CN111494332A - 高孔隙度纤维素海绵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了组合物、装置和方法，其用于通过使营养物或其他化合物例如毒素隔离而免于在消化道中吸收来影响体重减轻和/或体重控制等。该组合物、装置和方法使用一种或更多种由可压缩的吸收性基质材料所构成的构件。在多种实施方式中，基质材料适于常规使用。可压缩的吸收性基质材料具有构造用于高效地包装入小空间中的和/或构造用于在胃中吸收并且基本保留经消化物质的尺寸、形状和/或几何结构。装置和组合物还可包含一种或更多种水凝胶、可溶性或不溶性纤维素、蜡和/或树胶，以提供期望的机械性能和/或吸收或屏蔽性能。

Description

高孔隙度纤维素海绵

本申请是申请日为2013年03月15日、国家申请号为201380028037.9(PCT申请号为PCT/US2013/032513)、名称为“高孔隙度纤维素海绵”的中国专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求于2013年3月15日提交的美国专利申请No.13/841,138以及于2012年3月27日提交的美国临时申请No.61/616,037的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及装置、组合物和方法，其用于减少在胃肠道(GI track)中从摄入的食物吸收的营养物或其他化合物的量，以及其他用途。

背景技术

术语“超重”是指高于正常范围的体重。超重和肥胖症通过计算体重指数(BMI)来确定，BMI是用以千克计量的体重除以以米计量的身高的平方。超重通常被定义成BMI为25kg/m²至29.9kg/m²，肥胖症通常被定义成BMI≥30kg/m²，而严重肥胖症通常被定义成BMI≥40kg/m²(或在其他医学共存病的存在下BMI≥35kg/m²)。BMI小于约22.0kg/m²是理想的，虽然这对于许多个体而言可能是困难的并且也许是不现实的目标。

超重和肥胖症随着日益普及而成为世界范围的健康流行病。基于疾病控制中心和美国国立卫生研究院在2007年所收集的数据，在美国，超过三分之二的美国人超重并且26％至55％的美国人肥胖。在全球范围内，超重和肥胖症同时影响着发达国家和发展中国家。例如，在英国约23％的人口是肥胖的，相比之下，在墨西哥为约11％至23％、在南非为约30％至40％，而在巴基斯坦为约10％。

超重和肥胖症与许多健康风险相关，包括2型糖尿病、高血压、血脂异常、冠心病、癌症和中风等，以及过早死亡。与正常体重的个体相比，BMI为26.5kg/m²至29.9kg/m²有关的死亡风险升高至1.5倍。BMI≥30kg/m²的那些个体的各种原因的死亡率风险升高至2至3倍。经济意义很大；布鲁金斯学会(Brookings institute)的出版物引述美国的超重和肥胖症的花费为每年至少1470亿美元。从医学和经济学两者的视角来看，减轻体重的论据都是清楚的。

目前，可用于减轻体重的方法包括行为矫正(饮食改变和运动疗法)、药物治疗和肥胖外科手术。仅通过节食和锻炼未能实现减轻体重目的的患者需要药物治疗。FDA已批准了两类明确用于体重减轻的药物。拟交感神经药物(例如，苯二甲吗啉、二乙胺苯丙酮、芬特明(phentermine))刺激去甲肾上腺素的释放和/或抑制其再摄取到神经末梢中。打个比方，这种效果类似于咖啡因，但比咖啡因所产生的效果强得多。拟交感神经药不仅导致食欲抑制而且可导致高血压和潜在的心肌梗死，并且因此FDA限定对其使用＜12周。麻黄碱是该类中的一种，，其最近因为这些不良副作用而从市场上退出。

吸收不良药物是FDA批准用于肥胖症的另一类药物。奥利司他(orlistat)是这类药物的唯一代表。奥利司他通过抑制胰脂肪酶来改变脂肪消化，导致30％所摄取脂肪的吸收不良。该脂肪排泄到粪便中，而不是被身体吸收。奥利司他是唯一获得FDA批准可长期用于肥胖症的药物(高达4年)。

对于患有严重肥胖症的患者而言，长期体重减轻的唯一被证实的机制是减肥手术。减肥手术通过吸收不良和/或限制来影响体重减轻。吸收不良(如同上文中的奥利司他)指的是所摄取食物的不完全吸收。身体并不吸收存在于膳食或给定食物中的全部量的卡路里。限制指的是减小胃的尺寸，从而产生早期饱腹感和减少食物消耗。

