CN111151203B - 一种一步法制备油核纳米胶囊载体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一步法制备生物相容、稳定分散、尺寸壁厚可控的油核纳米胶囊载体的方法。方法选用紫胶作为胶囊的壁材料。首先将紫胶、油相和活性成分溶解于乙醇，然后通过微通道将混合溶液快速注入水中，随着乙醇迅速扩散到水中，三者共同析出。小分子油相和活性成分将首先聚集形成纳米油核，随后紫胶在油水界面处沉积，形成包裹油核的纳米胶囊。所得纳米胶囊尺寸和壁厚可控，在水中具有良好的分散性和稳定性。本发明制备的装载活性成分的纳米胶囊可以提高活性成分在水中的分散性及其存储时的稳定性，可作为对人体健康有益的新型功能饮料，在生物医药、食品、化妆品等领域有广阔的应用前景。

Description

一种一步法制备油核纳米胶囊载体的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种一步法制备油核纳米胶囊载体的方法。
背景技术
活性成分是生物医药制品、食品、化妆品中对人体健康有益的重要组分。活性成分一般不稳定，不溶于水。部分活性成分可溶于乙醇，可通过溶剂挥发或共沉淀，装载在纳米颗粒中，以提高其在水中的分散性和存储时的稳定性。但是仍有部分活性成分不溶于乙醇，无法将其包裹在纳米颗粒中，极大地限制了其在实际中的应用。以辣椒红色素为例，辣椒红色素是红色的天然色素，同时具有抗氧化等功效。辣椒红色素不溶于水，也不溶于乙醇。但是辣椒红色素等活性成分在植物油等油相中具有良好的溶解性。因此生物相容油核纳米胶囊是这些活性成分的理想载体。纳米胶囊的囊核可以装载不同的活性成分，囊壁可以保护活性成分以提高其存储时的稳定性。纳米胶囊的物理化学性质，例如表面电荷等，可以增加活性成分在水中的分散性和稳定性，还可以实现活性成分的可控释放等功能，被广泛应用于生物医药、食品、化妆品等领域。
传统生物相容油核纳米胶囊的制备主要包括流化床包裹法和乳液凝聚法。流化床包裹法首先将油相在空气中乳化形成纳米油滴，同时在流化床中加入包裹材料，通过碰撞包覆油滴，形成油核纳米胶囊。流化床包裹法制备的油核纳米胶囊因其可控性差、包裹不均匀、易聚集等缺点，无法在水中很好的分散。乳液凝聚法则首先通过搅拌或超声等乳化方法将油相在水相中分散形成纳米油滴，然后通过调节pH，使聚电解质在油水界面凝聚析出，进而包裹油滴。乳液凝聚法的制备过程较复杂，制备周期较长，而且纳米胶囊表面趋近于电中性，在水中的稳定性较差。因此发明一种生物相容、稳定分散、尺寸壁厚可控的油核纳米胶囊载体，以提高活性成分在水中的分散性及其存储时的稳定性具有至关重要的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明阐述一种一步法制备油核纳米胶囊载体的方法，解决了传统制备油核纳米胶囊过程复杂、可控性差、水中分散性差等问题。该方法便捷、高效、绿色，所用材料均具有良好的生物相容性，所得纳米胶囊尺寸和壁厚可控，在水中具有良好的分散性和稳定性，所制备的装载活性成分的纳米胶囊可以提高活性成分在水中的分散性及其存储时的稳定性，可作为对人体健康有益的新型功能饮料，在生物医药、食品、化妆品等领域有广阔的应用前景。
为实现上述目的，本发明提供如下解决方案：
本发明通过微流体高速剪切扩散控制紫胶相分离，一步法制备油核纳米胶囊载体的方法，包括以下步骤：
1)将紫胶、油相和活性成分溶解于乙醇；
2)将步骤1)中所得的混合溶液通过微通道快速注入水中，获得装载活性成分的油核纳米胶囊。
作为本发明的优选方案，所述的油相与水不互溶，与乙醇互溶并且不溶解紫胶，但可溶解活性成分。更为优选的，所述的油相为植物油、玫瑰精油、茉莉精油、维生素E中的一种或多种。
作为本发明的优选方案，所述的活性成分不溶于水和乙醇，但在油相和乙醇的混合溶液中具有良好溶解度。更为优选的，所述的活性成分为辣椒红色素。
