CN111012671B - 一种微胶囊的物理制备方法 - Google Patents

一种微胶囊的物理制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微胶囊的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)提供微胶囊的芯材，(2)提供超临界二氧化碳，(3)提供微胶囊的壁材，放置于高压釜，利用超临界二氧化碳溶解，(4)将步骤(3)得到的含有壁材的超临界二氧化碳液体在通过喷头喷出过程中利用伯努利效应与步骤(1)的芯材在喷头腔内在音速条件下碰撞，得到微胶囊。本发明的方法制备的微胶囊的粒径小，均匀，且包埋率高。

Description

一种微胶囊的物理制备方法
技术领域
本发明涉及医药制剂领域，更具体地说是一种微胶囊的物理制备方法。
背景技术
微胶囊是微量物质包裹在聚合物膜中的技术，是一种储存固体、液体、气体的微型包装技术。内部被包裹的物料叫做芯材，外部包裹的壁壳成为壁材。微胶囊可以保护物质免受环境影响、降低其毒性、掩盖其不良味道、控制芯材的释放、增加存贮期、改变物质状态以便储运、改变物性使不相容的成分均匀混合，易于降解等功能，小微尺度(纳米微米级)使微胶囊技术在工业领域中得到了广泛应用。
随着微胶囊技术向纵深发展，出现了很多新的微胶囊制备形态，比如：纳米微胶囊，其尺寸范围从20纳米到几千纳米，由于纳米微胶囊具有其独特性质，即近乎完美的分散性和融合性，使它的应用领域更为广泛。可以应用于医药，化妆品，食品和香精香料等领域。因此设计新的技术来生产制造纳米微胶囊，引起了国内外学者的广泛关注。随着技术的不断成熟，研究者相继开发出了一些新型制备方法，如薄膜水合(TFH，Bangham方法)，反相蒸发囊泡(REV)和膜挤出等方法。但是在制造过程中，使用有机溶剂，有机溶剂由于具有毒性，使得微胶囊制造具有巨大的局限性。
因此，需要一种微胶囊的物理制备方法，使得制备的微胶囊不含有有机溶剂，生成过程无毒性，且制造生成迅速而连续。
发明内容
针对现有技术中微胶囊制备方法中存在的不足，本发明的目的在于提供一种微胶囊的物理制备方法。本发明的物理制备方法制备的微胶囊，不但粒径小，而且粒度均匀，不含有机溶剂。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种微胶囊的物理制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)提供微胶囊的芯材，
(2)提供超临界二氧化碳，
(3)提供微胶囊的壁材，放置于高压釜，利用超临界二氧化碳溶解，
(4)将步骤(3)得到的含有壁材的超临界二氧化碳液体在通过喷头喷出过程中利用伯努利效应与步骤(1)的芯材溶液在所述喷头的腔内，在音速条件下碰撞，得到微胶囊。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，上述芯材为干粉、液体或其水溶液。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，上述干粉的粒径为1微米以下。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，壁材为磷脂类物质。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，上述磷脂类物质选自卵磷脂，大豆磷脂或脑磷脂。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，步骤(3)中，所述壁材在利用超临界二氧化碳溶解之前，溶解在乙醇中。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，该方法制备所得的80％微胶囊的平均粒径为50纳米到1微米。
在一个更优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，该方法制备所得的90％的微胶囊的颗径分布50纳米到1微米。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，该方法制备所得的微胶囊的包埋率可达42％。
本发明的描述中，利用伯努利效应得到微胶囊的原理为，含壁材的超临界二氧化碳溶液在从喷头的喷嘴喷出的过程中，由于伯努利效应，喷头的腔内形成负压，负压将该喷头流体连通的容器中的芯材吸入喷头的腔内，与溶解壁材的超临界二氧化碳在音速条件下碰撞，形成微胶囊。
利用本发明的物理方法制备的微胶囊的优点为微胶囊的尺寸小，可以达到纳米级别，且与人体细胞尺寸相似，更容易透过皮肤渗入人体；该方法为物理性生产技术，没有化学添加剂，完全无毒无害；本发明的方法制备微胶囊的速度快，一次仅1秒钟左右；制备过程可以连续作业，达到连续性生产的目的。
附图说明
图1是本发明的微胶囊的物理制备方法的流程图。