不满足严重肥胖症之BMI标准的超重和肥胖患者不必将手术作为体重减轻之可行选择，因为用于这些程序的保险责任范围通常限于严重肥胖。因此，超重和肥胖患者仅可使用一种FDA许可的用于减轻体重的药物。因此，对于体重减轻和体重控制替代品存在很大的需要。

发明内容

本发明提供了组合物、装置和方法，其通过使营养物或其他化合物(例如，乙醇或毒素)隔离而免于在消化道内的吸收来影响体重减轻和/或体重控制以及其他方面。在多种实施方式中，使用可压缩的吸收性基质材料的组合物、装置和方法适于常规使用。

在一个方面中，本发明提供了一种装置或组合物，其包含设计用于在消化道中吸收并且基本保留营养物质——例如在用餐后存在于胃中的营养物质——的一个或更多个可压缩的吸收性基质材料的构件。装置或组合物可进一步使用一种或更多种水凝胶、可溶性或不溶性纤维、蜡和/或树胶，以提供期望的机械性能和/或吸收或屏蔽性能，如本文所详细描述的。在一些实施方式中，装置是胶囊的形式，其包含可以是管状形式的基质材料构件。替代地，装置或组合物可以是食物添加剂。

在另一个方面中，本发明提供了一种用于吸收和保留(例如，屏蔽)来自消化道吸收作用的营养物或其他化合物的方法。该方法包括提供在进食前、进食期间或进食后咽下的装置或胶囊。对象可以是超重的或肥胖的对象，并且该组合物或装置可常规地用于影响体重减轻。替代地，对象可以为正常体重但是例如由于形态或肥胖历史而需要体重控制的对象。

在多种实施方式中，口服咽下的装置或组合物包含一个或多个压缩或致密状态的“海绵”或“海绵状管”，并且其一旦进入胃肠道中就会膨胀。海绵状基质或架结构(scaffolding)极大地扩大了在海绵的膨胀过程中位移的体积。例如，在某些实施方式中，海绵状材料自身可吸收十倍或更多倍其自身重量的流体，这有助于将材料成形为架结构。当海绵膨胀时，其并非仅仅吸收十倍其体积，而是浸泡在包含于架结构的空隙空间中的所有流体。换言之，海绵的“腔”或“孔”显著地增大了所吸收流体的体积。然后这些流体接着将被密封各个腔的海绵单元壁中的水凝胶截留于海绵架结构的内部。

更特别地，海绵吸收胃中的一部分食糜悬浮物，从而减小了在小肠中进行吸收可获得的食物的量。以该方式，卡路里与身体“隔离”，促进了体重减轻。该装置或组合物设计使营养物吸收(和伴随的营养物隔离)的能力和/或效率最大化并且避免了与用于肥胖症的基于药物的治疗相关的副作用。例如，材料和/或基质材料的几何结构与一种或更多种水凝胶、可溶性和/或不溶性纤维、蜡和/或树胶一起提供了期望的机械性能，包括基质材料的高效包装和期望的弹性和/或膨胀性能，以及期望的对营养物的吸收和随后对消化作用的隔离和屏蔽的性能。

在多种实施方式中，本发明有助于扭转食品工业中逐渐减少食品中的纤维并用糖来将其取代的趋势。本发明因此还为饮食提供了纤维同时消除了糖的吸收。

在多种实施方式中，本发明吸收富含糖和/或乙醇的流体，该糖和/或乙醇通常是可溶的，因此，比其他可溶性较低的营养物更容易被胃肠道吸收。此外，糖和/或乙醇可能不益于健康。这些流体随后则可能在其处于天然状态和/或凝胶态或粘液状态下被组合物和装置隔离。例如，该流体可通过吸收、反应或与其他化合物如可溶性纤维相结合来被隔绝。因此，身体将“看见”(例如，将能够在消化期间吸收)更少的营养物(例如，糖、碳水化合物、脂肪、乙醇和酒精等)，并且与此相反，将“看见”更有益的纤维。

在多种实施方式中，本发明提供了在胃中或胃肠道中隔离愿意或不愿意地被摄取的化合物、液体(例如乙醇)、药物或其他危险或有毒物质。该组合物或装置具有吸收和吸入所摄取物质和使其胶化并安全地和自然地将其从体内清除的潜力。

