活性剂。举例来说，壳在与水(例如，水滴、水分、蒸气、冷凝物等)接触时可以膨胀，在特定pH下其表面电荷从负变为正，或响应于温度或温度范围(例如，10℃至150℃，或50℃至100℃)的变化。壳可以调整为响应于相同或不同的刺激以释放活性剂和另外的活性剂(例如，第二活性剂)。壳中的微米材料、纳米材料或其组合可以相同或不同。举例来说，壳可具有形成单个壳的1种、2种、3种、4种、5种、6种或更多种不同的微米或纳米材料。

微米或纳米材料108可以是能够自组装并形成胶体体壳的微米凝胶颗粒、纳米凝胶颗粒、聚合物刷、表面活性剂分子、金属氧化物颗粒、脂质颗粒、嵌段共聚物、生物聚合物、生物分子、胶束/树枝状聚合物结构、卵黄/壳结构、核/壳结构、石榴结构、中空结构/微米或纳米材料、官能化的微米或纳米结构、或其组合。可以通过改变微米或纳米材料的表面来调节胶体体和/或壳的整体性能。微米或纳米材料可以是多孔的，以允许活性剂响应于一种或多于一种刺激而从微米或纳米凝胶流出。举例来说，可以将微米或纳米材料纹理化以促进表面相互作用或反应。微米或纳米材料壳(例如，层200和204)可由多孔或中空的金属氧化物、聚合物、官能化聚合物、共聚物、交联聚合物、交联官能化聚合物、交联共聚物等制成。在一些实施方案中，微米或纳米材料可包括具有特定链长的连接分子的表面官能团，其可用作阻断剂或门控剂。

微米或纳米材料可具有各种形状和尺寸。图2A至图2F描绘了各种微米或纳米材料结构。图2A、图2C和图2F是各种类型的卵黄/壳型微米或纳米材料，图2B、图2D和图2E是核/壳型微米或纳米材料，其中活性剂106是每幅图中的卵黄或核。图2A和图2B分别是卵黄/壳和核/壳型结构。图2C是卵黄/壳型结构，图2D是具有核的多层微米或纳米材料，图2E是具有核的双层材料，且图2F是微米或纳米材料，其包含负载有活性剂的聚合物基质。参考图2A和图2B，微米或纳米材料108可包括壳200和空隙空间202中的活性剂106。在一些实例中，空隙空间202是流体。在图2C和图2F中，显示微米或纳米材料108中的多个卵黄(活性剂106和106')。图2C包括当对微米或纳米材料108施加相同或不同刺激时可释放的不同活性剂106和106'。图2D包括微米或纳米材料外层200(微米或纳米材料壳)、微米或纳米材料内层204、活性剂106和微米或纳米材料空隙空间或流体202。在图2D中，活性剂106可以包封在微米或纳米材料内层204中以形成包封的微米或纳米材料，然后该包封的微米或纳米材料可以进一步包封在微米或纳米材料层200中。参考图2E，活性剂106包封在微米或纳米材料内层204中，其然后包封在微米或纳米材料层200中。在图2E中，微米或纳米材料层200与微米或纳米材料层204连接或紧邻微米或纳米材料层204。

微米或纳米材料层200和204可以由相同或不同的材料制成并且可以对一种或多种刺激具有相同或不同的响应。例如，参考图2D和图2E，微米或纳米材料层200可以由响应于第一刺激的材料制成，纳米材料层204可以由响应于第二刺激的层构成。参考图2F，由层200包围的聚合物基质或气凝胶206核可以负载有活性剂106。在实施方案中，当使用气凝胶206时，孔的直径可以小于1至100纳米，优选1至<20nm，或1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm或其间的任意范围或任意值。气凝胶的高表面积和开口多孔骨架可作为包围活性剂的层。

微米或纳米材料层200和204可以由响应于一种或多于一种刺激的材料制成。举例来说，微米或纳米材料层200可以由对水敏感(例如，疏水或亲水)且对pH不敏感的聚合物制成，并且微米或纳米材料层204可以响应于pH。在与具有期望pH的水接触时，微米或纳米材料层200可以膨胀(溶胀)或收缩(皱缩)并允许水进入或离开微米或纳米凝胶的核。在某些实例中，该层可以响应于湿度的变化。可使已调节pH的水接触层204，然后层204可响应于刺激(例如，收缩)并允许活性剂从微米或纳米材料200流出。

在特定实例中，微米或纳米凝胶颗粒可具有凝胶相，该凝胶相包括亲水性聚合物、疏水性聚合物、两亲性聚合物、两憎性聚合物、亲脂性聚合物、疏脂性聚合物、或其组合的聚合物网络。在一些实例中，聚合物网络可包括阳离子聚合物、阴离子聚合物或两性离子聚合物、或包含金属-有机骨架(MOF)或沸石咪唑酯骨架(ZIF)的聚合物。聚合物网络可包括聚乙烯醇(PVA)、N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAAm)、交联的聚(N-异丙基丙烯酰胺)、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、聚乙二醇、NH₂-pNIPAAm、CO₂H-pNIPAAm、羟基化聚(甲基丙烯酸甲酯)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)(HEMA)、聚(马来酸/辛基乙烯基醚)(PMAOVE)、聚氨酯、聚丙烯酸、聚(丙烯酸硬脂基酯)(PSA)、聚丙烯酰胺及其共聚物(例如二丙二醇丙烯酸酯辛酸酯(DGAC)或二丙二醇二丙烯酸酯癸二酸酯(DGDS)、CO₂H-pNIPAAm-MBA共聚物、NH₂-pNIPAAm-MBA共聚物)、或淀粉、几丁质或其衍生物、硅酮或其衍生物、或聚烯烃、或其任意组合。

微米或纳米材料的机械性质使得胶体体和/或胶体体的壳可以抵抗对刺激的过早响应。机械性能的非限制性实例包括屈服强度、拉伸强度、韧性和断裂韧性、刚度、应变硬化、均一和不均一的伸长率、抗蠕变性、断裂伸长率、杨氏模量、损耗和储能模量、以及应变能。壳的屈服强度可以大于或基本上等于以下任意一个数值、或在以下任意两个数值之间：0.001kPa、1kPa、5kPa、10kPa、15kPa、20kPa、25kPa、30kPa、35kPa、40kPa、45kPa、50kPa，其通过拉伸测试或动态机械分析仪测量。

胶体体在介质(例如水)中可以是光学透明的。在一些实施方案中，当负载有活性剂时，胶体体可以在小于10％、小于8％、小于5％的浓度下在光学透明介质(例如，醇，水等)中保留至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或至少99％的透明度。

可以使用已知方法制备微米或纳米材料以产生期望的纳米材料。举例来说，可以使用溶胶-凝胶方法，然后对所产生的微米或纳米颗粒涂覆聚合物来制备涂覆有聚合物的二氧化硅微米或纳米颗粒。可以以实施例中描述的方式制备微米或纳米凝胶。或者，可以通过聚合方法、反向纳米沉淀方法、反相微乳液方法、双层乳化方法、乳液静电纺丝方法、聚合物的光致交联等来制备微米或纳米凝胶。在特定实例中，可以使用反向纳米沉淀方法(“点击”反应)，然后用刺激敏感基团(例如，超pH敏感基团)进行官能化来制备微米或纳米凝胶。合成纳米材料的各种方法描述于Sharma等人的Artificial Cells,Nanomedicine,andBiotechnology,2016；44:165–177，其通过引用并入本文。制备微米或纳米材料的方法的非限制性实例包括a)单体在均相或在微米级或纳米级异质环境中的聚合，b)相互作用聚合物的自组装，c)预形成的聚合物的交联和d)乳液光聚合过程。