图2本发明的微胶囊的物理制备方法所用的装置的结构示意图。其中1表示二氧化碳气瓶，2表示冷却装置，3表示增压泵，4表示高压釜，5表示调压阀，6表示电磁阀，7表示储存芯材的容器，8表示喷头，9表示收集盘；P代表压力表；T代表温度表；S代表安全阀。
图3是实施例1获得的微胶囊的显微镜照片，所用显微镜是三目落射荧光显微镜(PR300型，上海磐尔光电仪器))。该图说明了本方法可以获得纳米脂质体微胶囊，并能清晰的监测微胶囊的状态。
图4a、图4b和图4c是实施例2获得的微胶囊的显微镜照片。这些图说明了纳米脂质体微胶囊的状态。
图5a和图5b是实施例3获得的微胶囊的激光共聚焦照片，所用的共聚焦显微镜型号为Leica Upright DMRE-7 confocal microscope。这些图说明了微胶囊的结构。
图6a和图6b是实施例4获得的微胶囊的电镜照片，所用电镜型号为JCM-6000NeoScope Benchtop SEM。这些图说明了本方法可以获得纳米脂质体微胶囊，且清晰的观察到其表面的膜结构。
图7是实施例7获得的微胶囊的冷冻电镜照片，所用冷冻电镜型号为ThermoFisher Strata 400S。该图说明了纳米脂质体内部的状态。
具体实施方式
本发明的描述中，干粉状的芯材物质需过筛，如需在微米级以下，干粉物质需要过12500目以上筛子。
本发明的描述中，超临界二氧化碳是指二氧化碳需达到超临界状态，即31.1℃，7.4MPa以上。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，将含有壁材的超临界二氧化碳液体与含有芯材的溶液利用伯努利效应得到微胶囊的具体过程为：将含有壁材的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜的喷头的喷嘴喷出，该喷头的喷嘴直径为0.5-1.5mm，喷头温度为90℃，调节喷头的喷嘴压力为7.4-21MPa，控制喷头喷射时间为1s。喷头的腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通储存芯材的容器，并与喷嘴喷射方向垂直对合。在含有壁材的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头的腔内形成负压，负压将容器中的芯材吸入喷头的腔内，在音速条件下与壁材碰撞，获得微胶囊。随后在重力作用下，形成的微胶囊下落，利用收集盘收集微胶囊。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，将含有壁材的超临界二氧化碳液体与芯材利用伯努利效应得到微胶囊的具体过程为：将含有壁材的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜的喷头的喷嘴喷出，该喷头的喷嘴直径为0.5mm，喷头温度为90℃，利用调节阀调节喷头的喷嘴压力为13.8MPa，利用电磁阀控制喷头喷射时间为1s。喷头的腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通储存芯材的容器，并与喷嘴喷射垂直对合。在含有壁材的超临界二氧化碳从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头的腔内形成负压，负压将芯材从容器吸入喷头的腔内，在音速条件下与壁材碰撞，获得微胶囊。随后在重力作用下，微胶囊下落，利用收集盘收集获得的微胶囊。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，上述芯材为葡萄糖水溶液，上述壁材是卵磷脂。含有壁材的超临界二氧化碳液体与芯材利用伯努利效应得到微胶囊的具体过程为：将含有壁材的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜的喷头的喷嘴喷出，该喷头的喷嘴直径为1mm，喷头温度为90℃，利用调节阀调节喷头压力为21MPa，利用电磁阀控制喷头喷射时间为1s。喷头腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通储存芯材的容器，并与喷嘴喷射方向垂直对合。在含有壁材的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头的腔内形成负压，负压将芯材从容器吸入喷头的腔内，在音速条件下与壁材混合，获得微胶囊。随后在重力作用下，利用收集盘收集获得的微胶囊。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，上述芯材为维生素E油溶液，上述壁材是大豆磷脂。含有壁材的超临界二氧化碳液体与维生素E油溶液利用伯努利效应得到微胶囊的具体过程为：将含有壁材的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜的喷头的喷嘴喷出，该喷头的喷嘴直径为1mm，喷头温度为90℃，利用调节阀调节喷头的喷嘴压力为10MPa，利用电磁阀控制喷头喷射时间为1s。