在多种实施方式中，本发明提供了营养物的隔离，而不改变个体的正常饮食、正常味道以及由一般消费者以有效的方式所摄取食物的通常量。

本发明的装置和组合物可被超重和肥胖者常规地或长期地用于持续的体重减轻，或被标准体重的个体用于体重控制。例如，该装置可以每周使用一次至二十次，使用一年或数年(例如，1、2、3年或更多年)。该装置可以每天使用1至3次(例如，每餐时使用)，，使用1、2或3年或更多年。替代地，其可被过度饮食并且可能希望减少他们的放任带来的卡路里“伤害”的标准体重的个体短期使用。因此，本装置和方法可为世界范围内数亿人的肥胖和超重提供廉价的、安全的解决方案，随之在相关的医学并存症、寿命、卫生保健花费和全球经济负担方面带来了相应的利益。

该装置和组合物可用于吸收和阻止愿意或不愿意地被摄取的毒素或醇的消化或生物学效应。在这些实施方式中，不必常规地使用该装置或组合物，但是可与有包含毒素的风险的食物一起服用，或基于对毒素摄取的知识来服用，或可用于避免或对抗过量消耗乙醇的影响。

附图说明

图1至图16示出对于吸收性材料的示例性设计。

图17至图20示出示例性吸收性材料。

图21至图26示出对于本发明的装置的其他示例性设计。

具体实施方式

本发明提供了组合物、装置和方法，其通过使营养物或其他化合物(例如毒素)隔离而免于从消化道中的吸收来影响体重减轻和/或体重控制等。该组合物、装置和方法使用由可压缩的吸收性基质材料制成的一个或更多个构件。在多种实施方式中，该基质材料适用于常规应用。该可压缩的吸收性基质材料具有构造用于高效地包装入小空间中的和/或构造用于在胃中吸收并且基本保留经消化的物质的尺寸、形状和/或几何结构。该装置和组合物还可包含一种或更多种水凝胶、可溶性或不溶性纤维、蜡和/或树胶，以提供期望的机械性能和/或吸收或屏蔽性能。

该组合物和装置减少了身体摄取的营养物的卡路里吸收。可将本装置的操作方法称为“吸收不良”，其中营养物在胃肠道中被基质材料(例如，海绵状材料)吸收并隔离。因此，被隔离的营养物不被肠代谢或吸收，而与基质材料一起排泄。该装置是惰性的并且以被动方式起作用并且基本上不干扰身体新陈代谢，实质上，该装置“屏蔽”了从小肠绒毛和其他消化活动的吸收作用摄取的营养物。

在一些实施方式中，可压缩的吸收性基质材料可以是海绵状材料，并且可以为“海绵状管”和/或“海绵滴状物”的形式。虽然管对于基质材料而言可以是最直观简单的形状，但基质材料可以是或者也可以不是管的形状，因为其他几何结构在某些实施方式中将是适当的和/或有利的。例如，可通过机械地将海绵研磨成小块来产生无任何确定形状并且彼此之间是各自唯一的不规则形状的海绵片，其在某些实施方式中可以是适当的和/或有利的。在海绵中包含体积比海绵的表面形状更为重要。

海绵状材料可以是天然存在的材料或可以是人造泡沫型海绵，其包含多个开放的空间——例如可以为形状上不规则或规则的开放或封闭的“单元”——并且由海绵状基质“单元壁”所限定。海绵状材料还可以是这样的材料，其具有规则或不规则的交替的空的和封闭的空间，其具有限定的几何结构或无定形空间或限定的与不规则或无定形空间的混合。在一些实施方式中，海绵状材料具有能够在机械、化学或热作用或其组合下瓦解(collapse)的几何学上设计的结构，，并且随后可呈现出膨胀的形状，膨胀的形状可以是原始形状(压缩之前)或另一种预期的形状。膨胀的形状通常响应于在与胃内容物的相互作用和/或与存在于装置中适当添加剂的化学相互作用之后移除机械、化学或热作用而发生。

当基质材料受到机械压缩、热和/或化学处理(例如，通过使材料化学改性、交联(crosslinking)、复合或共价键合复合等)时，其尺寸和/或体积可减小至远小于原始的未压缩的尺寸和/或膨胀的体积的尺寸和/或体积。可压缩的性质允许将多个基质材料构件高效包装入小空间内，例如用于递送的胶囊或其他载体。例如，压缩的尺寸或体积可小于膨胀尺寸的约50％，或者在其他实施方式中，小于膨胀的尺寸或体积的约40％、小于约30％、小于约25％、小于约20％、小于约15％、小于约10％、小于约5％、小于约1％、小于约0.5％、或小于约0.1％。通常，在释放施加的机械压缩或化学约束(例如，通过化学反应、破坏、交联等)或两者之后，材料可呈现其初始的较大形状。

