CN111073061A - 一种琼脂糖微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种琼脂糖微球的制备方法，包括以下步骤：S1、将琼脂糖加入纯水中溶解，并将无机盐加入琼脂糖水溶液中溶解，得到连续相；S2、将分散剂加入纯水中溶解，并将乳化剂加入到分散剂水溶液中溶解，得到分散相；S3、将连续相加入到分散相中，加热搅拌得到琼脂糖微球液滴，降温固化得到琼脂糖微球。本发明的方法绿色环保且安全、过程控制简单稳定、成本低。

Description

一种琼脂糖微球的制备方法
技术领域
本发明涉及分离纯化介质技术领域，具体涉及一种琼脂糖凝胶微球的制备方法。
背景技术
目前用于生物制品分离纯化的琼脂糖微球国内市场基本被外国公司如GE,BioRad,TOSOH等占领，琼脂糖微球在国内售价比原产国高出50％-100％，几乎全部依赖进口。我国生物产业却面临着受制于国外厂商的尴尬局面，这意味着我国具有战略意义的生物产业，其命脉却掌握在别国手中。这不仅浪费了国家大量的外汇，还影响到我国生物制药产业的发展速度和规模，因此发展产业化的分离纯化技术和产品具有必要性和迫切性。
琼脂糖微球的附加值非常高，由于其原材料的选择和成球工艺，技术要求高，工艺复杂，所以国内掌握核心成球技术的仅数家。琼脂糖微球是一种内部为空心网状结构的微米级球体，主要用于分离纯化病毒、蛋白质、酶、多肽等大分子生物活性物质，应用在生物医药、血液制品、疫苗、化妆品及保健品等行业，主要以大型的生物医药、血液制品和疫苗企业为主，在中小企业和科研院校等单位有广泛的应用。
现有技术是通过反相乳液聚合法制备具有网状孔径结构的琼脂糖微球，其主要步骤为：将琼脂糖在水中加热溶解；以有机溶剂为油相，将乳化剂加入有机溶剂中加热搅拌；将琼脂糖水溶液加入到有机溶剂中乳化成液滴微球；降温固化得到琼脂糖微球，加入水清洗，回收蒸馏有机溶剂。该制备方法需要使用大量的有机溶剂，并且在过程中包括有机溶剂的回收，该生产工艺复杂，成本高，且生产过程中易产生污染。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供了一种绿色环保、且工艺简单的琼脂糖微球的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种琼脂糖微球的制备方法，包括以下步骤：
S1:将琼脂糖加入纯水中溶解，并将无机盐加入琼脂糖水溶液中溶解，得到连续相；
S2：将分散剂加入纯水中溶解，并将乳化剂加入到分散剂水溶液中溶解，得到分散相；
S3：将所述连续相加入到所述分散相中，加热搅拌得到琼脂糖微球液滴，降温固化得到所述琼脂糖微球。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤S1的具体步骤为：将琼脂糖加入纯水中，加热至80～100℃，200～500rpm，搅拌1～8h，将所述无机盐加入到所述琼脂糖水溶液中，保持温度在80～100℃，200～500rpm，搅拌1～24h。
进一步，所述步骤S1中琼脂糖、纯水与无机盐的质量比为2～10:100:1～30。
琼脂糖与水的质量比会直接影响琼脂糖微球的强度和孔径，该比例范围内制备的琼脂糖微球强度和孔径能够适用于大部分生物制品的分离纯化，水与无机盐的质量比能够保证琼脂糖的粒径大小和粒径分布控制在合适的范围内。
进一步，所述步骤S2的具体步骤为：将分散剂加入纯水中，加热至40～100℃，200～500rpm，搅拌0.5～5h，然后将乳化剂加入分散剂水溶液中，保持温度在40～100℃，200～500rpm，搅拌0.5～5h。
进一步，所述步骤S2中分散剂、纯水和乳化剂的质量比为10～500:1000:1～50。
分散剂与水的质量比影响水连续相与分散相形成的乳化体系，在该质量比范围内具有良好的分散效果，水和乳化剂的质量比范围能够保证琼脂糖微球的外观圆度和粒径分布范围控制在合适的范围内。
进一步，所述步骤S3的具体步骤为：将所述连续相加入所述分散相中，加热至40～100℃，200～500rpm，搅拌乳化1～4h，然后停止加热，降温至4～25℃，得到固化成型的所述琼脂糖微球。
进一步，所述步骤S3中连续相与分散相的质量比为2:1～4。
