CN111389318B - 一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，以含有可去除水凝胶预聚体、非去除水凝胶预聚体和光固化剂的溶液作为外相；以其他物质作为内相；将外相和内相经微流控电喷装置的输出通道，收集在装有的收集液的容器中；在收集液上方设置紫外光源，对收集液中的水凝胶预聚体进行交联固化得到互穿网络微胶囊基础结构；将互穿网络微胶囊基础结构对外界环境进行条件响应，使可去除水凝胶预聚体对外响应后被去除，在微胶囊表面形成孔道，得到具备分子筛效应的互穿网络微胶囊。本发明能够有效保护内容物、吸附环境中的物质，同时保护内容物免受损伤，方法简单，操作方便，价格低廉，且易对微胶囊的形貌进行控制。

Description

一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法

技术领域

本发明涉及生物材料技术领域，具体涉及一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法。

背景技术

微胶囊是指一种具有聚合物或无机物壁的微型容器或包装物。微胶囊造粒技术就是将固体、液体或气体包埋、封存在一种微型胶囊内成为一种固体微粒产品的技术。微胶囊技术可以实现液体的粉末化，将活性成分与外界环境隔离， 降低或掩盖食品中的某些组分给产品带来的苦味、异味、不良颜色等，保护对热、pH值、水分、氧化剂等环境条件敏感的食品组分， 达到组分的瞬间释放或控制释放的功能。

传统的微胶囊通过将药物释放到环境中以发挥功能，但环境中经常存在着令药物敏感性增加、趋于降解的因素。互穿网络分子筛微胶囊是微胶囊的一种，分子筛结构中有规整而均匀的孔隙，孔径为分子大小的量级。互穿网络微胶囊只允许直径比孔径小的分子进入，因而能将混合物中的分子按大小筛分，可以具备吸附性能、离子交换性能和催化性能。因此传统分子筛材料被广泛应用于干燥及净化领域、吸附分离领域和催化领域。

目前暂无使用互穿网络制备分子筛技术的微胶囊的研究报道。互穿网络聚合物是由两种或两种以上的聚合物网络共同成胶形成的复合物，一种聚合物网络是在另一种聚合物网络直接存在下原位聚合或交联形成的，两种聚合物网络之间表现为物理贯穿且互不干扰。互穿网络多用于对外部环境的条件响应，以针对性释放药物，在微胶囊中的应用也以药物释放为主，这也限制了互穿网络微胶囊在实际中的应用。

发明内容

本发明的目在于针对传统微胶囊仅能进行单向药物释放、无法有效保护内容物、无法在复杂环境下发挥作用的问题，提供一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，所述的互穿网络微胶囊具有吸附、物质交换和催化性质，可用于生物解毒、环境净化和药物递送领域。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：以含有可去除水凝胶预聚体、非去除水凝胶预聚体和光固化剂的溶液作为外相；以其他物质作为内相；将所述外相和内相注入至微流控电喷装置的相应通道中，经微流控电喷装置的输出通道，收集在装有的收集液的容器中；

S2：在收集液上方设置紫外光源，对收集液中的水凝胶预聚体进行交联固化，得到互穿网络微胶囊基础结构；

S3：将互穿网络微胶囊基础结构对外界环境进行条件响应，使可去除水凝胶预聚体对外响应后被去除，从而在微胶囊表面形成孔道，制备得到具备分子筛效应的互穿网络微胶囊；

其中，所述的其他物质包括正十六烷、食用油、硅油或羧甲基纤维素钠中的任一种。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述步骤S1中，外相和内相在微流控电喷装置相应通道中的流速分别为50~300 μL/min和10~100 μL/min。

上述可去除水凝胶预聚体在外相中的浓度为1~20 m/v%；所述非去除水凝胶预聚体在外相中的浓度为10~90 m/v%；所述光固化剂外相中的浓度为1~4 v/v%

上述的光固化剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

上述的可去除水凝胶预聚体为海藻酸盐、羧甲基纤维素钠、明胶、N-异丙基丙烯酰胺、水或壳聚糖中的一种。

上述的非去除水凝胶预聚体为丝素蛋白、聚乙二醇双丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯明胶、海藻糖、羧甲基纤维素、透明质酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、半乳糖、糊精、麦芽糖、聚乳酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚二甲基硅氧烷中的一种。

上述的非去除水凝胶预聚体内部加载有药物或活性物质，通过吸附物质后可对其进行加工处理。

上述步骤S3中，对外界环境进行条件响应具体包括pH调节、温度调节、离子解离中的一种或以上。

上述通过改变可去除水凝胶预聚体所占浓度比例进而调节孔道大小。

本发明还保护制备的具备分子筛效应的互穿网络微胶囊在制备治疗代谢综合征材料中的应用。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明以互穿网络为主结构制备分子筛微胶囊，方法简单，操作方便，价格低廉，可重复利用，不需要很高的技术要求，且易对微胶囊的形貌进行控制。