基质材料的膨胀的机制还可能是弹性恢复，其中材料虽然本身并非弹性体，但是在压缩和/或加压的一段时间后仍可具有足够的劲度(例如，分子蠕变时间足够长)从而材料仍可至少部分地呈现其原始形状。

可将基质材料机械地变平并且堆叠或简单地压缩，然后包封在例如用于咽下的常规药物胶囊中。基质材料通常由可被压缩并且能够在消化道中吸收液体和/或物质的弹性的和/或有回弹力的材料构成。基质材料通常具有内部多孔结构如天然海绵。海绵或海绵样材料的单元可以是任意的和/或无定形的(例如，与通常市售的人造或天然海绵一样)。替代地，在一些实施方式中，海绵状材料的单元可以是更规则和/或几何结构上规则的，如蜂窝状或其他几何结构和/或体积排列。

相对于包含天然纤维的无定形和/或非几何结构的装置，基质材料的几何结构还可提供对本装置的膨胀和其消化流体吸收和/或保持能力的放大的和/或倍增的作用。相对于无定形装置(例如，，具有不规则形状的装置)，该放大的和/或倍增的作用可以是至少2倍、至少5倍、至少10倍、至少50倍或至少100倍。因此，这些实施方式需要小得多的数量、质量、体积、剂量或量的本装置或组合物。例如，在一些实施方式中，使用者仅需要咽下小药丸或胶囊(例如，常规尺寸的药丸或胶囊)。与本文所述的放大的和/或倍增的作用一致，该小药丸或胶囊可有效地提供较大的消化流体吸收能力并且因此使其隔离或屏蔽而免于被过身体吸收。

在一些实施方式中，海绵状材料可以是由常规方法产生的常规的或天然的海绵。在其他实施方式中，海绵型材料可由例如发泡剂、活性剂、渗透剂产生，并且可通过挤出成型、吹塑成型、注塑成型、热成型、机械或化学雕刻和成形等形成。替代地，海绵状材料可以通过将较小片段和/或几何结构的和/或任意成形的单元组装成较大单元而制成，其允许仔细选择海绵状形态。例如，海绵状材料可以通过挤出工艺、吹塑工艺、注射或热成型模塑工艺制备，或可以机械地和/或化学地印模或机械地雕刻或形成。海绵状材料可以为部分或全部弹性的、弹性体的、有或没有回弹力的、反冲或部分刚性的或半刚性的和/或塑料的。图17至图20说明了可适用于本发明的某些示例性海绵状材料。

通常选择海绵状材料使得单元壁将具有“形状记忆”，即一旦使所施加的机械和/或化学压缩力释放，则单元通常至少部分地恢复或膨胀至其原始尺寸和/或形状。在一些实施方式中，海绵状材料可仅由于使基质材料膨胀的水分吸收而膨胀和收缩，类似于由于空气被压缩入可膨胀的塑料基质(例如可膨胀的反弹室)中而导致的溶胀(swelling)。

所释放海绵状材料的膨胀机制可以是例如通过形状记忆材料的恢复使得材料在于胃中的生理条件下(例如，在37℃下)至少部分地呈现其原始形状。可将弹性体或有回弹力的材料用于海绵状材料例如弹性体材料如乳胶、银菊胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、纤维素、纳米纤维素、丁腈橡胶或生物材料例如弹性蛋白、胶原质和/或其他天然蛋白，或在延长的时间段之后在压缩下可维持和保存其原始形状或恢复至记忆形状或呈现不同形状的任何其他适当的材料。替代地，膨胀机制可能在很大程度上是因为海绵的流体吸收——例如，当包括如半纤维素这样具有高吸收力的材料时，并且能够产生液压力使得海绵架结构膨胀。