进一步，所述无机盐一般选择溶解性较好的无机盐，选自硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐或氯化盐中的任一种。
所述无机盐可以选择硫酸钾、硫酸钠、硫酸镁、硫酸铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化钙或氯化铵中的任一种。
进一步，所述分散剂为有机高分子分散剂。
进一步，所述有机高分子分散剂选自明胶或聚乙二醇，其中明胶的分子量为50000～100000，聚乙二醇的分子量为200～20000。
进一步，所述乳化剂为非离子型表面活性剂。
进一步，所述非离子型表面活性剂选自NP-10或AEO-3。
本发明采用水水两相成球法合成琼脂糖微球，根据两种聚合物的水溶液在临界浓度时形成分层不相溶的水水两相体系，含有琼脂糖的连续相在含有分散剂的分散相中进行乳化反应，得到琼脂糖微球液滴，最后降温固化得到琼脂糖凝胶微球，本发明的有益效果是：
(1)本发明的制备方法绿色环保：避免使用有机溶剂，大大提高了生产工艺的环保标准和生产工艺的可持续性；
(2)本发明的制备方法简单稳定：该方法的生产工艺过程控制简单稳定，可以快速实现琼脂糖微球的大规模放大生产；
(3)本发明的制备方法成本低：该方法制备琼脂糖微球所需原材料主要为无机盐，降低了原材料的采购成本和有机溶剂处理成本；
(4)本发明的制备方法更安全：通过用水溶液替换有机溶剂，提高了琼脂糖微球制备方法和生产工艺的安全性，同时避免了琼脂糖微球中有机溶剂的残留。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的琼脂糖凝胶微球的DN-10数码显微镜照片；
图2为本发明实施例1制备的琼脂糖凝胶微球使用激光粒度分析仪检测得到的粒径分布结果；
图3为本发明实施例2制备的琼脂糖凝胶微球的DN-10数码显微镜照片；
图4为本发明实施例2制备的琼脂糖凝胶微球使用激光粒度分析仪检测得到的粒径分布结果；
图5为本发明实施例3制备的琼脂糖凝胶微球的DN-10数码显微镜照片；
图6为本发明实施例3制备的琼脂糖凝胶微球使用激光粒度分析仪检测得到的粒径分布结果；
图7为本发明实施例4制备的琼脂糖凝胶微球的DN-10数码显微镜照片；
图8为本发明实施例4制备的琼脂糖凝胶微球使用激光粒度分析仪检测得到的粒径分布结果；
图9为本发明实施例5制备的琼脂糖凝胶微球的DN-10数码显微镜照片；
图10为本发明实施例5制备的琼脂糖凝胶微球使用激光粒度分析仪检测得到的粒径分布结果；
图11为本发明实施例6制备的琼脂糖凝胶微球的DN-10数码显微镜照片；
图12为本发明实施例6制备的琼脂糖凝胶微球使用激光粒度分析仪检测得到的粒径分布结果；
图13为本发明实施例7制备的琼脂糖凝胶微球的DN-10数码显微镜照片；
图14为本发明实施例7制备的琼脂糖凝胶微球使用激光粒度分析仪检测得到的粒径分布结果。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供了一种琼脂糖微球的制备方法，包括以下步骤：
S1:将琼脂糖加入纯水中溶解，并将无机盐加入琼脂糖水溶液中溶解，得到连续相；
S2：将分散剂加入纯水中溶解，并将乳化剂加入到分散剂水溶液中溶解，得到分散相；
S3：将所述连续相加入到所述分散相中，加热搅拌得到琼脂糖微球液滴，降温固化得到所述琼脂糖微球。
其中步骤S1可以在步骤S2之前，也可以在步骤S2之后，也可以同时进行。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤S1的具体步骤为：将琼脂糖加入纯水中，加热至80～100℃，并在此温度下200～500rpm，搅拌1～8h，将所述无机盐加入到所述琼脂糖水溶液中，保持温度在80～100℃，200～500rpm，搅拌1～24h。
进一步，所述步骤S1中琼脂糖、纯水与无机盐的质量比为2～10:100:1～30。
进一步，所述步骤S2的具体步骤为：将分散剂加入纯水中，加热至40～100℃，并在此温度下200～500rpm，搅拌0.5～5h，然后将乳化剂加入分散剂水溶液中，保持温度在40～100℃，200～500rpm，搅拌0.5～5h。