（2）本发明制备的微胶囊具备吸附性能、离子交换性能和催化性能，可用于生物解毒、环境净化和药物递送等领域。

（3）本发明互穿网络分子筛微胶囊用于载药的工作机制是不用释放药物，而是将需作用的靶向物质吸附到微胶囊中，利用微胶囊中的活性成分将其降解，从而解决活性药物的携载和利用问题，可以有效保护内容物活性，使其能够在复杂、敏感的环境内免疫外界干扰从而发挥效用。

（4）本发明制备的互穿网络分子筛微胶囊可以针对靶向物质分子量调节孔径大小，具备能够个体化定制的优点。

附图说明

图1为本发明制备的互穿网络微胶囊基础结构示意图。

图2为本发明制备的具备分子筛效应的互穿网络微胶囊结构示意图。

图3为微胶囊制备方式示意图。

图4为本发明的微胶囊光镜表征图。

图5为本发明的微胶囊电镜表征图。

图6为本发明的微胶囊截面表征图。

图7为本发明微胶囊表面分子筛孔道结构电镜表征图。

图8为本发明微胶囊内部分子筛孔道结构电镜表征图。

图9为本发明分子筛效应示意图。

图10为本发明微胶囊体外筛选分子功能表征图。

图11为本发明微胶囊体外抑制大分子进入功能表征图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例中未注明具体条件的，按照本领域熟知的常规条件或制造商建议的条件进行，所用仪器或试剂未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

基于ALG的碱性环境响应分子筛功能的互穿网络微胶囊的制备

1）互穿网络微胶囊的制备

以静电喷雾为例，在注射器中加入含3m/v%的海藻酸盐（ALG）、25v/v%的聚乙二醇双丙烯酸酯（PEGDA）、1v/v %的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（HMPP），以此作为外相；以羧甲基纤维素钠作为内相，在核壳结构的微流控电喷装置中进行实验，具体参见图3。

调节内相流速20μL/min，调节外相流速80μL/min，电压调节至5 kV，收集距离为5cm，收集液选用2m/v%的氯化钙溶液，在收集液及其上方照射紫外光，交联固化1小时后，撤去溶液和紫外光源，得到互穿网络微胶囊基础结构。参见图4可得均一性较高的核壳结构。参见图5-6，场发射扫描电镜下微球表面具备多孔结构。

2）互穿网络分子筛微胶囊的制备：

配置10%浓度的EDTA溶液，将上一步所得的互穿网络微胶囊基础结构与EDTA溶液混合，在摇床上孵育12小时，每2小时更换一次溶液，制备得到具备分子筛效应的互穿网络微胶囊。参见图7，在调节可降解物质与不可降解物质比例之后，在处理后表面出现明显孔洞结构。参见图8，在调节可降解物质与不可降解物质比例之后，在处理后内部截面出现明显孔洞结构，可知通过此方法能够制备出分子筛微胶囊。

分子筛微胶囊能够针对不同分子量的物质进行选择性吸附，对分子量小的物质进行特异性吸附，而将大分子的物质隔离在微胶囊外，如图9和图10所示，将壳层比例不同的微胶囊至于脂多糖（LPS，13kda）与绿色荧光蛋白（GFP，30kda；用于模拟消化酶）中，随着分子筛微胶囊壳层组份的变化，可以令壳层孔径对不同分子量的两者通过率发生变化，从而可以在期间获得一个令LPS能通过，而GFP模拟的消化酶无法通过的比例，以此获得一种能够在消化环境下摄取LPS并保护内容物功能的分子筛微胶囊。

实施例2

基于明胶的热响应分子筛功能互穿网络微胶囊的制备

1）互穿网络微胶囊的制备

以静电喷雾为例，在加热板包裹的注射器中加入含10m/v%的明胶、50v/v%的聚乙二醇双丙烯酸酯（PEGDA）、2v/v %的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（HMPP），以此作为外相；以硅油作为内相，在核壳结构的微流控电喷装置中进行实验，具体参见图3。

调节内相流速60μL/min，调节外相流速200μL/min，电压调节至5 kV，收集距离为5cm，收集液选用0℃的水溶液，在收集液及其上方照射紫外光，交联固化1小时后，撤去溶液和紫外光源，得到互穿网络微胶囊基础结构。