海绵状基质可由对于人吞咽而言安全的材料构成。适当材料的实例包括：聚氨酯、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、EVA、天然橡胶、硅、硅橡胶、乳胶、EPDM橡胶、乙酸正丁酯橡胶、丁腈橡胶、PVA、PLA的聚合物或共聚物。适当的弹性体生物材料包括硅树脂、热塑性弹性体、聚烯烃和聚二烯弹性体、聚(氯乙烯)、天然橡胶、银菊橡胶、肝素化聚合物、水凝胶、多肽和弹性体，其可与其他聚合物或天然的或人造的弹性体和/或填料如粘土、淀粉、弹性纤维、弹性微纤维、弹性纳米纤维混合，其还可以与惰性和/或天然化合物例如纤维素和其衍生物、弹性和非弹性填料和粉末混合。

对于基质而言其他适当的材料包括天然聚合物例如纤维素、纳米纤维素、细菌纤维素、纤维素纤维、微纤维和纳米纤维、甲基纤维素、乙基纤维素、乙基甲基纤维素、其他纤维素衍生物、与天然或合成或人造弹性体和/或填料混合的纤维素以及天然水凝胶(如壳聚糖)、仙人掌属植物和其他二糖以及天然粘土(例如蒙脱石)。

在某些实施方式中，可使用基本上提供所有期望的性质的海绵状材料，例如溶胀、吸收、浸泡、屏蔽、保留、崩解并且还可是生物相容的、生物可降解的并且可仅包含天然材料。

在某些实施方式中，适当的海绵可以通过使特别小尺寸的多孔性纤维素海绵发生羧化作用并且将其添加至表面高亲水官能团——例如具有0.2至0.3之间的取代度的COONa和COOK——来产生。

在胃肠道中基质材料的崩解是适当的或表明的实施方式中，可使用生物可降解的填料、化合物或纤维。消化道中的这些化合物、填料或纤维的部分或全部崩解可诱导海绵状材料的部分或全部瓦解。因此，可通过调节该添加剂的比例来影响材料的平均崩解时间。示例性填料可包括淀粉和/或其他多糖。

海绵状基质的尺寸的范围可为例如直径为约1nm至约25mm，或约1μm至约100μm。本海绵状管的长度的范围可为例如约1μm至3"。因此，本“管”的几何结构可根据所选择的宽度和长度而变化。此外，可使用不同尺寸和形状的海绵以选择性地捕获不同粒子尺寸和/或悬液和/或胶体。因此，胶囊可包含具有多种外部几何结构、海绵状材料、海绵形态等的海绵的混合物。

此外，可对海绵几何结构进行选择以使包装或堆叠效率最大化，或使可压缩于胶囊内的海绵的数量最大化，由此使各个胶囊的营养物隔离能力最大化。

该组合物和装置还可包含其他天然的或合成的材料以提供期望的机械性能或期望的吸收和/或屏蔽性能。

为了防止本装置所吸收的流体随后被释放，流体一旦吸收即应保持于内部或在基质材料中被隔离。此外，应当使经吸收流体或物质避免暴露于消化酶。因此，可使经吸收流体胶化或制备得更具粘性。因此可通过一种或更多种水凝胶、纤维和/或树胶将捕获的营养物密封或隔离于管内。可将该水凝胶、纤维和/或树胶直接结合至海绵状材料中、与海绵壁基质混合，包含于和/或分散于海绵单元内部或位于管的特定区域，例如，本文所述的管的入口或开口处。

在不受任何特定理论或模式的解释或作用的机制的限制的情况下，本装置可以以类似于消化系统中膳食纤维(例如，可溶性和/或不可溶纤维)的行为的方式部分地起作用。换言之，组合物和装置可减少和/或减慢胃肠道中营养物的吸收和/或可促进营养物的传送。因此，在某些实施方式中，组合物和装置可包含尽可能多的天然纤维——可溶性或不溶性或两者的组合。在某些实施方式中，使用可溶性和不溶性纤维的组合。可包括不溶性纤维以提供尤其是如本文所述的期望的机械性能，其包括膨胀和屏蔽。还可包括不溶性的纤维用于其流体的胶化的粘胶性质(mucillagenic)和/或增大俘获的、限制的、包封的或曳出流体的粘性。

适当的水凝胶的非限制性实例包括：聚乙烯醇、聚(乙基噁唑啉)、聚乙酸乙烯酯-聚乙烯醇共聚物、聚(2-丙烯酸羟乙酯)、聚(2-甲基丙烯酸羟乙酯)、羧甲基纤维素、聚丙烯酸和其共聚物、二糖、多糖、壳聚糖、藻酸盐、水溶性蛋白质和多核酸、天然粘土(例如蒙脱石)、钠膨润土、吸收性纤维、超吸收性纤维、微纤维和纳米纤维、微米粉末和纳米粉末和其组合。