气凝胶纳米材料可以例如在水包油(O/W)乳液中制备，其中化学材料溶解在硅相中，例如四乙氧基硅烷(TEOS)、四甲氧基硅烷(TMOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、或甲基三乙氧基硅烷(MTES)。硅前体液滴的水解以及水解物质缩合产生二氧化硅可在油-水界面处发生并导致形成硬二氧化硅壳。该方法的条件可以通过包括酸碱催化、表面活性剂、硅前体的类型、温度、时间和混合条件在内的各种因素进行控制。通过选择方法参数和/或组成，对于释放特性至关重要的孔隙率和粒径都是高度可调的。

2.胶体体核材料

胶体体核可包括空隙空间、聚合物乳液、聚合物凝胶、活性剂、惰性液体、气体、活性剂、气凝胶、多孔金属氧化物、或其任意组合。在一些实例中，核是活性剂。聚合物乳液的非限制性实例包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)、N-异丙基丙烯酰胺/N,N'-亚甲基双丙烯酰胺共聚物、聚乙烯醇、聚乳酸、基于甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯(例如，由美国Industries销售的 S100)的阴离子共聚物、聚-e-己内酯、聚(烷基氰基丙烯酸酯)、聚(丙交酯-co-乙交酯)、聚乙二醇、基于壳聚糖的聚合物。聚合物凝胶的非限制性实例包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚乙烯醇、人工分子伴侣(chaperone)、含胆固醇的支链淀粉(CHP)纳米凝胶、糖原、聚乙二醇-b-聚(甲基丙烯酸)、聚乙二醇、基于壳聚糖的材料、和基于藻酸盐的材料。惰性液体(例如，用于制剂介质的溶剂)的非限制性实例包括乙醇、甲醇、丙酮、己烷、乙二醇、和甲苯。气体的非限制性实例包括二氧化碳、一氧化碳、氧气、氢气、氦气、氩气、氮气、气态烃(例如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等)、或其组合。金属氧化物的非限制性实例包括二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、或其任意组合。

3.活性剂

活性剂和/或核活性剂(位于胶体体核中的活性剂)可以是化学试剂、生物试剂、油、离子液体、悬浮液、或聚合物、或其任意组合。胶体体的各个微米或纳米材料壳可以负载具有不同触发条件的多种活性剂。这种负载可以产生多试剂递送系统或使得两种释放的试剂之间能够进行快速和局部反应(例如，化学反应)以产生新产物(例如，新的化学、生物试剂或药物)。从胶体体(例如，核和微米或纳米材料)释放的活性剂可以是不同的，并且彼此抑制或排斥。这种递送方法可以提供受控的和/或选择性的反应。在整个说明书以及以下部分中提供了活性剂的非限制性实例。

i.化学试剂

化学试剂可包括反应性试剂和非反应性试剂。反应性试剂是在另一种化学物质或刺激存在下发生化学反应的化学物质。非反应性化学试剂在另一种化学物质或刺激存在下不发生反应。所有类型的化学试剂均可用于本发明的情况下。化学试剂的非限制性实例包括黏合剂、染料(例如，油墨、热致变色物等)、化妆品试剂(例如，CTFA国际化妆品成分词典和手册(2004和2008)中描述的化妆品成分)、药物成分、杀虫剂、除草剂、相变材料、自愈合涂料、视觉指示剂、纳米颗粒(金属或非金属颗粒)、成像剂、催化剂(有机催化剂、无机催化剂、和有机金属催化剂)、密封剂、激素、香料(人造和天然香料)、染料和色彩配料(例如，Blue 1、Blue 1Lake、Red 40、二氧化钛、D&C Blue No.4、D&C Green No.5、D&C OrangeNo.4、D&C Red No.17、D&C Red No.33、D&C Violet No.2、D&C Yellow No.10和D&C YellowNo.11)、吸附剂、润滑剂、溶剂、保湿剂(包括例如，润肤剂、湿润剂、成膜剂、闭塞剂、和影响皮肤天然保湿机制的试剂)、防水剂、UV吸收剂(物理和化学吸收剂，例如对氨基苯甲酸(PABA)和相应的PABA衍生物、二氧化钛、氧化锌等)、维生素(例如维生素A、B、C、D、E、和K)、微量金属(例如锌、钙和硒)、抗刺激剂(例如类固醇和非甾体类抗炎剂)、抗氧化剂(例如BHT和生育酚)、螯合剂(例如，EDTA二钠和EDTA四钠)、防腐剂(如苯甲酸、苯甲酸钠、羟基苯甲酸盐、乳酸、亚硝酸盐、硝酸盐、丙酸、丙酸钠、二氧化硫、Fulfities、山梨酸、山梨酸钠、对羟基苯甲酸甲酯和对羟基苯甲酸丙酯)、pH调节剂或缓冲剂(例如氢氧化钠、盐酸、和柠檬酸、和磷酸盐)、吸收剂(例如淀粉辛烯基琥珀酸铝、高岭土、玉米淀粉、燕麦淀粉、环糊精、滑石和沸石)、皮肤漂白剂和增白剂(例如氢醌和烟酰胺乳酸盐)、湿润剂(例如甘油、山梨糖醇、尿素、和甘露醇)、去角质剂、防水剂(例如，硬脂酸氢氧化镁/铝)、和皮肤调理剂(例如芦荟提取物、尿囊素、红没药醇、神经酰胺、二甲聚硅氧烷、透明质酸、和甘草酸二钾)。

ii.药物试剂

药物活性剂的非限制性实例包括佐剂、抗痤疮剂、用于治疗红斑痤疮的试剂、镇痛剂、麻醉剂、肛门直肠炎剂、抗组胺剂、抗炎剂(包括非甾体类抗炎药)、抗生素、抗真菌剂、抗病毒剂、抗微生物剂、抗癌活性物、抗疥螨剂、灭虱剂、抗肿瘤剂、止汗剂、止痒剂、抗银屑病药、抗皮脂溢药、生物活性蛋白和肽、烧伤治疗剂、烧灼剂、脱色剂、脱毛剂、尿布疹治疗剂、酶、生发刺激剂、生发抑制剂(包括DFMO及其盐和类似物)、止血剂、角质剥脱剂、溃疡治疗剂、唇疱疹治疗剂、牙齿和牙周治疗剂、光敏活性物、皮肤保护剂/屏障剂、类固醇(包括激素和皮质类固醇)、晒伤治疗剂、防晒剂、透皮活性物、鼻腔活性物、阴道活性物、疣治疗剂、伤口治疗剂、伤口愈合剂等。

iii.纳米颗粒剂

纳米颗粒的非限制性实例包括金属颗粒、金属氧化物、或其合金、有机和无机材料的量子点、颗粒形2D材料(小片)或其任意组合。金属颗粒可包括碱金属、碱土金属、贵金属(例如金、铂、钯)和过渡金属(例如银、铬、铜、镍、钴镧系金属等)。

iv.生物试剂

生物试剂包括病原体(例如，细菌、病毒、原生动物、寄生虫、真菌或朊病毒)、蛋白质、抗微生物剂、DNA、微生物、细胞(例如，原核细胞、真核细胞、肿瘤细胞等)、抗体(例如，多克隆抗体和/或单克隆抗体)、抗体片段、抗体-药物缀合物、激素(例如肽激素(例如胰岛素或生长激素)、或脂质激素(例如类固醇激素，例如前列腺素和雌激素))、多肽(例如蛋白质、或具有催化活性的蛋白质(例如具有连接酶、异构酶、裂解酶、水解酶、转移酶或氧化还原酶活性的蛋白质))等。