进一步，所述步骤S2中分散剂、纯水和乳化剂的质量比为10～500:1000:1～50。
进一步，所述步骤S3的具体步骤为：将所述连续相加入所述分散相中，加热至40～100℃，200～500rpm，搅拌乳化1～4h，然后停止加热，降温至4～25℃，得到固化成型的所述琼脂糖微球。
进一步，所述步骤S3中连续相与分散相的质量比为2:1～4。
进一步，所述无机盐一般选择溶解性较好的无机盐，选自硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐或氯化盐中的任一种。
所述无机盐可以选择硫酸钾、硫酸钠、硫酸镁、硫酸铵、磷酸氢二钾、磷酸氢二钠、碳酸钠、氯化钾、氯化钠、氯化镁、氯化钙或氯化铵中的任一种。
进一步，所述分散剂为有机高分子分散剂。
进一步，所述有机高分子分散剂选自明胶或聚乙二醇，其中明胶的分子量为50000～100000，聚乙二醇的分子量为200～20000。
进一步，所述乳化剂为非离子型表面活性剂。
进一步，所述非离子型表面活性剂选自NP-10或AEO-3。
实施例1
制备连续相：称取60g的琼脂糖加入到1Kg的纯水中，加热至90℃，500rpm搅拌溶解6h，加入氯化钠50g，500rpm搅拌1h。
制备分散相：称取200g的聚乙二醇200加入到1Kg的纯水中，加热至50℃，500rpm搅拌溶解1h，加入5g的NP-10，500rpm搅拌溶解1h。
将连续相加入至分散相中，控温50℃，500rpm乳化搅拌3h，停止加热，用4℃-8℃冷水快速冷却降温至25℃以下凝固成型，在DN-10数码显微镜下检测琼脂糖微球的外观形态，显微镜的放大倍数为100倍，并用激光粒度分析仪检测琼脂糖微球的粒径分布。
本实施例制备的琼脂糖微球在数码显微镜下结果如图1所示，在激光粒度分析仪的检测结果如图2所示，琼脂糖微球外观圆度较差，平均粒径(D50)为71.50um，粒径分布范围1.617-179.7um占比约98％，45-161um占比约78％。
实施例2
制备连续相：称取60g的琼脂糖加入到1Kg的纯水中，加热至90℃，500rpm搅拌溶解6h，加入氯化钙50g，500rpm搅拌1h。
制备分散相：称取200g的聚乙二醇200加入到1Kg的纯水中，加热至50℃，500rpm搅拌溶解1h，加入5g的NP-10，500rpm搅拌溶解1h。
将连续相加入至分散相中，控温50℃，500rpm乳化搅拌3h，停止加热，用4℃-8℃冷水快速冷却降温至25℃以下凝固成型，在DN-10数码显微镜下检测琼脂糖微球的外观形态并用激光粒径分析仪检测。
本实施例制备的琼脂糖微球在数码显微镜下结果如图3所示，激光粒度分析仪的检测结果如图4所示，微球外观圆度较好，平均粒径(D50)为53.55um，粒径分布范围6.505-161.4um占比约98％，45-161um占比约60％。
实施例3
制备连续相：称取60g的琼脂糖加入到1Kg的纯水中，加热至90℃，500rpm搅拌溶解6h，加入硫酸钠50g，500rpm搅拌1h。
制备分散相：称取200g的聚乙二醇200加入到1Kg的纯水中，加热至50℃，500rpm搅拌溶解1h，加入5g的NP-10，500rpm搅拌溶解1h。
将连续相加入至分散相中，控温50℃，500rpm乳化搅拌3h，停止加热，用4℃-8℃冷水快速冷却降温至25℃以下凝固成型，在DN-10数码显微镜下检测琼脂糖微球的外观形态并用激光粒径分析仪检测。
本实施例制备的琼脂糖微球在数码显微镜下结果如图5所示，激光粒度分析仪的检测结果如图6所示，微球外观圆度较好，平均粒径(D50)为19.92um，粒径分布范围4.239-55.36um占比约98％，45-161um占比约4％。
实施例4
制备连续相：称取60g的琼脂糖加入到1Kg的纯水中，加热至90℃，500rpm搅拌溶解6h，加入硫酸钠100g，500rpm搅拌1h。
制备分散相：称取200g的聚乙二醇200加入到1Kg的纯水中，加热至50℃，500rpm搅拌溶解1h，加入5g的NP-10，500rpm搅拌溶解1h。
将连续相加入至分散相中，控温50℃，500rpm乳化搅拌3h，停止加热，用4℃-8℃冷水快速冷却降温至25℃以下凝固成型，在DN-10数码显微镜下检测琼脂糖微球的外观形态并用激光粒径分析仪检测。