混合海绵状材料中的水凝胶和/或粘液和/或树胶化合物形成化合物的可导致海绵的单元、孔或壁变得渗透性较低，并且因此可在消化流体初始吸收或隔离后抑制流体的进出。存在许多可实现该作用的不同化合物——人造的和/或天然的。示例性天然化合物可包括如上文所述的水溶性纤维、树胶等。可对单个水凝胶、树胶或纤维材料或其混合物进行选择以提供期望的吸收特征(profile)和/或其他期望的性能(例如，膨胀性能、吸收能力、机械性能等)。

分散于海绵状基质中或向该处添加并且机械地包含于管或管单元中的一种或更多种水凝胶、纤维和/或树胶可对单元进行密封，从而产生流体(fiidds)的运动可被部分或完全限制的多个密封或部分密封的隔室，从而防止所吸收的营养物泄漏或通过消化酶渗透，因为海绵在排泄前要经过<31腔道。海绵单元壁中的一种或更多种水凝胶、纤维和/或树胶将与液体一起溶胀直至海绵单元的膨胀完全或部分封闭了轴向的孔。一种或更多种水凝胶、纤维和/或树胶的另一个作用可以是使得海绵状管在机械上更加稳定或坚固，以便更好地抵抗在结肠中最后通过时管子万一被自然地排出体外的情况。

在一些实施方式中，营养物被一种或更多种水凝胶、纤维和/或树胶捕获在海绵中，然后海绵在通过胃肠道上部后崩解。例如，这些组分可在发生最多营养物吸收的胃肠道部分后崩解，使得可以不需要机械稳定性。在该情况下，可对海绵状材料进行选择使得材料至少部分或全部在胃肠道的下部崩解，以确保解除管的过量消耗或在临床上缓慢肠内排出(例如，避免肠内的堵塞)方面的安全性。

在一些实施方式中，组合物和装置包含不溶性和可溶性膳食纤维，例如抗性淀粉、非抗性淀粉和非淀粉多糖。实例包括阿拉伯木聚糖、纤维素、糊精、胰岛素、木质素、蜡、壳质、胶质、β-葡聚糖和低聚糖，其包括半乳糖和低聚果糖。其他示例性多糖包括多糖氢乙酯如果胶。组合物和装置可使用不同的不溶性纤维的混合物、不同的可溶性纤维的混合物和/或一种或更多种各个不溶性和可溶性纤维的混合物。在某些实施方式中，可以使用两种类型的纤维(例如，不溶性和可溶性)的混合物。一种或更多种不溶性纤维可提供“海绵”骨架和/或可提供屏蔽功能。

在某些实施方式中，组合物或装置包含选自胞外多糖粘液的一种或更多种可溶性纤维。该胞外多糖粘液可来自芦荟(Aloe vera)、白落葵(Baseila alba)(落葵)(Malabarspinach)、仙人掌、皱波角叉菜(Chondrus crispus)(爱尔兰藓)、薯蓣(Dioscoreaopposita)(山药，长山药)、茅膏菜属(Drosera)(茅膏菜)、胡芦巴、亚麻籽、海藻(kelp)、甘草根(liquorice root)、药属葵、毛蕊花属、黄秋葵、银胶菊属(Parthenium)、捕虫堇属(Pingiucula)(捕虫堇)、车前籽壳、西班牙鼠尾草(Salvia hispanica)(奇亚)籽、榆属(Ulmus)杨梅树皮(红榆)或任何其他适当的植物。