喷头的腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通储存芯材的容器，并与喷嘴喷射方向垂直对合。在含有壁材的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头的腔内形成负压，负压将芯材从容器吸入喷头的腔内，在音速条件下与壁材碰撞，获得微胶囊。随后在重力作用下，利用收集盘收集获得的微胶囊。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，上述芯材为牛奶蛋白干粉，过12500目筛子，壁材为卵磷脂。含有壁材的超临界二氧化碳液体与芯材利用伯努利效应得到微胶囊的具体过程为：将含有壁材的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜的喷头的喷嘴喷出，该喷头的喷嘴直径为0.5mm，喷头温度为90℃，利用调节阀调节喷头的喷嘴压力为19.9MPa，利用电磁阀控制喷头喷射时间为1s。喷头腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通储存芯材的容器，并与喷嘴喷射方向垂直对合。在含有壁材的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头的腔内形成负压，负压将芯材从容器吸入喷头的腔内，在音速条件下与壁材碰撞，获得微胶囊。随后在重力作用下，利用收集盘收集获得的微胶囊。
在一个优选实施方案中，本发明的微胶囊的物理制备方法中，上述芯材是葡萄糖水溶液，上述壁材为大豆磷脂。含有壁材的超临界二氧化碳液体与芯材利用伯努利效应得到微胶囊的具体过程为：将含有壁材的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜的喷头的喷嘴喷出，该喷头的喷嘴直径为0.6mm，喷头温度为90℃，利用调节阀调节喷头压力为13.8MPa，利用电磁阀控制喷头喷射时间为1s。喷头腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通储存芯材的容器，并与喷嘴喷射方向垂直对合。在含有壁材的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头的腔内形成负压，负压将芯材从容器吸入喷头的腔内，在音速条件下与壁材碰撞，获得微胶囊。随后在重力作用下，利用收集盘收集获得的微胶囊。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。具体实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给出了详细的实施方式和操作过程。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件进行。除非另有说明，比例和百分数按重量计。
下列实施例中，用于制备微胶囊的装置如图2所示。
该装置包括：用于储存内部压力在4-21Mpa左右的二氧化碳的气瓶1，用于将二氧化碳冷却的冷却装置2；用于增压使得二氧化碳成为超临界流体状态的增压泵3；用于利用超临界二氧化碳溶解壁材的高压釜4；用于调节喷头8处二氧化碳压强使其保持超临界流体状态的调压阀5，用于控制喷射(例如，喷射时间)的电磁阀6，储存芯材的容器7，用于含壁材的超临界二氧化碳液体的喷头8，用于收集获得的微胶囊的收集盘9。
利用上述装置制造微胶囊微胶囊的过程为，首先将气瓶1储存的内部压力在4-21Mpa左右的二氧化碳，通过冷却装置2冷却至0℃以下，利用装置3增加压强，使得二氧化碳处于超临界状态，在超临界高压釜4中用超临界二氧化碳溶解高压釜4中的壁材。随后，利用调节阀5调节喷头8的喷嘴处压力，利用利用电磁阀6控制喷头8的喷射时间，将使含有壁材的超临界二氧化碳从喷头8的喷嘴喷出，由于伯努力效应，喷头的腔内形成真空压力，该真空压力将芯材从容器7中吸入喷头的腔内，与壁材在音速条件下扰动碰撞，获得微胶囊，随后在重力作用下，微胶囊下落，利用微胶囊收集盘，收集获得的纳米微胶囊。
实施例1
1.1微胶囊的芯材为葡萄糖，壁材为卵磷脂。90％的微胶囊的粒径小于500纳米，微胶囊的平均粒径为250纳米。
1.2上述微胶囊的具体制备过程为：
(1)配置重量浓度为0.2M的葡萄糖水溶液，储存在容器7中；
(2)将卵磷脂放置在高压釜中，利用超临界二氧化碳溶解；
