CN109621852A - 一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体的方法，包括以下步骤：将浓度2.0～3.0wt％的琼脂溶液和2.0～3.0wt％的壳聚糖溶液充分混合，制备得到琼脂与壳聚糖混合溶液，85～95℃下保存；将所得混合溶液超声去除气泡，在维持85～95℃下采用注射器缓慢滴加入同样超声去除气泡浓度为0.5～1.0wt％、温度为1～5℃的羧甲基纤维素钠溶液中并被浸没；放置20～40分钟，即制备得到天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料。本发明同时利用天然高分子琼脂的温度刺激响应性溶胶‑凝胶转变性能，以及壳聚糖与羧甲基纤维素钠通过静电相互作用形成复合膜，采用简单方便的一步滴加法直接制备得到。

Description

一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体的方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体的方法。

背景技术

天然高分子材料具有良好的生物相容性、生物可降解性、无毒性、可再生，以及来源广、价格低等诸多特点和优点，因此被广泛用于制备载体功能材料并应用于靶向输送、控制释放、生物标记、生物反应器等生物医用领域以及食品工业领域。高分子小球载体材料指的是一种以高分子材料为基质形成的小球状固体，最常用的功能就是作为药物或其他活性物质的载体系统。其中，天然高分子小球的种类包括明胶小球、淀粉小球、琼脂小球等，主要是通过凝胶法、自由基聚合法以及反相悬浮交联法等方法制备得到。高分子胶囊载体材料指的是一种具有稳定高分子壳并包覆核物质形成核壳形态结构的包装物或微型容器，具有高内容积、高比表面积、隔离不同组分的特点，从而达到控制物质释放和保护敏感物质的功能。目前用来制备天然高分子胶囊的方法主要有乳化法、微流道法、复凝胶法、层层组装法等。

琼脂是从海藻中提取的，它是一种多糖类天然高分子材料，具有天然高分子材料的一些特点和优点，例如生物可降解性、良好的生物相容性、无毒性和以及来源广、价格低等。值得注意的是，琼脂还具有温度刺激响应性溶胶-凝胶转变性能；当琼脂在水溶液中加热至85℃以上时开始溶解形成溶胶，琼脂溶胶呈现无规线团结构，另一方面当琼脂溶胶在温度降至40℃左右时转变为凝胶，形成的琼脂凝胶呈双螺旋结构[Biomacromolecules,2000,1:730-738]。琼脂的温度刺激响应性溶胶-凝胶转变性能在生物医用材料、食品工业和日用化工等领域具有应用价值。

壳聚糖是由甲壳素经过脱乙酰化反应脱去乙酰基制备而成，同样具有天然高分子材料的一些特点和优点，例如生物可降解性、良好的生物相容性、无毒性和良好的成膜性以及来源广和价格低等。值得注意的是，壳聚糖是天然多糖中的一种碱性阳离子聚电解质，能够与带相反电荷的阴离子聚电解质通过静电相互作用形成复合膜，因此壳聚糖可以作为制备天然高分子胶囊的材料，被应用于药物输送、控制释放等领域。

羧甲基纤维素钠是一种重要的纤维素衍生物，常作为稳定剂、成膜剂、黏结剂、增稠剂和药物载体应用在食品工业、日用工业和生物医用材料等领域[Journal ofPowerSources,2012,200:40-40]。羧甲基纤维素钠是一种阴离子聚电解质，分子中含有大量羧基，可以与相反电荷的阳离子聚电解质通过静电相互作用形成复合膜，因此也可以作为制备天然高分子胶囊的材料。

近年来，具有双层结构的高分子载体材料由于具备特殊的分层包埋和控制释放性能，因此受到了研究者的极大关注。例如Shang等人制备了丙烯酰胺改性甲壳素/壳聚糖核壳微球，他们对对该微球的包埋和释放性能进行了研究，结果表明将小分子量的物质被包埋在微球的核层或壳层，其释放速度都比分子量大的物质的释放速度要快的多[Advancesin Polymer Technology,2018,37,1366-1373]。Wang等人利用天然高分子明胶和琼脂的温度刺激响应性溶胶-凝胶转变性能制备了琼脂/明胶双层载体小球。该小球的双层结构可以分别包埋不同物质，并且该小球在不同温度的刺激下，能够分层释放被包埋的物质[Materials Science and Engineering C,2017,77,293-299]。然而，采用简单方便的一步法制备具有双层结构的天然高分子小球/胶囊载体材料的方法我们未见相关文献专利报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种一步制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体的方法，其在在药物输送、控制释放、生物标记、生物反应器等生物医用领域以及食品工业等领域有良好的应用价值。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体的方法，包括以下步骤：