作为本发明的优选方案，所述的步骤(1)中，紫胶在乙醇中的浓度为10mg/mL-200mg/mL，油相和活性成分在乙醇溶液中的浓度为10-100μL/mL。
作为本发明的优选方案，所述的步骤(2)中，所述微通道的直径为0.05mm-1mm，所述注入混合液时的体积流速为10-1000mL/min。
作为本发明的优选方案，所述的步骤(2)中，所述混合溶液和水的体积比为1:5-1:1000。
本发明公开了所述方法制备得到的油核纳米胶囊，所述油核纳米胶囊的尺寸为50nm-500nm，壁厚为30nm-100nm；所述纳米胶囊能有效包裹油相，包裹率在98％以上；所述油核纳米胶囊在水中具有良好的分散性；所述油相中溶解的活性成分稳定性提高，储存时间增加；所述的油核纳米胶囊在生物医药、食品、化妆品中作为活性成分载体的应用。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提出一种一步法制备生物相容、稳定分散、尺寸壁厚可控的油核纳米胶囊载体的方法，具有便捷、高效、绿色的特点，所用材料和溶剂均无毒无害，所制得的油核纳米胶囊具有良好的生物相容性，有望直接应用于食品、化妆品、制药等行业，有规模化生产的前景。
(2)本发明可以实现油相的超高包裹率和良好分散性，可以根据需求，通过调控溶液配方和微流体剪切过程，有效调控油核纳米胶囊的尺寸和壁厚。
(3)本发明所制备的油核纳米微囊可以有效提高油相的稳定性，具有pH响应性并且可以通过静电自组装的方法调控表面电荷。
附图说明
图1为通过微流体高速剪切扩散控制紫胶相分离制备油核纳米胶囊原理示意图；
图2(a)为按实施例1制备所得油核纳米胶囊在水中的分散液；
图2(b)为油核纳米胶囊的三维结构示意图；
图2(c)为按实施例1制备所得油核纳米胶囊冷冻干燥后的扫描电镜图；
图3(a)为采用不同浓度的紫胶溶液制备所得的油核纳米胶囊在水中的分散液的粒径图与对应的实物照片；
图3(b)不同浓度的紫胶溶液在pH等于7的水溶液中制备所得的油核纳米胶囊分散液的ζ电位图；
图3(c)、(d)、(e)为按实施例2采用不同浓度紫胶的混合溶液制备的油核纳米胶囊在冷冻干燥后的扫描电镜图及对应的油核微囊三维结构示意图；
图4(a)为按实施例3制备所得维生素E油核纳米胶囊在冷冻干燥后的扫描电镜图；
图4(b)为按实施例4制备所得玫瑰精油核纳米胶囊在冷冻干燥后的扫描电镜图；
图4(c)为按实施例5制备所得茉莉精油核纳米胶囊在冷冻干燥后的扫描电镜图；
图4(d)为按实施例6制备所得植物油核纳米胶囊在冷冻干燥后的扫描电镜图；
图4(e)、(f)为不同植物油浓度的乙醇混合溶液及所制备的纳米胶囊分散液照片；
图4(g)按实施例7制备所得油核纳米胶囊冷冻干燥后的扫描电镜图；
图5(a)为油核纳米胶囊在不同pH的水溶液中的分散情况及颜色变化图；
图5(b)为油核纳米胶囊囊壁的紫胶在pH＝2的水溶液中表面羧基质子化而导致油核纳米胶囊聚集的示意图；
图5(c)为油核纳米胶囊囊壁在pH＝7的水溶液中稳定分散的示意图；
图5(d)为油核纳米胶囊囊壁的紫胶在pH＝9的水溶液中溶解的示意图；
图5(e)为采用聚电解质层层自组装修饰油核纳米胶囊表面电性的原理示意图；
图6为不同紫胶量包裹的油核纳米胶囊中所溶解辣椒红色素的未降解量随时间的变化关系图；
具体实施方式
下面举实施例说明本发明，但本发明并不限于下述的实施例。
实施例1：制备溶有辣椒红色素的植物油核纳米胶囊
参照附图1，采用本发明的方法制备溶有辣椒红色素的植物油核纳米胶囊，具体步骤如下：
(1)将25mg紫胶和25μL溶有辣椒红色素的植物油溶于1mL乙醇中；
(2)用移液枪和1-200μL的凝胶点样吸头(内径200μm)吸取100μL步骤(1)所得的混合液，然后将混合液以10mL/min的速度注入到装有3mL水的玻璃瓶里，乙醇快速扩散到水中，油相析出，紫胶沉淀在油水界面处形成油核纳米胶囊(如附图1所示)；