本实施例制备的琼脂糖微球在数码显微镜下结果如图7所示，激光粒度分析仪的检测结果如图8所示，微球外观圆度较好，平均粒径(D50)为85.81um，粒径分布范围1.617-275.8um占比约98％，45-161um占比约65％。
实施例5
制备连续相：称取60g的琼脂糖加入到1Kg的纯水中，加热至90℃，500rpm搅拌溶解6h，加入硫酸钠100g，500rpm搅拌1h。
制备分散相：称取400g的聚乙二醇200加入到1Kg的纯水中，加热至50℃，500rpm搅拌溶解1h，加入5g的NP-10，500rpm搅拌溶解1h。
将连续相加入至分散相中，控温50℃，500rpm乳化搅拌3h，停止加热，用4℃-8℃冷水快速冷却降温至25℃以下凝固成型，在DN-10数码显微镜下检测琼脂糖微球的外观形态并用激光粒径分析仪检测。
本实施例制备的琼脂糖微球在数码显微镜下结果如图9所示，激光粒度分析仪的检测结果如图10所示，微球外观圆度较好，平均粒径(D50)为117.1um，粒径分布范围13.76-306.9um占比约98％，45-161um占比约49％。
实施例6
制备连续相：称取60g的琼脂糖加入到1Kg的纯水中，加热至90℃，500rpm搅拌溶解6h，加入硫酸钠100g，500rpm搅拌1h。
制备分散相：称取200g的聚乙二醇200加入到500g的纯水中，加热至50℃，500rpm搅拌溶解1h，加入2.5g的NP-10，500rpm搅拌溶解1h。
将连续相加入至分散相中，控温50℃，500rpm乳化搅拌3h，停止加热，用4℃-8℃冷水快速冷却降温至25℃以下凝固成型，在DN-10数码显微镜下检测琼脂糖微球的外观形态并用激光粒径分析仪检测。
本实施例制备的琼脂糖微球在数码显微镜下结果如图11所示，激光粒度分析仪的检测结果如图12所示，微球外观圆度较差，平均粒径(D50)为35.80um，粒径分布范围1.305-117.1um占比约98％，45-161um占比约37％。
实施例7
制备连续相：称取60g的琼脂糖加入到1Kg的纯水中，加热至90℃，500rpm搅拌溶解6h，加入硫酸钠100g，500rpm搅拌1h。
制备分散相：称取400g的明胶200加入到1Kg的纯水中，加热至50℃，500rpm搅拌溶解1h，加入5g的NP-10，500rpm搅拌溶解1h。
将连续相加入至分散相中，控温50℃，500rpm乳化搅拌3h，停止加热，用4℃-8℃冷水快速冷却降温至25℃以下凝固成型，在DN-10数码显微镜下检测琼脂糖微球的外观形态并用激光粒径分析仪检测。
本实施例制备的琼脂糖微球在数码显微镜下结果如图13所示，激光粒度分析仪的检测结果如图14所示，微球外观圆度差，平均粒径(D50)为33.26um，粒径分布范围6.505-145.1um占比约98％，45-161um占比约36％。
实施例8
制备连续相：称取20g的琼脂糖加入到1Kg的纯水中，加热至80℃，500rpm搅拌溶解1h，加入磷酸二氢钠50g，500rpm搅拌1h。
制备分散相：称取5g的明胶200加入到500g的纯水中，加热至40℃，500rpm搅拌溶解1h，加入0.5g的AEO-3，500rpm搅拌溶解1h。
将连续相加入至分散相中，控温40℃，500rpm乳化搅拌1h，停止加热，用4℃-8℃冷水快速冷却降温至25℃以下凝固成型，得到琼脂糖微球。
实施例9
制备连续相：称取100g的琼脂糖加入到1Kg的纯水中，加热至100℃，500rpm搅拌溶解8h，加入碳酸钠300g，500rpm搅拌1h。
制备分散相：称取500g的明胶200加入到1Kg的纯水中，加热至100℃，500rpm搅拌溶解1h，加入50g的NP-10，500rpm搅拌溶解1h。
将连续相加入至分散相中，控温100℃，500rpm乳化搅拌4h，停止加热，用4℃-8℃冷水快速冷却降温至25℃以下凝固成型，得到琼脂糖微球。
实施例10
制备连续相：称取20g的琼脂糖加入到500g的纯水中，加热至90℃，500rpm搅拌溶解6h，加入硫酸钠5g，500rpm搅拌1h。
制备分散相：称取100g的聚乙二醇200加入到1Kg的纯水中，加热至70℃，500rpm搅拌溶解1h，加入5g的NP-10，500rpm搅拌溶解1h。