将浓度2.0～3.0wt％的琼脂溶液和2.0～3.0wt％的壳聚糖溶液充分混合，制备得到琼脂与壳聚糖混合溶液，85～95℃下保存；

将所得混合溶液超声去除气泡，在维持85～95℃下采用注射器缓慢滴加入同样超声去除气泡浓度为0.5～1.0wt％、温度为1～5℃的羧甲基纤维素钠溶液中并被浸没；

放置20～40分钟，即制备得到内层为琼脂凝胶小球、外层为壳聚糖与羧甲基纤维素钠胶囊的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料。

按上述方案，所述琼脂溶液按以下方法制备而来：

将琼脂粉末加入蒸馏水中，置于恒温搅拌器中在85～95℃的环境下搅拌1～2小时直到琼脂粉末完全溶解，制备得到浓度2.0～3.0wt％的琼脂溶液。

按上述方案，所述壳聚糖溶液按以下方法制备而来：

将壳聚糖粉末加入蒸馏水中，搅拌0.5～1.5小时后，边搅拌边滴加摩尔浓度为0.5～1M的盐酸溶液使壳聚糖粉末充分溶解，制备得到浓度2.0～3.0wt％的壳聚糖溶液。

按上述方案，所述羧甲基纤维素钠溶液按以下方法制备而来：

将羧甲基纤维素钠粉末加入蒸馏水中，搅拌3～5小时直到羧甲基纤维素钠粉末完全溶解，制备得到浓度0.5～1.0wt％的羧甲基纤维素钠溶液。

在制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料的过程中，先将具有温度刺激响应性溶胶-凝胶转变性能的琼脂与阳离子聚电解质壳聚糖溶液，在加热条件下(>85℃)充分混合均匀后，再将琼脂与壳聚糖混合溶液缓慢滴加入冷却的羧甲基纤维素钠溶液中。此时，混合溶液液滴中的琼脂因为体系温度降低，会发生温度响应性溶胶-凝胶转变，形成内层琼脂凝胶小球；另一方面，混合溶液液滴中的壳聚糖因为扩散作用进入羧甲基纤维素钠溶液中，并与溶液中的阴离子聚电解质羧甲基纤维素钠通过静电相互作用形成了复合膜，即在琼脂凝胶小球外围形成外层壳聚糖与羧甲基纤维素钠胶囊。

本发明同时利用天然高分子琼脂的温度刺激响应性溶胶-凝胶转变性能，以及壳聚糖(天然高分子阳离子聚电解质)与羧甲基纤维素钠(天然高分子阴离子聚电解质)通过静电相互作用形成复合膜，采用简单方便的一步滴加法制备得到内层为琼脂凝胶小球、外层为壳聚糖与羧甲基纤维素钠胶囊的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料。

本发明的有益效果是：

1)本发明一种采用一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料的方法，该方法同时利用天然高分子琼脂的温度刺激响应性溶胶-凝胶转变性能，以及壳聚糖与羧甲基纤维素钠通过静电相互作用形成复合膜，采用简单方便的一步滴加法直接制备得到天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料。

2)本发明一种采用一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料的方法，该方法具有方法简便、易于控制、设备简单、操作方便、成本低、不使用有机溶剂、绿色环保、无污染等特点和优点。

3)本发明所制备的天然高分子小球/胶囊载体材料因为具有特殊的双层结构，有利于实现对不同种类的物质(例如药物、荧光物质、纳米材料等)分层包埋；并且，该小球/胶囊双层结构载体材料还有利于实现被包埋物质的分层释放、温度控制释放；因此该小球/胶囊双层结构载体材料在靶向输送、控制释放等领域有良好的应用价值。

4)本发明所制备的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料全部由天然高分子材料构成，因此具有良好的生物相容性、生物可降解性、无毒性、可再生，以及来源广、价格低等诸多特点和优点，因此在生物医用、食品、化妆品等领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1：实施例2所得天然高分子小球/胶囊双层结构载体的照片；

图2：实施例2所得天然高分子小球/胶囊双层结构载体外层胶囊切开后的照片；

图3：实施例2所得天然高分子小球/胶囊双层结构载体内层小球切开后的照片。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1

1)琼脂与壳聚糖混合溶液的制备：取1g琼脂粉末，加入装有50mL蒸馏水的烧杯中，再将烧杯置于恒温搅拌器中在85℃的环境下搅拌1小时直到琼脂粉末完全溶解，即制备得到质量百分比浓度2.0％的琼脂溶液，将琼脂溶液放在85℃的恒温水浴条件下保存，备用；