病毒的非限制性实例包括腺病毒科(例如腺病毒)、疱疹病毒科(例如，单纯疱疹病毒1型和2型、以及爱泼斯坦-巴尔病毒)、乳头瘤病毒科(例如人乳头瘤病毒)、嗜肝DNA病毒科(例如乙型肝炎病毒)、黄病毒科(例如，丙型肝炎病毒、黄热病病毒、登革热病毒、西尼罗河病毒)、逆转录病毒科(例如免疫缺陷病毒(HIV))、正粘病毒科(例如流感病毒)、副粘病毒科(例如，麻疹病毒、腮腺炎病毒)、弹状病毒科(例如狂犬病毒)、和呼肠孤病毒科(例如轮状病毒)。

细菌的非限制性实例包括革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。革兰氏阳性细菌的非限制性实例包括棒状杆菌属、分枝杆菌属、诺卡氏菌属、链霉菌属、葡萄球菌属(例如金黄色葡萄球菌(S.aureus))、链球菌属(例如肺炎链球菌(S.pneumoniae))、肠球菌属(例如屎肠球菌(E.faecium))、芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属(例如艰难梭状芽孢杆菌(C.difficile))和利斯特氏菌属。革兰氏阴性细菌的非限制性实例包括嗜血杆菌属、克雷白氏杆菌属、军团杆菌属、假单胞菌属、埃希氏杆菌属(例如大肠杆菌(E.coli))、变形杆菌属、肠杆菌属、沙雷氏菌属、螺杆菌属(例如幽门螺旋杆菌(Holicobacter pylon))和沙门氏菌属。

v.油和提取物

油和提取物可分为以下几类：(i)精油；(ii)芳香化学品；(iii)净油；(iv)香脂；(v)浓缩油；(vi)精华；(vii)提取物；(viii)树脂；和(ix)浸剂。植物提取物(例如，芦荟、洋甘菊、黄瓜提取物、银杏、人参、和迷迭香)可以在本发明的情况下用作活性剂。精油包括来自草本植物、花卉、树木和其他植物的油。这些油通常作为植物细胞之间的微小液滴存在，并且可以通过本领域技术人员已知的几种方法提取(例如，蒸汽蒸馏、脂吸法(即，通过使用脂肪进行提取)、浸渍、溶剂提取、或机械压榨)。发现精油的典型物理特征包括在约160℃至240℃之间变化的沸点和约0.759至约1.096的密度。在微米或纳米材料上负载油和/或提取物可以抑制油的蒸发和/或油的氧化。当微米或纳米材料由不透明材料或包含UV阻断剂的材料制成时，可以抑制油的氧化。

精油通常由油所存在的植物命名。例如，玫瑰油或薄荷油分别来自玫瑰和薄荷植物。可用于本发明情况下的精油的非限制性实例包括芝麻油、澳洲坚果油、茶树油、月见草油、西班牙鼠尾草油、西班牙迷迭香油、芫荽油、百里香油、甘椒浆果油、玫瑰油、茴香油、香脂油、香柠檬油、紫檀油、雪松油、洋甘菊油、鼠尾草油、香鼠尾草油、丁香油、柏树油、桉树油、小茴香油、海茴香油、乳香油、天竺葵油、姜油、葡萄柚油、茉莉油、杜松油、薰衣草油、柠檬油、柠檬草油、白柠檬油、橘子油、马郁兰油、没药油、橙花油、橙油、广藿香油、胡椒油、黑胡椒油、苦橙叶油、松油、奥图玫瑰油、迷迭香油、檀香油、留兰香油、甘松油、香根草油、冬青油、依兰油、或其任意组合。本领域技术人员已知的其他精油也被认为可用于本发明的情况下。

可以使用赋予香味/气味的化合物。例如，香芹酮、苯甲酸异戊酯、庚炔碳酸甲酯、三乙酸甘油酯、茴香脑、甲基异丁子香酚、黄樟素、二苯醚、丙酸苄酯、乙酸丁子香酚、乙酸苯乙酯、乙酸肉桂酯、苯丙酮、乙酸对甲苯酯、对甲基苯乙酮、乙酸苄酯、乙酰乙酸乙酯、苯甲酸乙酯、异黄樟素、肉桂酸乙酯、苯乙酮、苯甲酸苄酯、对甲氧基苯乙酮、肉桂酸甲酯、甲酸苄酯、苯甲酸甲酯、2-十一烷酮、月桂酸乙酯、异戊酸异戊酯、2-壬酮、乙酸芳樟酯、乙酸辛酯、苯基甲基羰基丙酸酯、丁酸异戊酯、乙酸薄荷酯、薄荷酮、苯基甲基羰基乙酸酯、乙酸松油酯、侧柏酮、辛酸乙酯、小茴香酮、乙酸香叶酯、乙酸龙脑酯、长叶薄荷酮、对甲酚乙酯、甲基丁子香酚、胡椒酮、茉莉花素、甲基胡椒酚、二苄基醚或其任意组合。本领域技术人员已知的其他香味化合物也被认为可用于本发明的情况下。

vi.离子液体、悬浮液和聚合物试剂

离子液体是离子的盐样材料，在100℃以下是液体。离子液体可用作溶剂、分离介质、电解质、润滑剂等。离子液体可以与水或有机溶剂混溶，因此可以用本发明的胶体体实现向特定溶剂的靶向释放或避免与特定溶剂接触。可商购获得的离子液体是1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF₆)。[BMIM]PF₆、1-甲基-4-甲酰基吡啶碘1-己基-3-甲基咪唑[NTf2]([HMIM][NTf2])和其他离子液体可从各种商业供应商获得，例如Sigma(美国)。Petrat等人的美国专利申请公开第2006/0166856号中描述了其他离子液体的非限制性实例，其通过引用并入本文。Marr等人，Green Chem.2016,18,105描述了离子液体的阳离子和阴离子的非限制性实例，其通过引用并入本文。

悬浮液的非限制性实例包括以上所列的试剂、缓冲液等的微米或纳米颗粒/微米或纳米结构的悬浮液(例如，金微米或纳米颗粒的水性悬浮液、金属氧化物微米或纳米颗粒、和气凝胶)、药物悬浮液、含水悬浮液或溶剂悬浮液。

聚合物可以是合成聚合物、天然聚合物、或两者的共混物。聚合物的非限制性实例包括官能化聚合物、掺杂聚合物、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、多肽或多核苷酸、涂覆有聚合物的纳米颗粒/纳米结构等。有机聚合物的非限制性实例包括间苯二酚-甲醛、苯酚-甲醛、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚氨酯、和环氧树脂。生物聚合物的非限制性实例包括壳聚糖、海藻酸、明胶、果胶、和琼脂。

B.制备胶体体的方法

可以使用纳米沉淀、乳液扩散、双乳化、乳液凝聚、聚合物涂覆、逐层沉积、乳液蒸发或乳化和基于流动的方法来制备本发明的胶体体。在特定实例中，通过将微米或纳米材料和核材料与液体介质组合，可以形成具有响应性微米或纳米结构胶体体壳的本发明的胶体体。然后可以将液体介质混合以获得聚集在核材料周围的多个微米或纳米材料。或者，液体介质可以移动通过膜以获得聚集在核材料周围的多个微米或纳米材料。活性剂可以结合到存在于液体介质中的多个微米或纳米材料的表面，或随后浸渍到所形成的壳的表面中或附着到所形成的壳的表面。在一些实施方案中，液体介质可以是核材料。液体介质可以是水性介质或溶液、水包油乳液或油包水乳液。