将连续相加入至分散相中，控温70℃，500rpm乳化搅拌3h，停止加热，用4℃-8℃冷水快速冷却降温至25℃以下凝固成型，得到琼脂糖微球。
本发明采用水水两相成球法合成琼脂糖微球，根据两种聚合物的水溶液在临界浓度时形成分层不相溶的水水两相体系，含有琼脂糖的连续相在含有分散剂的分散相中进行乳化反应，得到琼脂糖微球液滴，最后降温固化得到琼脂糖凝胶微球，本发明的有益效果是：
本发明的制备方法绿色环保：避免使用有机溶剂，大大提高了生产工艺的环保标准和生产工艺的可持续性；
本发明的制备方法简单稳定：该方法的生产工艺过程控制简单稳定，可以快速实现琼脂糖微球的大规模放大生产；
本发明的制备方法成本低：该方法制备琼脂糖微球所需原材料主要为无机盐，降低了原材料的采购成本和有机溶剂处理成本；
本发明的制备方法更安全：通过用水溶液替换有机溶剂，提高了琼脂糖微球制备方法和生产工艺的安全性，同时避免了琼脂糖微球中有机溶剂的残留。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将琼脂糖加入纯水中溶解，并将无机盐加入琼脂糖水溶液中溶解，得到连续相；
S2：将分散剂加入纯水中溶解，并将乳化剂加入到分散剂水溶液中溶解，得到分散相；
S3:将所述连续相加入到所述分散相中，加热搅拌得到琼脂糖微球液滴，降温固化得到所述琼脂糖微球。
2.根据权利要求1所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤为：将琼脂糖加入纯水中，加热至80～100℃，200～500rpm，搅拌1～8h，将所述无机盐加入到所述琼脂糖水溶液中，保持温度在80～100℃，200～500rpm，搅拌1～24h。
3.根据权利要求2所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中琼脂糖、纯水与无机盐的质量比为2～10:100:1～30。
4.根据权利要求1所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：将分散剂加入纯水中，加热至40～100℃，200～500rpm，搅拌0.5～5h，然后将乳化剂加入分散剂水溶液中，保持温度在40～100℃，200～500rpm，搅拌0.5～5h。
5.根据权利要求4所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中分散剂、纯水和乳化剂的质量比为10～500:1000:1～50。
6.根据权利要求1所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为：将所述连续相加入所述分散相中，加热至40～100℃，200～500rpm，搅拌乳化1～4h，然后停止加热，降温至4～25℃，得到固化成型的所述琼脂糖微球。
7.根据权利要求6所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中连续相与分散相的质量比为2:1～4。
8.根据权利要求1-7所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述无机盐选自硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐或氯化盐中的任一种。
9.根据权利要求1-7任一项所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述分散剂为有机高分子分散剂。
10.根据权利要求9所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述有机高分子分散剂为明胶或聚乙二醇。
11.根据权利要求1-7任一项所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为非离子型表面活性剂。
12.根据权利要求11所述的琼脂糖微球的制备方法，其特征在于，所述非离子型表面活性剂为NP-10或AEO-3。
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