取1g壳聚糖粉末，加入装有40mL蒸馏水的烧杯中，搅拌0.5小时后，然后边搅拌边向该烧杯滴加6mL摩尔浓度为0.5M的盐酸溶液，使壳聚糖粉末充分溶解；再向烧杯中添加蒸馏水使壳聚糖溶液总体积为50mL，并继续搅拌10分钟，即制备得到质量百分比浓度2.0％的壳聚糖溶液；

取相同体积的上述琼脂溶液和壳聚糖溶液，将两溶液在85℃的恒温搅拌器中搅拌5分钟使溶液充分混合，制备得到琼脂与壳聚糖混合溶液，并将混合溶液放在85℃的恒温水浴条件下保存，备用；

2)羧甲基纤维素钠溶液的制备：取0.5g羧甲基纤维素钠粉末，加入装有100mL蒸馏水的烧杯中，搅拌3小时直到羧甲基纤维素钠粉末完全溶解，即制备得到质量百分比浓度0.5％的羧甲基纤维素钠溶液；然后将羧甲基纤维素钠溶液放入冰箱中，在1℃环境下保存，备用；

3)一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料：将步骤1)制备的85℃琼脂与壳聚糖混合溶液以及步骤2)制备的1℃羧甲基纤维素钠溶液，分别用超声仪(超声功率为50W)超声2分钟去除气泡，再使用孔径为0.40mm的注射器吸取超声后的85℃琼脂与壳聚糖混合溶液，缓慢滴加(滴加速度为每分钟10滴)入超声后的1℃羧甲基纤维素钠溶液中，使琼脂与壳聚糖混合液液滴完全浸没于羧甲基纤维素钠溶液中，然后放置20分钟，即制备得到内层为琼脂凝胶小球，外层为壳聚糖与羧甲基纤维素钠胶囊的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料。

实施例2

1)琼脂与壳聚糖混合溶液的制备：取1.5g琼脂粉末，加入装有75mL蒸馏水的烧杯中，再将烧杯置于恒温搅拌器中在90℃的环境下搅拌1.5小时直到琼脂粉末完全溶解，即制备得到质量百分比浓度2.0％的琼脂溶液，将琼脂溶液放在90℃的恒温水浴条件下保存，备用；

取3g壳聚糖粉末，加入装有90mL蒸馏水的烧杯中，搅拌1.5小时后，然后边搅拌边向该烧杯滴加9mL摩尔浓度为1M的盐酸溶液，使壳聚糖粉末充分溶解；再向烧杯中添加蒸馏水使壳聚糖溶液总体积为100mL，并继续搅拌30分钟，即制备得到质量百分比浓度3.0％的壳聚糖溶液；

取相同体积的上述琼脂溶液和壳聚糖溶液，将两溶液在90℃的恒温搅拌器中搅拌10分钟使溶液充分混合，制备得到琼脂与壳聚糖混合溶液，并将混合溶液放在90℃的恒温水浴条件下保存，备用；

2)羧甲基纤维素钠溶液的制备：取1g羧甲基纤维素钠粉末，加入装有200mL蒸馏水的烧杯中，搅拌4小时直到羧甲基纤维素钠粉末完全溶解，即制备得到质量百分比浓度0.5％的羧甲基纤维素钠溶液；然后将羧甲基纤维素钠溶液放入冰箱中，在3℃环境下保存，备用；

3)一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料：将步骤1)制备的90℃琼脂与壳聚糖混合溶液以及步骤2)制备的3℃羧甲基纤维素钠溶液，分别用超声仪(超声功率为55W)超声3分钟去除气泡，再使用孔径为0.40mm的注射器吸取超声后的90℃琼脂与壳聚糖混合溶液，缓慢滴加(滴加速度为每分钟150滴)入超声后的3℃羧甲基纤维素钠溶液中，使琼脂与壳聚糖混合液液滴完全浸没于羧甲基纤维素钠溶液中，然后放置30分钟，即制备得到内层为琼脂凝胶小球，外层为壳聚糖与羧甲基纤维素钠胶囊的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料。

图1是本发明实施例2中制备得到的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料的照片。从图1可以发现，所制备得到的天然高分子小球/胶囊载体材料呈现明显的双层结构，分为内外两层，其中内层为白色小球，外层是无色透明的胶囊，说明可以利用简单方便的一步法制备得到具有分层结构的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料。