在一些实例中，微米或纳米材料可以在有或没有表面活性剂或乳化剂的情况下分散在油(或第二相系统、水、缓冲液、溶剂)中。可以在均化器中剧烈搅拌该体系以形成基于微米或纳米材料的胶体体结构。可以通过双相分离方法、离心或过滤方法收集这些胶体体。一经收集，便可将胶体体分散于合适的溶剂中。在微米或纳米材料中负载有活性剂的实例中，可以快速(或以连续方式)进行再分散以防止活性剂的损失(例如，活性剂从纳米凝胶中扩散)。溶剂的选择可以使得活性剂在溶剂中的分配系数较低。可以再次重复乳化步骤以获得第二层、第三层或更多层的微米或纳米材料，以形成层状壳。

在其他实例中，膜可用于迫使微米或纳米材料进入乳化溶液中以产生均匀分散的结构。膜乳化可以在一个单元中进行，其中两个或更多个膜是串联的。如需要，可以改变每个胶体体壳中的纳米材料的尺寸以在壳内获得期望的孔隙率以及调节每个胶体体壳的体积和释放曲线。在一些实施方案中，使用膜以一步法制备微米或纳米材料和胶体体。

制备胶体体的非限制性实例描述于实施例和整个说明书中。举例来说，可以制备包含溶剂和以下物质的储液：聚乙烯醇(PVA)或聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAAm)、pNIPAAm-MBA共聚物、交联的pNIPAAm、官能化的pNIPAAM、交联的官能化的pNIPAAm、其共聚物、和其交联的共聚物、填充有活性剂(例如香料，例如作为例如挥发性分子的柠檬烯以及作为例如惰性香料的丁子香酚/香草醛)的微米或纳米凝胶。储液的温度可以保持在期望温度(例如，0℃至100℃)。可以将另一种活性物(例如另一种香料)的溶液滴加到上述储液中。乳液比率可以是1:4、1:6或1:8等。可以在搅拌下(例如，以特定rpm(100rpm至5000rpm))将乳液搅拌期望的时间(例如1小时至5小时)，然后超声处理几分钟。可在单缸涡旋器或均化器系统中完成这些混合步骤。在一些实例中，可加入稳定剂分子(例如表面活性剂、乳化剂、十二烷基硫酸钠(SDS)等)以稳定乳液。可以购买商业来源(例如Dow Corning)的稳定剂化合物。为了获得均一的尺寸，乳液可以以μL/分钟至L/分钟的各种进料速率通过膜组件，以允许连续产生均一尺寸的胶体体结构。通过添加特定的介质溶液并进行相分离，可以在另一种介质例如水中提取胶体体。通过用另一种溶剂(例如用于除去异丙醇的1,4-二烷)洗涤胶体体可以除去溶剂介质。

在一些实施方案中，微米凝胶自组装成胶体体，然后在活性剂存在下使用交联剂结合在一起。交联剂的非限制性实例包括戊二醛和1,4-丁二醇二缩水甘油醚。可以通过以各种速率混合聚合物溶液以形成微米或纳米凝胶，从而调节胶体体的尺寸和/或形状和/或填充密度和填充的微米凝胶之间的间隙。举例来说，可以以慢的溶液混合速率(例如2mL/小时至最快10mL/小时)来制备不同形状的胶体体(例如，三角形、菱形、球形等)。慢的混合速率还可限制游离和/或溶胀的微米凝胶的浓度。在一个实施方案中，可以通过获得包含聚合物前体(单体)和交联剂的第一溶液来制备胶体体。其可以与包含交联剂和任选的乳化剂(例如硅聚醚共聚物)的第二溶液混合。可以将溶液混合(例如，超声处理)，然后加热(例如，30℃至100℃、50℃至80℃、或55℃至75℃、或约60℃)足够的时间以将微米凝胶结合在一起，从而形成胶体体结构。在一些实例中，可在加热之前或之后将另外的交联剂加入溶液中。

在一些实施方案中，胶体体可以在不存在乳化剂和醇的情况下制备。在一种方法中，微米凝胶和活性剂的水溶液可以在25℃至30℃下以期望的rpm(例如，100rpm至250rpm、或150rpm至225rpm、或175rpm至200rpm)摇动约20小时至30小时，然后以比摇动rpm更高的rpm(例如，550rpm至900rpm、575rpm至875rpm、或600rpm至800rpm)搅拌直至形成乳液(例如，约20小时至30小时)。可以加入交联剂，可以加热混合物(例如，30℃至100℃、50℃至80℃、或55℃至75℃、或约60℃)，然后进行老化直至反应完全(例如，约0.5小时至100小时、或约10小时至75小时)以形成具有包围活性剂核的微米凝胶壳的胶体体。在一些实例中，活性剂负载于壳的间隙中。

在本发明的一些实施方案中，用于形成胶体体壳的微米凝胶颗粒的尺寸(以及光学透明度)可以通过在聚合期间添加十二烷基硫酸钠(SDS)来控制。举例来说，可以在SDS的存在下制备(即聚合)pNIPAAm或官能化的pNIPAAm(例如，NH₂或CO₂H官能化的pNIPAAm)微米或纳米结构，以产生直径为100nm至500nm的微米或纳米结构。不希望受理论束缚，认为SDS有助于防止凝胶颗粒在聚合过程中聚集从而产生较小直径的微粒。

可以通过调整微米或纳米材料的表面以在组装期间控制纳米材料108之间的相互作用，从而调节微米或纳米材料108的填充以形成胶体体。可以通过化学键(例如，共价键)、烧结、静电相互作用、范德华相互作用、离子相互作用、氢键、偶极相互作用或其任意组合将微米或纳米材料108连接在一起。在一些情况下，可以将聚合的微米或纳米材料加热至高于聚合的微米或纳米材料的玻璃化转变温度的温度。在加热后，聚合的微米或纳米材料可以略微结合以在微米或纳米材料之间形成桥或“颈”从而形成胶体体的壳。在优选的实施方案中，可以使用戊二醛、乙二醛、双官能酰胺酯(例如，己二酰亚胺酸二甲酯)、双官能环氧化物(例如1,4-丁二醇二缩水甘油醚)、二胺、三胺(例如亚精胺)或双官能N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯(例如乙二醇-双(琥珀酸N-羟基琥珀酰亚胺酯))来交联胶体体。

C.释放的用途和方法

本发明的胶体体可用于各种应用。举例来说，胶体体可以包含在组合物中并且组合物可以局部、经皮、或经口施用于对象。或者，组合物可施用于无生命物体的表面。如在实施例部分中举例说明的和在整个说明书中所例示的，当经受特定刺激时，活性剂可以从胶体体中释放。包含本发明的胶体体的组合物可包括药物组合物、局部皮肤护理组合物、或旨在施用于无生命物体的组合物。本发明的胶体体的用途的非限制性实例包括香料释放和化妆品、药物递送、生物分析、诊断、传感器和标志物、能量储存、生物抑制剂(驱虫剂、杀虫剂、除草剂)、尿素释放、自修复(油漆、纸张、纺织品、混凝土等)、阻燃剂、个人护理(皮肤、头发、牙齿等)、营养添加剂、维生素、调料、颜料、纺织品香味和护理(洗涤剂、软化剂等)、工业气味、动物护理等。