(3)步骤(2)所得油核纳米胶囊在水中的分散液，为透明、黄色的水溶液(如附图2(a)所示)。用动态光散射表征可以得到油核纳米胶囊尺寸约为200nm且具有较好的均一性。
实施例2：油核纳米胶囊的直径随紫胶在乙醇中的浓度变化关系测试
(1)分别将25mg、50mg和100mg的紫胶与25μL溶有辣椒红色素的植物油溶于1mL乙醇中；
(2)按照实施例1中的方法制备得到相应的油核纳米胶囊，其在水中的分散液如附图3(a)所示；
(3)用激光粒度仪测试上述油核纳米胶囊的尺寸及ζ电位。实验结果表明，随紫胶在乙醇中的浓度增加，对应的油核纳米胶囊的平均尺寸略有增加，ζ电位未发生显著变化(如附图3(a)、(b)所示)；
(4)用冻干机干燥相应的油核纳米胶囊，其在扫描电子显微镜下观察的形貌如附图3(c)、(d)、(e)所示。实验结果表明随紫胶浓度增大，油核纳米胶囊的囊壁厚度有所增加，理论计算结果显示，囊壁厚度分别为30nm、50nm和60nm。
实施例3：制备维生素E油核纳米胶囊
参照附图1，采用本发明的方法制备维生素E油核纳米胶囊，具体步骤如下：
(1)将10mg紫胶和10μL维生素E溶于1mL乙醇中；
(2)用移液枪和1-200μL的凝胶点样吸头(内径50μm)吸取100μL步骤(1)所得的混合液，然后将混合液以1000mL/min的速度注入到装有100mL水的玻璃瓶里，乙醇快速扩散到水中，油相析出，紫胶沉淀在油水界面处形成油核纳米胶囊；
(3)步骤(2)所得油核纳米胶囊在水中的分散液，为透明、白色的水溶液。所制得的油核纳米胶囊尺寸约为300nm(如附图4(a)所示)。
实施例4：制备玫瑰精油核纳米胶囊
参照附图1，采用本发明的方法制备玫瑰精油核纳米胶囊，具体步骤如下：
(1)将50mg紫胶和100μL玫瑰精油溶于1mL乙醇中；
(2)用移液枪和1-200μL的凝胶点样吸头(内径100μm)吸取100μL步骤(1)所得的混合液，然后将混合液以10mL/min的速度注入到装有5mL水的玻璃瓶里，乙醇快速扩散到水中，油相析出，紫胶沉淀在油水界面处形成油核纳米胶囊；
(3)步骤(2)所得油核纳米胶囊在水中的分散液，为透明、白色的水溶液。所制得的油核纳米胶囊尺寸约为500nm(如附图4(b)所示)。
实施例5：制备茉莉精油核纳米胶囊
参照附图1，采用本发明的方法制备茉莉精油核纳米胶囊，具体步骤如下：
(1)将50mg紫胶和100μL茉莉精油溶于1mL乙醇中；
(2)用移液枪和1-200μL的凝胶点样吸头(内径1mm)吸取100μL步骤(1)所得的混合液，然后将混合液以10mL/min的速度注入到装有0.5mL水的玻璃瓶里，乙醇快速扩散到水中，油相析出，紫胶沉淀在油水界面处形成油核纳米胶囊；
(3)步骤(2)所得油核纳米胶囊在水中的分散液，为透明、白色的水溶液。所制得的油核纳米胶囊尺寸约为500nm(如附图4(c)所示)。
实施例6：制备植物油核纳米胶囊
参照附图1，采用本发明的方法制备植物油核纳米胶囊，具体步骤如下：
(1)将50mg紫胶和50μL植物油溶于1mL乙醇中；；
(2)用移液枪和1-200μL的凝胶点样吸头(内径200μm)吸取100μL步骤(1)所得的混合液，然后将混合液以100mL/min的速度注入到装有3mL水的玻璃瓶里，乙醇快速扩散到水中，油相析出，紫胶沉淀在油水界面处形成油核纳米胶囊(如附图1所示)；
(3)步骤(2)所得油核纳米胶囊在水中的分散液，为透明、黄色的水溶液。所制得的油核纳米胶囊尺寸约为500nm(如附图4(d)所示)。
实施例7：油核纳米胶囊的直径随油相含量的变化关系测试
(1)分别将25μL和50μL的溶有辣椒红色素的植物油与50mg紫胶溶于1mL乙醇中，如附图4(e)所示；