在这些和其他实施方式中，组合物和装置可包含纤维素或纤维素衍生物，例如甲基纤维素、乙基纤维素和/或甲基乙基纤维素。

在这些和其他实施方式中，组合物和装置可包含天然树胶、例如可获自海藻和其他来源的那些。该组合物包括聚合电解质：琼脂(E406)、海藻酸(E400)和海藻酸钠(E401)；和角叉菜胶(E407)。从非海洋植物资源中获得的天然树胶包括聚合电解质：来自金合欢树(Acacia tree)的树液的阿拉伯树胶(E414)、来自榆绿木树(Anogeissus tree)的树液的印度树胶、来自黄芪灌木(Astragalus shrub)的树液的胶黄蓍(E413)、以及来自苹婆树(Sterculia tree)的树液的刺梧桐胶(E416)。其他天然树胶包括来自瓜尔豆的瓜尔豆胶(E412)、来自角豆树的种子的角豆胶(E410)、来自燕麦或大麦麸的β-葡聚糖、获自人心果木的糖胶树胶、来自龙脑香科(Dipteroearpaceae)树的树液的达马树胶、来自魔芋植物的葡甘露聚糖(E425)、获自乳香黄连木的黄连木树胶、香口胶。在某些实施方式中，粘液材料包括来自车前属植物的车前子(Psyllium)籽壳、来自云杉树的云杉树胶、来自塔拉树的种子的塔拉胶(E417)和/或由细菌发酵所产生的天然树胶，例如聚合电解质：吉兰糖胶(E418)和黄原胶(E415)。还可使用动物性纤维，例如角蛋白(例如丝等)、弹性蛋白和/或胶原。这些天然树胶或纤维可获自商业来源。

一种或更多种水凝胶、纤维、蜡、和/或树胶可通过经由例如经由水和其他流体的吸收提供化学膨胀为基质材料的膨胀提供另外的机制(或力)。例如，基质材料可膨胀或者存在于海绵单元壁的一种或更多种水凝胶、纤维和/或树胶可吸收水和流体并且使单元壁变硬以使海绵状管至少部分恢复至其原始尺寸和/或在压缩和/或堆叠前的形状。

在一些实施方式中，装置或组合物包括单独的或化学地和机械复合的半纤维素或木聚糖。该短链多糖(半纤维素)较为廉价并且具有很强的流体吸收能力。例如，该装置或组合物可包含半纤维素-柠檬酸盐-壳聚糖、气凝胶泡沫，其两者均是弹性的并且极具吸收性。在这些和其他实施方式中，该装置或组合物包含、或进一步包含一种或更多种填料例如结晶纤维素和/或无定形纤维素、木质素或其他硬化化合物。在该实施方式中，基质的膨胀机制在某种程度上是流体吸收的结果，其可使海绵的架结构材料变硬并且可扩大总体膨胀。

在一些实施方式中，组合物或装置包含半纤维素与有机酸(例如，具有羧基)的酯。示例包括半纤维素柠檬酸盐、半纤维素醋酸盐和其他有机酸，其使泡沫具有期望的柔性和弹性回弹。在其他实施方式中，组合物或装置仅包含半纤维素或者半纤维素与壳聚糖。更进一步，装置或组合物的实施方式可使用淀粉-柠檬酸盐-壳聚糖、淀粉-壳聚糖或淀粉-半纤维素-壳聚糖。

为了获得期望的胶化作用，在存在或不存在半纤维素-柠檬酸盐-壳聚糖的情况下，可包括其他的化合物。该化合物包括多种类型的纤维素或其他人造的和合成的化合物，例如一种或更多种：牛血清白蛋白果胶酸盐、果胶-乙基纤维素、果胶酸钙和壳聚糖、萘普生胶质(naproxen pectin)、脱酯化胶质、果胶酸锌凝胶、直链淀粉、硫酸软骨素(交联的或非交联的)、环式糊精、右旋糖苷、藻酸钙和藻酸盐、槐豆胶、瓜尔胶、戊二醛和表氯醇。例如，在某些实施方式中，使用了瓜尔胶，其可以被混合到或仅分散于半纤维素基质泡沫海绵中。

基质材料膨胀的另一个机制可包括引入化合物和/或蛋白质类似物质的组合或以类似于肌肉结构的方式排列的结构，其中相对于另一种组分收缩、膨胀和/或扭转一种组分可导致旋转和/或扭转或膨胀作用，从而导致材料的膨胀。

释放经压缩基质材料的又一个机制可包括由胃的热和/或酸性环境激活的发泡和/或气体释放剂，其可产生气体和/或发泡以使材料(例如，NaCO₃等)膨胀。同样地，在海绵状材料与胃的酸性环境起反应的情况下，所有或部分海绵状材料可与胃酸反应，其至少部分地增大体积并且使海绵恢复至其原始形状。通常在包含经压缩材料的胶囊(例如明胶胶囊等)溶解后，释放于胃中的基质材料通常在胃内膨胀并且在其中吸收流体。

然而，膨胀的另一个机制可包括海绵的一些部分与另一些部分的静电和/或磁性排斥力和/或吸引力，或一个管与另一个管或包含于药丸中或独立地引入胃中的类似实体的静电相互作用。在另一个实施方式中，可以将基质材料以具有如上的弹性膨胀机制的扭曲形状引入，其然后可解开和膨胀。