2）互穿网络分子筛微胶囊的制备：

将所得互穿网络微胶囊基础结构置于80℃的热水浴中孵育并搅拌，12小时后取出微胶囊，制备得到具备分子筛效应的互穿网络微胶囊。

实施例3

基于CMC的酸响应分子筛功能的互穿网络微胶囊的制备

1）互穿网络微胶囊的制备

以静电喷雾为例，在加热板包裹的注射器中加入含15m/v%的羧甲基纤维素钠（CMC）、80v/v%的聚乙二醇双丙烯酸酯（PEGDA）、3v/v %的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（HMPP），以此作为外相；以正十六烷作为内相，在核壳结构的微流控电喷装置中进行实验，具体参见图3。

调节内相流速100μL/min，调节外相流速300μL/min，电压调节至5 kV，收集距离为5cm，收集液选用2m/v%的氯化铝水溶液，在收集液及其上方照射紫外光，交联固化1小时后，撤去溶液和紫外光源，得到互穿网络微胶囊基础结构。

2）互穿网络分子筛微胶囊的制备：

配置0.1mol/L的盐酸溶液，将上一步所得的互穿网络微胶囊基础结构与盐酸溶液混合，在摇床上孵育12小时，每2小时更换一次溶液，制备得到具备分子筛效应的互穿网络微胶囊。

实验例

为表征本发明中的分子筛微胶囊的实际价值，在体外消化液模型中对其进行了验证。将包裹有碱性磷酸酶的分子筛微胶囊置于模拟胃液（图11B）和模拟胃液、肠液复合液（图11C）中，评估其功能，参见图11。图11A为碱性磷酸酶活性梯度，Control组为不加模拟消化液的碱性磷酸酶，ALP组为加消化液的碱性磷酸酶组，ALG-ALP为传统包裹的碱性磷酸酶组，A-microcapsule为分子筛微胶囊包裹的碱性磷酸酶。参见图11可知，直接暴露的碱性磷酸酶和传统方式包裹的碱性磷酸酶直接丧失全部活性，而经分子筛微胶囊包裹的碱性磷酸存在着较高的活性，并且在一定的时间内保持相对较高的活性。

应用例

针对分子筛微胶囊的结构和功能，可以在代谢综合征中进行应用。代谢综合征是由肠道过量吸收LPS引起的，碱性磷酸酶是一种有效降解LPS的生物蛋白酶，具备较大的应用潜力。但是由于碱性磷酸酶是一种蛋白药物，在消化道复杂环境中易于降解，因此它的应用受到了极大的限制。通过本发明提出的分子筛微胶囊，可以在复杂消化道环境下保护碱性磷酸酶免于消化酶破坏，并吸附降解肠道中的LPS，对代谢综合征的治疗具备极大的价值。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：以含有可去除水凝胶预聚体、非去除水凝胶预聚体和光固化剂的溶液作为外相；以其他物质作为内相；将所述外相和内相注入至微流控电喷装置的相应通道中，经微流控电喷装置的输出通道，收集在装有的收集液的容器中；

S2：在收集液上方设置紫外光源，对收集液中的水凝胶预聚体进行交联固化，得到互穿网络微胶囊基础结构；

S3：将互穿网络微胶囊基础结构对外界环境进行条件响应，使可去除水凝胶预聚体对外响应后被去除，从而在微胶囊表面形成孔道，制备得到具备分子筛效应的互穿网络微胶囊；

其中，所述的其他物质包括正十六烷、食用油、硅油或羧甲基纤维素钠中的任一种。

2. 根据权利要求1所述的一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，外相和内相在微流控电喷装置相应通道中的流速分别为50~300 μL/min和10~100 μL/min。

3.根据权利要求1所述的一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，其特征在于：所述可去除水凝胶预聚体在外相中的浓度为1~20m/v%；所述非去除水凝胶预聚体在外相中的浓度为10~90m/v%；所述光固化剂外相中的浓度为1~4v/v%。

4.根据权利要求1或3所述的一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，其特征在于：所述的光固化剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。

5.根据权利要求1所述的一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，其特征在于：所述的可去除水凝胶预聚体为海藻酸盐、羧甲基纤维素钠、明胶、N-异丙基丙烯酰胺或壳聚糖中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，其特征在于：所述的非去除水凝胶预聚体为丝素蛋白、聚乙二醇双丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯明胶、海藻糖、羧甲基纤维素、透明质酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、半乳糖、糊精、麦芽糖、聚乳酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚二甲基硅氧烷中的一种。

7.根据权利要求6所述的一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，其特征在于：所述的非去除水凝胶预聚体内部加载有药物或活性物质。

8.根据权利要求1所述的一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，对外界环境进行条件响应具体包括pH调节、温度调节、离子解离中的一种或以上。

9.根据权利要求1所述的一种具备分子筛效应的互穿网络微胶囊制备方法，其特征在于：通过改变可去除水凝胶预聚体所占浓度比例进而调节孔道大小。

10.权利要求1制备的具备分子筛效应的互穿网络微胶囊在制备治疗代谢综合征材料中的应用。

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