(2)按照实施例1中的方法制备得到相应的油核纳米胶囊，其在水中的分散液如附图4(f)所示；
(3)用冻干机干燥相应的油核纳米胶囊，其在扫描电子显微镜下观察的形貌如附图2(c)、4(g)所示。实验结果表明随紫胶浓度增大，油核纳米胶囊的尺寸有所增加。
实施例8：油核纳米胶囊在不同pH的水溶液中的分散性
(1)将等量油核纳米胶囊分别分散在等量的pH＝2、3、4、5、6、7、8、9的水溶液中；
(2)油核纳米胶囊在pH＝2的水溶液中聚集沉淀，在pH＝4～7的水溶液中均具有良好的分散性，在pH＝9的水溶液中紫胶溶解，如附图5(a)所示；
(3)在pH较低(例如：pH＝2)的水溶液中，由于囊壁紫胶表面羧基质子化和紫胶的疏水性，纳米颗粒聚集沉淀，如附图5(b)所示；
(4)在pH为中性(例如：pH＝7)的水溶液中，紫胶纳米颗粒表面的羧基部分电离，使颗粒带负电，从而抑制纳米颗粒聚集，如附图5(c)所示；
(5)在pH较高(例如：pH＝9)的水溶液中，紫胶溶解，如附图5(d)所示。
实施例9：油核纳米胶囊表面电荷修饰
(1)由实施例1中的方法制备得到相应的油核纳米胶囊水分散液。因该油核纳米胶囊囊壁的羧基部分电离从而带负电，可以吸附一层带正电的聚电解质，故可实现油核纳米胶囊表面电荷修饰，如附图5(e)所示。
(2)将壳聚糖溶于中性水中(质量分数为1％)制得荷正电聚电解质溶液，然后将按实施例1制备得到的紫胶纳米胶囊分散在混合液中，轻轻晃动15分钟，然后用去离子水洗涤三遍，得到荷正电油核纳米胶囊。
实施例10：包裹在油核纳米胶囊中辣椒红色素的稳定性测试实验
(1)分别将0、25mg、50mg和100mg紫胶与25μL溶有辣椒红色素的植物油溶于1mL乙醇中，按照实施例1中的方法制备出油核纳米胶囊水分散液；
(2)将步骤(1)中制备得到的油核纳米胶囊水分散液存放在不同的玻璃瓶内，并置于室温避光的环境下储存；
(3)用紫外可见分光光度计测量辣椒红色素在486nm处的吸光度，确定辣椒红色素的浓度。在第0,4,10,20,36,48天时，用紫外可见分光光度计对瓶内辣椒红色素的浓度进行测量；
(4)以第0天的辣椒红色素浓度为100％，计算在其他天数的剩余百分比，所得测量结果如附图6所示。包裹在油核纳米胶囊里的辣椒红色素比未经包裹的辣椒红色素具有更长的储存时间，储存20天后，包裹在纳米胶囊内辣椒红色素的剩余百分比大于80％，未被包裹辣椒红色素的剩余百分比接近0。

Claims (4)

1.一种一步法制备生物相容、稳定分散、尺寸壁厚可控的油核纳米胶囊载体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将紫胶、油相和活性成分溶解于乙醇；所述的油相与水不互溶，与乙醇互溶并且不溶解紫胶，但可溶解活性成分；所述的活性成分不溶于水和乙醇，但在油相和乙醇的混合溶液中可溶；所述紫胶在乙醇中的浓度为10mg/mL-200mg/mL，油相和活性成分在乙醇溶液中的浓度为10-100μL/mL；所述的油相为植物油、玫瑰精油、茉莉精油、维生素E中的一种或多种；
2)将步骤1)中所得的混合溶液通过微通道快速注入水中，所述微通道的直径为0.05mm-1mm，所述注入混合液时的体积流速为10-1000mL/min，所述混合溶液和水的体积比为1:5-1:1000；获得装载活性成分的油核纳米胶囊。
2.根据权利要求1所述的一步法制备生物相容、稳定分散、尺寸壁厚可控的油核纳米胶囊载体的方法，其特征在于，所述的活性成分为辣椒红色素。
3.一种根据权利要求1-2 任一项所述方法制备得到的油核纳米胶囊，其特征在于所述油核纳米胶囊的尺寸和壁厚分别在50nm-500nm和30nm-100nm范围内。
4.权利要求3所述的油核纳米胶囊在生物医药、食品、化妆品中作为活性成分载体的应用。
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