在其他实例中，负载有活性剂的胶体体旨在用于化学反应。举例来说，在经受适当的刺激后，胶体体可以释放第一活性剂，该第一活性剂与第二活性剂反应形成新产物。在另一个实例中，第一试剂可以被释放并与第二试剂相互作用以活化第二试剂。在另一个实例中，水溶性聚乙烯醇(PVA)微米或纳米凝胶可在潮湿或不潮湿的情况下溶胀和收缩。溶胀可以导致化学物质的受控释放，但同时，溶胀的PVA微米或纳米凝胶可以使孔径闭合或最小化，从而防止任何化学物质从中心核流出。在一个特定实例中，p(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAAm)微米或纳米凝胶的胶体体壳可在温度变化(20℃至100℃，优选25℃至70℃，更优选25℃至60℃)下起作用以释放活性剂。活性剂释放的驱动力和调控性可部分地由顶部空间浓度确定。不希望受理论束缚，认为由于微米或纳米材料壳之间的纳米级/介观尺度孔隙率(例如，1nm至20nm)，多层壳中的受控释放由微米或纳米材料结构获得。该孔隙率可随刺激和时间而变化。当达到最大孔隙率时，可能发生破裂释放。除了触发机制和周围环境外，胶体体的渗透性可取决于留在核和纳米凝胶中的活性剂的量以及胶体体壳的壳厚度和尺寸。

刺激的非限制性实例包括pH范围、电磁辐射、温度范围、机械力(例如，施加或去除压力、压力的突然变化、剪切力、摩擦作用和/或脉冲力)、湿度、是否存在化学物质、气味、或其任意组合。pH可以从酸性变为碱性，反之亦然。举例来说，pH可以从1变化到12、从2变化到8、从2变化到4、从8变化到12、从12变化到5、从10变化到3、或从8变化到5。电磁辐射可包括紫外辐射、可见光辐射、红外辐射、或其任意组合。电磁辐射源可包括太阳和/或灯(例如，UV灯、UV/可见光灯、可见光灯)。温度范围可以是大于或基本上等于以下任意一个数值、或在以下任意两个数值之间的任何范围：25℃至100℃、或30℃至80℃、或40℃至60℃、或25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃。

图3A至图3D描绘了使用本发明的负载有活性剂的胶体体的方法300和方法302的图示。参考图3A，可以对胶体体100进行刺激以从微米或纳米材料108释放活性剂106。

本发明的胶体体可以储存响应于不同刺激而释放的多种活性剂。这可以产生多种活性剂递送体系或使两种释放的活性剂之间能够进行快速和局部的活性剂反应(例如化学反应)，从而产生新的产物/化学物质。从核和/或壳释放的化学物质可以相同或不同。这种递送方法可以实现受控的或选择性的化学反应，从而导致所释放产物的组成的可调性。参考图3B，可以对胶体体100进行刺激以从位于壳的外层中的微米或纳米材料108释放活性剂106。存在于微米或纳米材料108'中的活性剂106'也可以响应于相同的刺激而释放。然后，活性剂106和106'可以反应形成产物304。在一些实施方案中，活性剂106和106'不反应形成产物304。

相比之下，可以使用多种刺激来释放活性剂106和106'。特别地，参考图3C，可以对负载有活性剂106和106'的胶体体100进行第一刺激以从微米或纳米材料108'释放活性剂106'。这产生了胶体体100'(即，不具有活性剂106'的胶体体)。然后可以对胶体体100'进行第二刺激以从微米或纳米材料108释放活性剂106。然后，活性剂106和106'可以反应形成反应产物304。在一些实施方案中，活性剂106和106'不反应形成产物304。

在一些实施方案中，活性剂从微米或纳米材料的触发释放可以是活性剂最初的破裂释放(例如，从核释放)。然后相同或不同的活性剂可以从壳受控且持续地释放。在其他实例中，可以实现相反的功能，其中在受控或延迟地释放外壳中的活性剂后，可以从核和/或任选的内壳(如果存在的话)发生破裂释放。后一释放可表明释放曲线的结束。参考图3D，可以对方法304中的胶体体100进行刺激，使得微米或纳米材料108'破裂以释放试剂106'，从而导致胶体体100”的形成。然后，当进行第二刺激时，活性剂106可以从微米或纳米材料108释放。

可以将本发明的胶体体设计成具有各种释放曲线。举例来说，图4A至图4C示出了胶体体的释放曲线，这些胶体体具有微米或纳米材料、间隙B、以及核且负载有活性剂A、C、D和E。图5示出了负载有多种活性剂A、C和D的单壳胶体体的潜在释放曲线。参考图4A，其示出了胶体体可能的释放曲线，这些胶体体具有微米或纳米材料、间隙和核且分别负载有活性剂A和C。取决于所使用的微米或纳米材料以及一种或多种刺激，释放曲线可以是：1)首先从核释放活性剂C，然后从壳释放活性剂A(示出了两个曲线)；2)从壳释放活性剂A，然后从核释放活性剂C；或3)同时或基本上同时从壳释放活性剂A和从核释放活性剂C。图4B示出了胶体体可能的释放曲线，这些胶体体具有第一微米或纳米材料壳、微米或纳米材料之间的间隙B、核和第二胶体体外壳且分别负载有活性剂A、C和D。取决于所使用的微米或纳米材料以及一种或多种刺激，释放曲线可以是：1)首先从核释放活性剂C，然后分别从第一壳和第二壳相继释放活性剂(例如活性剂A和D、或活性剂D)；2)从第二胶体体壳释放活性剂D，从第一胶体体壳释放一种和/或两种活性剂，然后从核释放活性剂C；3)同时或基本上同时从核释放活性剂C，以及从第一壳释放活性剂A和从第二壳释放一种活性剂；4)从第二胶体体壳释放活性剂D，从核释放活性剂C，然后从第一胶体体壳释放一种活性剂和/或活性剂A；或5)同时或基本上同时从第一胶体体壳释放一种活性剂A和从核释放活性剂C，然后从第二胶体体壳释放活性剂D。图4C示出了胶体体可能的释放曲线，这些胶体体具有第一微米或纳米材料壳、微粒或纳米材料之间的间隙B、核、第二(中间)胶体体壳、和第三胶体体(外壳)且分别负载有活性剂A、C、D、和E。取决于所使用的微米或纳米材料以及一种或多种刺激，释放曲线可以是：1)首先从核释放活性剂C，从第一胶体体壳释放活性剂A，从第二胶体体壳释放活性剂D，从第三胶体体壳释放活性剂E；或2)从第一胶体体壳释放活性剂A，从第二胶体体壳释放活性剂D，从第三胶体体壳释放活性剂E，然后从核释放活性剂C。

图5示出了单壳胶体体的释放曲线。壳包含不同的微米或纳米材料，其可以负载有相同或不同的活性剂(例如A和D)。核可以负载有活性剂C。取决于所使用的微米或纳米材料以及一种或多种刺激，释放曲线可以是：1)从核释放活性剂C，然后释放一种活性剂A和/或D；2)从壳释放一种活性剂A和/或D，然后从核释放活性剂C；3)同时从胶体体释放所有活性剂A、C、和D；4)从核释放活性剂C，然后从壳释放活性剂A，然后从壳释放活性剂D；5)从壳相继释放两种活性剂A和D，然后从核释放活性剂C；6)同时从壳释放两种活性剂A和D以及从核释放活性剂C；7)从壳释放活性剂A，然后从核释放活性剂C，然后从壳释放活性剂D；8)同时从壳释放活性剂A和从核释放活性剂C，然后从壳释放活性剂D；9)从核释放活性剂C，然后从壳相继释放活性剂A、D、和E(未显示)；或10)从壳连续释放活性剂A、D、和E(未显示)，然后从核释放活性剂C。