(3)含有卵磷脂的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜4的喷头8的喷嘴喷出，喷头的喷嘴直径为1mm，喷头温度为90℃，利用调压阀5调节喷头8的喷嘴压力为21MPa，利用电磁阀6控制喷头8的喷射时间为1s。喷头8的腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流通连通容器7，并与喷嘴喷射方向垂直对合。在含有卵磷脂的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头8的腔内形成负压，负压将葡萄糖水溶液吸入喷头8的腔内，在音速条件下与卵磷脂碰撞，获得微胶囊微胶囊。随后在重力作用下，微胶囊下落，利用收集盘收集获得的微胶囊微胶囊。
实施例2
2.1微胶囊的芯材为维生素E，壁材为大豆磷脂，90％的微胶囊的粒径小于1微米，微胶囊的平均粒径为500纳米。
2.2上述微胶囊的具体制备过程为：
(1)提供维生素E液体，储存在容器7中；
(2)将大豆磷脂放置在高压釜中，利用超临界二氧化碳溶解；
(3)含有大豆磷脂的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜4的喷头8的喷嘴喷出，喷头的喷嘴直径为1mm，喷头温度为90℃，利用调节阀5调节喷头的喷嘴压力为7.4MPa，利用电磁阀6控制喷头8喷射时间为1s。喷头8的腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通容器7，并与喷嘴喷射方向垂直对合。在含有大豆磷脂的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头8的腔内形成负压，负压将维生素E液体吸入喷头8的腔内，在音速条件下与大豆磷脂碰撞，获得微胶囊微胶囊。
实施例3
3.1微胶囊的芯材为牛奶蛋白，壁材为卵磷脂。微胶囊的平均粒径为1微米，80％的微胶囊的粒径小于1.2微米。
3.2上述微胶囊的具体制备过程为：
(1)提供牛奶蛋白干粉，过12500目筛子，储存在容器7中；
(2)将卵磷脂放置在高压釜中，利用超临界二氧化碳溶解；
(3)含有卵磷脂的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜4的喷头8的喷嘴喷出，喷头的喷嘴直径为0.5mm，喷头温度为90℃，利用调节阀5调节喷头8的喷嘴的压力为20MPa，利用电磁阀6控制喷头8喷射时间为1s。喷头的腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通容器7，并与喷嘴喷射方向垂直对合。在含有卵磷脂的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头8的腔内形成负压，负压将牛奶蛋白干粉吸入喷头8的腔内，在音速条件下与大豆磷脂碰撞，获得微胶囊微胶囊。
实施例4
3.1微胶囊的芯材为葡萄糖水溶液，壁材为大豆磷脂，粒径平均大小为500纳米，90％的微胶囊的粒径小于800纳米。
3.2上述微胶囊的具体制备过程为：
(1)配置重量浓度为0.2M的葡萄糖水溶液，储存在容器7中；
(2)将大豆磷脂放置在高压釜中，利用超临界二氧化碳溶解；
(3)含有大豆磷脂的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜4的喷头8的喷嘴喷出，喷头8的喷嘴直径为0.6mm，喷头温度为90℃，利用调节阀5调节喷头8喷嘴压力为13.8MPa，利用电磁阀6控制喷头喷射时间为1s。喷头的腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通容器7，并与喷嘴喷射方向垂直对合。在含有大豆磷脂的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头8的腔内形成负压，负压将容器7中的葡萄糖水溶液吸入喷头8的腔内，在音速条件下与大豆磷脂碰撞，获得微胶囊微胶囊。
实施例5
微胶囊的芯材为牛奶蛋白粉，壁材为脑磷脂。微胶囊的平均粒径为1微米，80％的微胶囊的粒径小于1.2微米。
5.2上述微胶囊的具体制备过程为：
(1)提供牛奶蛋白干粉，过12500目筛子，储存在容器7中；
(2)将脑磷脂放置在高压釜中，利用超临界二氧化碳溶解；
(3)将含有脑磷脂的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜4的喷头8的喷嘴喷出，该喷头的喷嘴直径为1.1mm，喷头温度为90℃，利用调节阀5调节喷头8的喷嘴压力为7.4MPa，利用电磁阀6控制喷头8喷射时间为1s。喷头的腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通储存芯材的容器7，并与喷头8的喷射方向垂直对合。在含有脑磷脂的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头8的腔内形成负压，负压将牛奶蛋白干粉吸入喷头的腔内，在音速条件下与壁材碰撞，获得微胶囊。随后在重力作用下，利用收集盘收集获得的微胶囊。
实施例6
微胶囊的芯材为牛奶蛋白干粉，壁材为卵磷脂。微胶囊的平均粒径为1微米，80％的微胶囊的粒径小于1.2微米。