图2是本发明实施例2中制备得到的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料的外层胶囊切开后的照片。从图2可以发现，该天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料的外层膜切开后，内部的液体流出，说明其外层是胶囊结构，即所制备的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料的外层为胶囊。此外，当该双层结构载体材料的外层切开后，其内层的小球可以单独存在，这也进一步说明本发明所制备的天然高分子小球/胶囊载体材料具有内外双层结构。

图3是本发明实施例2中制备得到的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料的内层小球切开后的照片。从图3可以发现，当天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料的内层切开后，内部没有液体流出，呈现固态的凝胶小球结构，即所制备的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料的内层为凝胶小球。

实施例3

1)琼脂与壳聚糖混合溶液的制备：取3g琼脂粉末，加入装有100mL蒸馏水的烧杯中，再将烧杯置于恒温搅拌器中在95℃的环境下搅拌2小时直到琼脂粉末完全溶解，即制备得到质量百分比浓度3.0％的琼脂溶液，将琼脂溶液放在95℃的恒温水浴条件下保存，备用；

取3g壳聚糖粉末，加入装有90mL蒸馏水的烧杯中，搅拌1.5小时后，然后边搅拌边向该烧杯滴加9mL摩尔浓度为1M的盐酸溶液，使壳聚糖粉末充分溶解；再向烧杯中添加蒸馏水使壳聚糖溶液总体积为100mL，并继续搅拌30分钟，即制备得到质量百分比浓度3.0％的壳聚糖溶液；

取相同体积的上述琼脂溶液和壳聚糖溶液，将两溶液在95℃的恒温搅拌器中搅拌15分钟使溶液充分混合，制备得到琼脂与壳聚糖混合溶液，并将混合溶液放在95℃的恒温水浴条件下保存，备用；

2)羧甲基纤维素钠溶液的制备：取2g羧甲基纤维素钠粉末，加入装有200mL蒸馏水的烧杯中，搅拌5小时直到羧甲基纤维素钠粉末完全溶解，即制备得到质量百分比浓度1.0％的羧甲基纤维素钠溶液；然后将羧甲基纤维素钠溶液放入冰箱中，在5℃环境下保存，备用；

3)一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料：将步骤1)制备的95℃琼脂与壳聚糖混合溶液以及步骤2)制备的5℃羧甲基纤维素钠溶液，分别用超声仪(超声功率为60W)超声5分钟去除气泡，再使用孔径为0.50mm的注射器吸取超声后的95℃琼脂与壳聚糖混合溶液，缓慢滴加(滴加速度为每分钟20滴)入超声后的5℃羧甲基纤维素钠溶液中，使琼脂与壳聚糖混合液液滴完全浸没于羧甲基纤维素钠溶液中，然后放置40分钟，即制备得到内层为琼脂凝胶小球，外层为壳聚糖与羧甲基纤维素钠胶囊的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料。

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 (4)

1.一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体的方法，其特征在于包括以下步骤：

将浓度2.0～3.0wt％的琼脂溶液和2.0～3.0wt％的壳聚糖溶液充分混合，制备得到琼脂与壳聚糖混合溶液，85～95℃下保存；

将所得混合溶液超声去除气泡，在维持85～95℃下采用注射器缓慢滴加入同样超声去除气泡浓度为0.5～1.0wt％、温度为1～5℃的羧甲基纤维素钠溶液中并被浸没；

放置20～40分钟，即制备得到内层为琼脂凝胶小球、外层为壳聚糖与羧甲基纤维素钠胶囊的天然高分子小球/胶囊双层结构载体材料。

2.如权利要求1所述一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体的方法，其特征在于所述琼脂溶液按以下方法制备而来：

将琼脂粉末加入蒸馏水中，置于恒温搅拌器中在85～95℃的环境下搅拌1～2小时直到琼脂粉末完全溶解，制备得到浓度2.0～3.0wt％的琼脂溶液。

3.如权利要求1所述一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体的方法，其特征在于所述壳聚糖溶液按以下方法制备而来：

将壳聚糖粉末加入蒸馏水中，搅拌0.5～1.5小时后，边搅拌边滴加摩尔浓度为0.5～1M的盐酸溶液使壳聚糖粉末充分溶解，制备得到浓度2.0～3.0wt％的壳聚糖溶液。

4.如权利要求1所述一步法制备天然高分子小球/胶囊双层结构载体的方法，其特征在于所述羧甲基纤维素钠溶液按以下方法制备而来：

将羧甲基纤维素钠粉末加入蒸馏水中，搅拌3～5小时直到羧甲基纤维素钠粉末完全溶解，制备得到浓度0.5～1.0wt％的羧甲基纤维素钠溶液。