实施例

将通过具体实施例详细描述本发明。所提供的以下实施例仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本发明。本领域技术人员将容易地识别出各种非关键参数，其可以被改变或修改以产生基本相同的结果。

实施例1A-1D

(微米凝胶和官能化微米凝胶合成)

实施例1A：pNIPAAm微米凝胶合成。使用Acciaro等人,Langmuir,2011,27,7917中的程序制备聚(N-异丙基丙烯酰胺)微米凝胶。将大约1g NIPAAm单体(Acros Organics^TM，购自美国ThermoFisher Scientific)溶解在去离子(DI)水(70mL)中。通过1μm滤纸(Whatman^TM)对得到的混合物进行真空过滤，然后转移至配备有冷凝器的反应容器(三口烧瓶)中并用惰性气体(N₂)吹扫。在搅拌下将该溶液与0.16克MBA(美国Fisher Chemicals)混合，并在N₂下加热至约70℃，维持30分钟。向该溶液中加入过硫酸钾溶液(在5ml水中的0.042g K₂S₂O₈(Acros))，在约70℃下搅拌反应1小时，然后从加热浴中取出，并通过加入室温的去离子水(20mL)使其快速冷却。将产物悬浮液转移至已预浸于水中的透析管(Thermo，Snakeskin MWCO 10kDa)中。将管在1.5L水中缓慢搅拌5天，期间换水4次。

实施例1B：NH₂-pNIPAAm微米凝胶+SDS合成。NIPAAm单体(1g)、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(0.061g，Fisher Chemicals)、烯丙胺(0.066mL，美国Alfa，约9:1的NIPAAm:烯丙胺的摩尔比)和十二烷基硫酸钠(0.125g,美国Sigma-)溶解在去离子水(70mL)中，该去离子水通过经由气体分散管用氮气吹扫来预先脱气>0.25小时。搅拌溶液并在N₂下加热至约70℃，维持30分钟。向该溶液中滴加过硫酸钾溶液(在5ml水中的0.039g K₂S₂O₈(Acros))，并将该反应在约70℃下搅拌1小时，然后从加热浴中取出，并通过加入室温的去离子水(20mL)使其快速冷却。将产物悬浮液转移至已预浸于水中的透析管(Thermo，Snakeskin MWCO 10kDa)中。将管在1.5L水中缓慢搅拌5天，期间换水4次，以形成NH₂-官能化的p-NIPAAm微米凝胶。

实施例1C：NH₂-pNIPAAm微米凝胶-SDS合成。NIPAAm单体(8.1g)、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(0.32g)、和烯丙胺(0.56mL，约9:1的NIPAAm:烯丙胺的摩尔比)溶解在去离子水(0.3L)中，该去离子水通过经由气体分散管用氮气吹扫来预先脱气>0.25小时。搅拌溶液并在N₂下加热至约70℃，维持30分钟。向该溶液中滴加过硫酸钾溶液(在5ml水中的0.4gK₂S₂O₈(Acros))，并将该反应在约70℃下搅拌2.5小时，然后从加热浴中取出，通过100微米滤布过滤并置于冰上。将产物悬浮液转移至已预浸于水中的透析管(Thermo，SnakeskinMWCO 10kDa)中。将管在7L水中缓慢搅拌5天，期间换水4次。将一部分微米凝胶悬浮液转移至聚丙烯瓶中，在固体二氧化碳上冷冻并冻干以于3天后产生米白色固体泡沫。在使用前，可以在剧烈搅拌下将冻干的微米凝胶重悬于去离子水中。

实施例1D：CO₂H-pNIPAAm微米凝胶合成。NIPAAm单体(2.5g)、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(0.0.18g，Fisher Chemicals)、丙烯酸(0.130mL，美国Alfa，约9:1的NIPAAm:丙烯酸的摩尔比)和十二烷基硫酸钠(0.32g，美国Sigma-)溶解在去离子水(0.1L)中，该去离子水通过经由气体分散管用氮气吹扫来预先脱气>0.25小时。搅拌溶液并在N₂下加热至约68℃，维持30分钟。向该溶液中滴加过硫酸钾溶液(在5ml水中的0.11g K₂S₂O₈(Acros))，并将该反应在约68℃下搅拌3小时，然后从加热浴中取出，并通过加入室温的去离子水(20mL)使其快速冷却。将产物悬浮液转移至已预浸于水中的透析管(Thermo，SnakeskinMWCO 10kDa)中。将管在1.5L水中缓慢搅拌5天，期间换水4次以产生CO₂H-官能化的pNIPAAm。

实施例2A

(制备pNIPAAm/柠檬烯胶体体的一般连续添加法)

准备第一溶液(溶液A)NH₂-pNIPAAm微米凝胶悬浮液(1.73mL，由实施例1C制备)、乙醇(15.6mL)、水(2.6mL)和戊二醛(25重量％，1mL至6mL，美国ThermoFisher Scientific的Fisher Scientific)。溶液A的总体积为约20mL。制备柠檬烯(5g，Acros Organics^TM)和制剂助剂DC5200(1g，美国Dow Chemical)的第二溶液(溶液B)。溶液B的总体积小于10mL。将溶液各自装入单独的注射器中。将注射器固定在注射泵上，并通过T形连接器连接到共用管线。以恒定速率(2mL/小时、10mL/小时或60ml/小时)注入溶液，这使得溶液A和溶液B在乳化体系中原位混合。将乳化体系在加热室中于60℃下处理30分钟以形成溶胀的微米凝胶。随后，将微米凝胶的乳化溶液老化超过72小时以使微米凝胶交联并形成胶体体结构。该胶体体具有多个微米或纳米材料以及微米或纳米材料之间形成的间隙，其中壳的核负载有柠檬烯(活性剂)，其能够响应于刺激而从壳释放。使用具有Axio成像仪M2m的Carl Zeiss显微镜(Carl Zeiss，LLC，美国)拍摄本发明的微米凝胶和胶体体的光学图像。图6A至图6B示出了老化前(图6A)和老化后(图6B)溶胀的微米凝胶的光学图像。

实施例2B至2D

(制备聚NIPAAm/柠檬烯胶体体的连续添加法)

实施例2B重复实施例2A的步骤，同时进行如下改变。使用NH₂-pNIPAAm微米凝胶溶液(实施例1C，约73mL)和戊二醛(在水中的25重量％，6mL)的预混悬浮液。该预混悬浮液能够进行位点特异性交联，其中戊二醛被吸附在微米凝胶上。如使用热重分析(TGA)所确定的，将约19.5重量％的柠檬烯以60mL/小时负载至胶体体上。通过洗涤并以1000rpm离心10分钟来收集使用TA Instruments Discovery System(美国)进行TGA分析的样品。柠檬烯负载量由柠檬烯的重量除以总样品的重量(油的重量+聚合物的重量)来确定。

实施例2C重复实施例2A的步骤，同时进行如下改变。将所得乳液加热至最高120℃，维持1小时。摇动收缩的微米凝胶并搅拌2小时，并在室温下放置以溶胀。这使得能够通过挤压/溶胀作用来进行油的负载或包封。