5.2上述微胶囊的具体制备过程为：
(1)提供牛奶蛋白干粉，过12500目筛子，储存在容器7中；
(2)提供卵磷脂，先向其中加入一定量乙醇，促进卵磷脂溶解，随后加入到高压釜中利用超临界二氧化碳溶解；
(3)将含有卵磷脂的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜4的喷头8的喷嘴喷出，该喷头的喷嘴直径为1.1mm，喷头温度为90℃，利用调节阀5调节喷头8的喷嘴压力为13MPa，利用电磁阀6控制喷头8喷射时间为1s。喷头8的腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通储存芯材的容器7，并与喷头8的喷射方向垂直对合。在含有卵磷脂的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头的腔内形成负压，负压将牛奶蛋白干粉吸入喷头的腔内，在音速条件下与壁材混合，获得微胶囊。随后在重力作用下，利用收集盘收集获得的微胶囊。
实施例7
微胶囊的芯材为维生素E，壁材为卵磷脂。80％微胶囊的粒径为500纳米以下，微胶囊的平均粒径为300纳米。
7.1上述微胶囊的具体制备过程为：
(1)提供维生素E，储存在容器7中；
(2)提供卵磷脂，加入到高压釜中，利用超临界二氧化碳溶解；
(3)将含有壁材的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜4的喷头8的喷嘴喷出，该喷头的喷嘴直径为0.9mm，喷头温度为90℃，利用调节阀5调节喷头8的喷嘴压力为21MPa，利用电磁阀6控制喷头8的喷射时间为1s。喷头腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通储存芯材的容器7，并与喷头8的喷射方向垂直对合。在含有卵磷脂的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头的腔内形成负压，负压将维生素E吸入喷头的腔内，在音速条件下与壁材混合，获得微胶囊。随后在重力作用下，利用收集盘收集获得的微胶囊。
实施例8
微胶囊的芯材为葡萄糖，壁材为卵磷脂。微胶囊的平均粒径为500纳米，80％的微胶囊的粒径小于800纳米。
8.1上述微胶囊的具体制备过程为：
(1)提供质量浓度为0.2M的葡萄糖水溶液，储存在容器7中；
(2)提供卵磷脂，加入到高压釜中，利用超临界二氧化碳溶解；
(3)将含有卵磷脂的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜4的喷头8的喷嘴喷出，该喷头8的喷嘴直径为1.5mm，喷头温度为90℃，利用调节阀5调节喷头的喷嘴压力为21MPa，利用电磁阀6控制喷头喷射时间为1s。喷头腔内利用0.5mm直径的不锈钢管连通储存芯材的容器7，并与喷头8的喷射方向垂直对合。在含有壁材的超临界二氧化碳液体从喷头喷出过程中，由于伯努利效应，喷头8的腔内形成负压，负压将葡萄糖水溶液吸入喷头的腔内，在音速条件下与壁材混合，获得微胶囊。随后在重力作用下，利用收集盘收集获得的微胶囊。

Claims (8)

1.一种微胶囊的物理制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)获得微胶囊的芯材，
(2)获得超临界二氧化碳，
(3)将微胶囊的壁材放置于高压釜，利用超临界二氧化碳溶解，
(4)将步骤(3)得到的含有壁材的超临界二氧化碳液体通过连接在高压釜的喷头的喷嘴喷出，该喷头的喷嘴直径为0.5-1.5mm，喷头温度为90℃，调节喷头的喷嘴压力为7.4-21MPa，喷头的腔内利用0.5mm直径的不锈钢管流体连通储存芯材的容器，并与喷嘴喷射方向垂直对合，喷出过程中利用伯努利效应与步骤(1)的芯材在喷头的腔内在音速条件下碰撞，得到微胶囊，所述芯材为干粉、液体、或其水溶液。
2.根据权利要求1所述的微胶囊的物理制备方法，其特征在于，所述干粉的粒径为1微米以下。
3.根据权利要求1所述的微胶囊的物理制备方法，其特征在于，所述壁材为磷脂类物质。
4.根据权利要求3所述的微胶囊的物理制备方法，其特征在于，所述磷脂类物质选自卵磷脂，大豆磷脂或脑磷脂。
5.根据权利要求1所述的微胶囊的物理制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述壁材可以在利用超临界二氧化碳溶解之前，溶解在乙醇中。
6.根据权利要求1所述的微胶囊的物理制备方法，其特征在于，该方法制备所得的微胶囊的平均粒径为50纳米到1微米。
7.根据权利要求1所述的微胶囊的物理制备方法，其特征在于，该方法制备所得的80％的微胶囊的粒 径分布在50纳米到1微米。
8.根据权利要求1所述的微胶囊的物理制备方法，其特征在于，该方法制备所得的微胶囊的包埋率可达42％。
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