实施例2D重复实施例2A的步骤，同时进行如下改变。使用2mL/小时的速率再次添加戊二醛。取由连续添加法得到的乳液(3ml至10ml乳液)并加入3ml至6ml戊二醛。将悬浮液摇动2小时，然后在60℃下加热30分钟。最后，将悬浮液老化超过72小时，同时以200rpm摇动。该方法导致更大程度的交联并允许形成胶体体，例如多壳结构、嵌套/卵黄壳结构、和不规则结构。

图7A至图7E示出了胶体体结构的图像。图7A是显示多壳(>3)胶体体结构的光学图像。虚线内为胶体体。图7B示出了嵌套的卵黄-壳结构的光学图像。虚线内为胶体体。图7C示出了具有楔形间隙的胶体体光学图像。虚线内为胶体体。图7D示出了多壳(2至3个)胶体体结构的光学图像。虚线内为胶体体。图7E示出了多个单壳胶体体结构的光学图像。在虚线圆圈内和图7E中所示的每个胶体体中，柠檬烯被聚合微米材料包围。

实施例3

(制备NIPAAm或官能化NIPAAm/柠檬烯胶体体的一般方法)

制备来自实施例1B的NIPAAM微米凝胶(23g在水中的悬浮液，4mg固体/mL，直径约0.1μm至0.5μm)、戊二醛(25重量％，0.5mL)作为溶液A。如实施例2A中制备柠檬烯(1.25g)和DC5200乳化剂(0.14g)作为溶液B。使两种溶液接触以形成包围柠檬烯核的pNIPAAm微粒壳。将溶液进行探针超声处理，然后在70℃下加热约0.5小时，之后老化72小时。

实施例4A

(用乙二醇-双(琥珀酸N-羟基琥珀酰亚胺酯)交联剂制备氨基-NIPAAm/柠檬烯胶体体的方法)

准备来自实施例1C的重构的冻干NIPAAm微米凝胶(50mg，直径约0.5μm至1.0μm)和水(5g)。在剧烈搅拌下加入柠檬烯(0.6g)。分批加入1,4-丁二醇二缩水甘油醚(84mg，20×反应当量，CAS号2425-79-8)。在搅拌下将溶液于室温下老化以形成胶体体，该胶体体具有包围柠檬烯核的交联的pNIPAAm聚合物壳。

实施例4B

(用1,4-丁二醇二缩水甘油醚交联剂制备氨基-NIPAAm/柠檬烯胶体体的方法)

准备来自实施例1C的重构的冻干NIPAAM微米凝胶(50mg，直径约0.5μm至1.0μm)和水(5g)。在剧烈搅拌下加入柠檬烯(0.6g)。分批加入乙二醇-双(琥珀酸N-羟基琥珀酰亚胺酯)(49mg，5×反应当量，CAS号70539-42-3)。在搅拌下将溶液于室温下老化2天以形成包围柠檬烯核的pNIPAAm聚合物壳。

实施例5

(来自多种尺寸微米凝胶摇动方法的胶体体)

将来自实施例4A的一部分反应产物(1g，用直径为约0.5μm至1.0μm的NH₂-pNIPAM微米凝胶合成)与NH₂-pNIPAM微米凝胶的悬浮液(3g，根据实施例1B合成的5mg pNIPAM/g悬浮液，直径为约0.2μm至0.5μm的微米凝胶)混合，并在旋转轨道摇床上摇动。加入另外的1,4-丁二醇二缩水甘油醚(30微升)并将反应在室温下摇动过夜以形成胶体体，其具有多种尺寸的微米凝胶形成的壳和柠檬烯核。图8是由各种尺寸的微米凝胶制成的胶体体混合物的光学图像。

实施例6

(制备pNIPAAm/柠檬烯胶体体的一般离心方法)

将NIPAAm的NH₂官能化的pNIPAAm微米凝胶在水中的悬浮液(根据实施例1C合成的约10mg pNIPAAM/g悬浮液，30mL至50mL溶液)离心并收集固体。随后，将柠檬烯(1mL)加入至所收集的湿微米凝胶固体中。将混合物在200rpm下摇动24小时，然后在600rpm至800rpm下再搅拌24小时。形成乳膏状乳液。将乳液与3mL至6mL的戊二醛(在水中的25重量％)混合，并在60℃下加热30分钟。将所得混合物老化超过72小时以形成具有胶体体结构的乳膏状乳液。图9A示出了溶胀的NH₂官能化NIPAAm微米凝胶的光学图像，图9B示出了具有包封在胶体体内的柠檬烯的交联微米凝胶的光学图像。图10是使用Anton Paar Litesizer^TM(AntonPaar，GmBH，德国)获得的图9B胶体体的平均直径尺寸分布数据。平均直径为约5.8微米(5800nm)。表2列出了分位数数据。图11示出了微米凝胶(约100nm处的峰)和胶体体(约915nm处的峰)的颗粒直径(nm)与由强度表示的分布的关系。

表2

实施例7

(制备多聚NIPAAm/柠檬烯胶体体的一般超声处理方法)

将水中的NH₂-NIPAAm微米凝胶(10mL，根据实施例1C合成)与乙醇(90mL至99.5mL)和水(5mL至25mL)混合。向上述溶液中进一步加入戊二醛(在水中的25重量％，2ml至6ml)并混合。通过混合柠檬烯(0.1gm至10gm)和乳化剂(DC5200(Dow Corning(美国)，0.001gm至1gm)来制备另一种溶液混合物。将两种溶液混合物混合在一起，然后在50％的功率振幅下超声处理(在声波分离器中)特定的时间(1分钟至10分钟)。经超声处理的溶液从无色/混浊溶液变为均匀乳状溶液。将该溶液在加热室中于60℃下处理30分钟。随后，将乳化的溶液老化超过72小时以形成具有胶体体结构的乳膏状乳液。这些胶体体的产率低于实施例2A至2D中实现的产率。图12示出了本发明的胶体体混合物、溶胀的微米凝胶和游离的柠檬烯液滴的光学图像。如通过TGA分析所确定的，约8重量％的柠檬烯负载在胶体体上。

实施例2A至2D中说明的方法显示出胶体体尺寸的可调性，其与添加速率和/或制备方法相关。举例来说，实施例2A至2D可用于制备(例如，以最慢的速率2mL/小时)比超声处理所得到的更高的胶体体产率。在另一个实施例中，离心可用于活性剂的高负载(例如，50重量％至70重量％)。在另一个实施例中，以2mL/小时的速率可以观察到形成不同的胶体体形状(例如，三角形、圆形、菱形、矩形)形成。图13示出了具有不同形状的胶体体。

实施例8

(从胶体体释放柠檬烯)

确定活性剂从本发明的胶体体的释放。将来自实施例2A(50μL)或实施例2D的胶体体置于透析盒(ThermoFisher Scientific(美国)Slide-A-Lyzer；2000MWCO)中，其容量为3mL并装有乙醇(1.5mL))。将该盒转移至含有乙醇(20mL)的聚乙烯袋中。通过吸光度测量在23℃下通过透析盒的膜扩散到袋中的乙醇溶液中的柠檬烯的量。使用UV-Vis-Near红外分光光度计(Ocean Optics(美国))在1cm路径长度的比色皿中于235nm波长下记录盒外乙醇中柠檬烯的吸光度测量值，直至达到平衡。图14示出了本发明的胶体体与对照品的柠檬烯浓度随时间的关系。对照品是25μL置于透析盒中的柠檬烯。根据数据确定，与对照品以及实施例2A的胶体体递送体系相比，实施例2D中交联剂的添加导致更慢的柠檬烯释放。

实施例9

(温度对从胶体体释放柠檬烯的影响)

使用实施例8中描述的相同方法(不同之处在于将含有盒的袋加热至25℃、35℃、45℃、或55℃)，对用实施例2D的方法制备的四个胶体体样品确定温度对从本发明胶体体释放柠檬烯的影响。图15示出了在1分钟内从本发明的胶体体释放的柠檬烯与温度的关系。根据数据确定，可以通过将胶体体加热至期望的温度来控制和/或触发柠檬烯从本发明的胶体体递送体系的释放。表1列出了释放的柠檬烯的量。

表1

样品编号	温度℃	释放的柠檬烯％
			1(实施例2D)	25	28.5
2(实施例2D)	35	46.0
			3(实施例2D)	45	57.4
4(实施例2D)	55	70.8

实施例10

(从组合物中的胶体体释放活性剂)

确定当本发明的胶体体包含在组合物中时，活性剂从本发明的胶体体的释放。通过向20％水的乙醇溶液(0.5g)中加入来自实施例2D的负载有柠檬烯的胶体体(0.5g)来制备组合物样品。按照实施例8确定所释放的柠檬烯的量。图16示出了在水(顶部的线)和组合物(底部的线)中的本发明的胶体体随时间释放的柠檬烯的量。

实施例11

(光学透明度)

确定各种浓度的本发明的负载胶体体的光学透明度。通过向乙醇(1.5mL)中加入已知量的来自实施例2D的pNIPAAm胶体体(0.005g至0.059g)来制备样品，并使用OceanOptics UV-Vis-NIR光谱仪测量样品的透射率。图17示出了本发明的胶体体的透射百分比和浓度之间的关系。根据数据确定，负载有活性剂(柠檬烯)的胶体体在低于5％的浓度下保持大于50％的透明度。

实施例12

(对比样品-不使用交联剂制备的胶体体)

如实施例4中所述制备NH₂-pNIPAAm的胶体体，不同之处在于不使用交联剂。在乙醇中稀释后，通过光学显微镜观察微米凝胶而不是胶体体的均匀分布，符合不使用交联剂将结构保持在一起的情况。图18示出了在水中的微米凝胶乳液的光学图像。

Claims (20)

1.一种胶体体，其包括：

(a)响应性微米或纳米结构多孔壳，其由多个微米或纳米材料以及在微米或纳米材料之间形成的间隙限定，其中所述壳负载有能够响应于刺激而从壳释放的活性剂；和

(b)由响应性微米或纳米结构多孔壳限定的核。

2.根据权利要求1所述的胶体体，其中所述多个微米或纳米材料是微米凝胶颗粒、纳米凝胶颗粒、聚合物刷、表面活性剂分子、金属氧化物颗粒、脂质颗粒、嵌段共聚物、交联聚合物、生物聚合物、生物分子、胶束/树枝状聚合物结构、卵黄/壳结构、核/壳结构、石榴结构、中空结构/纳米材料、官能化微米或纳米结构、或其组合。

3.根据权利要求2所述的胶体体，其中多个纳米材料是具有凝胶相的微米或纳米凝胶颗粒，所述凝胶相包括亲水性聚合物、疏水性聚合物、两亲性聚合物、两憎性聚合物、亲脂性聚合物或疏脂性聚合物、或其组合的聚合物网络。

4.根据权利要求3所述的胶体体，其中所述聚合物网络包括交联聚合物或共聚物，其中所述聚合物包括聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAAm)、pNIPAAm-聚(N,N'-亚甲基双丙烯酰胺)共聚物、聚(乙二醇)、官能化(pNIPAAm)、聚乙烯醇(PVA)、羟基化聚(甲基)丙烯酸酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、甲基丙烯酸2-羟乙酯(HEMA)、聚(马来酸/辛基乙烯基醚)(PMAOVE)、聚氨酯、聚(丙烯酸)、聚(丙烯酸硬脂基酯)(PSA)、聚(丙烯酰胺)及其共聚物、或聚烯烃、或其任意组合。

5.根据权利要求1所述的胶体体，其中所述刺激是温度范围、pH范围、电磁辐射、机械力、湿度、是否存在化学物质、气味、或其任意组合。

6.根据权利要求1所述的胶体体，其中所述壳的屈服强度为1kPa至1MPa或1kPa至50kPa。

7.根据权利要求1所述的胶体体，其中所述活性剂结合至多个微米或纳米材料的表面，负载或浸渍在多个微米或纳米材料内，或者包含在微米或纳米材料之间形成的多个间隙内。

8.根据权利要求7所述的胶体体，其还包括第二活性剂。

9.根据权利要求8所述的胶体体，其中所述活性剂和所述第二活性剂是不同的，并且任选地在从壳释放后能够彼此发生反应以形成活化材料。

10.根据权利要求8所述的胶体体，其中所述壳能够响应于相同或不同的刺激而释放所述活性剂和所述第二活性剂。

11.根据权利要求1所述的胶体体，其还包括包围壳的第二响应性微米或纳米结构多孔壳，其中所述第二壳包括第二组多个微米或纳米材料以及在第二组微米或纳米材料之间形成的间隙。

12.根据权利要求1所述的胶体体，其中所述核是聚合物乳液或聚合物凝胶、或空隙空间，其中所述核任选地负载有核活性剂。

13.根据权利要求1所述的胶体体，其中所述胶体体的总尺寸为5nm至30000nm，所述多个微米或纳米材料的平均尺寸为2nm至15000nm，和/或所述核的尺寸为5nm至2500nm，条件是所述核的尺寸大于所述多个微米或纳米材料的平均尺寸。

14.根据权利要求1所述的胶体体，其中所述活性剂和/或核活性剂是化学试剂、生物试剂、油、离子液体、悬浮液、或聚合物、或其任意组合。

15.根据权利要求14所述的胶体体，其中：

所述化学试剂是药物、化妆品试剂、调味剂、产生香味的化学品、恶臭剂、反应剂、交联剂、反应性稀释剂、溶剂、无机或有机化学品、金属有机体系、石油化学品、还原剂或氧化剂、或含水盐、或其任意组合；和/或

所述生物试剂是蛋白质、肽、核酸、碳水化合物、脂质、或其任意组合。

16.根据权利要求1所述的胶体体，其中所述多个微米或纳米材料通过化学键、静电相互作用、范德华相互作用、离子相互作用、氢键、偶极相互作用、或其任意组合而相互连接。

17.根据权利要求1所述的胶体体，其中所述胶体体包含于药物组合物、局部皮肤护理组合物、光学透明介质、或旨在施用于无生命物体的组合物中。

18.一种使用权利要求1所述的胶体体递送活性剂的方法，所述方法包括对所述胶体体进行刺激以释放并递送所述活性剂。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述活性剂可控地从所述胶体体释放。

20.一种制备权利要求1所述的胶体体的方法，所述方法包括：

(a)获得包含微米或纳米材料和交联剂的第一溶液，所述交联剂包括戊二醛或1,4-丁二醇二缩水甘油醚；

(b)获得包含活性剂的第二溶液；和

(c)将溶液合并以形成包括微米或纳米结构多孔壳的胶体体，所述微米或纳米结构多孔壳包括交联的聚合物网络；

其中活性剂(i)结合至所述微米或纳米结构多孔壳的表面，或者负载或浸渍在步骤的所述壳内，和/或(ii)存在于液体介质中。