在某些实施方式中，营养物的捕获还可由基质材料的扭曲(例如，如焦糖的缠绕)或旋转引起，在该情况下，基质材料可具有平的几何构型，虽然该机制可能具有其他形状并且还可包括与海绵状材料相关的吸收机制。以上所提及机制的一种或组合可引起或诱导该扭曲和/或旋转。

基质材料可以是圆柱形的，并且可具有椭圆、卵形、正方形、矩形、三角形或多边形或梯形的横截面或形状。此外，多种规则或不规则形状或横截面可用于形成组合物和装置，并且给定的“管”可包含多个特殊形状或横截面的离散区域之一。几何结构和横截面可支持高效包装入例如胶囊内，使得可将足够量的“管”递送入小空间中。几何结构、横截面和开口结构还可允许胃消化产物的高效吸收。混合的几何结构或形状也是可能的。图1至图16说明了许多示例性形状和横截面几何结构。此外，如所示，基质材料通常将沿其最长轴具有一个或更多个轴向开口或小孔，虽然基本上在沿其任何轴上都存在多于一个小孔。图1至图16示出了多个可能的孔结构。

一个或更多个孔可以沿着管的主轴(例如，沿着最长侧)居中或可以偏离中心。一个或更多个孔可具有圆形、星形、十字或其他分段几何结构(参见图1至图16)。该孔的目的是促进胃中营养物的快速吸收。具有孔的海绵结构被设计成促进进入至并且捕获于更大尺寸粒子的海绵内，否则可能会被吸收到海绵的内部。此外，一个或更多个孔通常减小胶囊内经压缩管的体积，因此可在单个胶囊中容纳更多个管并且单个胶囊或其与单个药丸一起可隔离更大体积的营养物。

在一些实施方式中，装置或组合物可在一个或更多个腔中或在海绵的单元中包含一种或更多种释放剂，以便避免单元的壁之间的粘附。这种释放剂可以是天然的或人造的蜡，蜡与弹性的树胶或仅小层的聚合物，例如聚乙烯化合物，或聚乙二醇，或仅聚乙烯。在某些实施方式中，释放剂溶解于胃中或为天然发泡剂(例如，小苏打)。

基质材料的外部表层基本上可以是完整的、光滑的并且无穿孔或孔，或者在一些实施方式中可以具有可能很小的一些孔。该全部或部分完整的表层可避免由于消化中机械和酶促作用导致的从基质材料所吸收营养物的损失。然而，在一些实施方式中，基质材料的外部基本上与内部相同并且可被穿孔等。

待吸收营养物通常经由开口进入基质材料，所述开口可存在于没有皮肤的端部，或者位于穿过管的孔的开口端。可对海绵几何结构和在海绵中管的数目和位置进行选择以在固定的胶囊体积内容纳最大可能数目的管，从而确保一旦管从胶囊中释放则恢复最可能的形状记忆，以使各个管或这些或其他因素的组合的吸收最大化。

基质材料可通过常规挤出或通过材料的发泡在机械切割期望的形状后制成。替代地，基质材料可由快速前进带条冲压。基质材料可通过压送辊海绵状材料片来包封。如在制药工业中常用的，急流可以运转包装或保护化合物的膜。例如，材料可以是PLA或其他天然的或人造材料。压送辊同时压缩与切割基质材料，并且于海绵周围滚动印模并密封膜。将大多数这些双膜所包含的印模海绵沉积于标准胶囊凝胶帽中或其他类似容器中。一种类似的工艺——尽管更小型化——可以用来制造海绵作为食品的前提。可通过在主要架结构材料(例如，泡沫)中机械地冲压孔来制造架结构的“海绵状”基质，并且在其自身上折叠有孔的芯单元材料之后，旋转或折叠或胶粘或机械地紧固有孔的条带从而保持三维结构，并且然后将其压缩并且包封。辊还可设计成不仅压平海绵，而且还给出横向压缩。

根据尺寸，本发明可使用基质材料的包封、微米包封或纳米包封。这些包封技术是已知的，并且例如用于微量营养物或药物递送。在一些实施方式中，用酪蛋白来包封该装置和组合物。微米包封或纳米包封的技术包括：锅包衣、空气悬液包衣、喷雾-干燥、离子移变胶化、凝聚、原位聚合。在其他实施方式中，通过冷冻来包封压缩状态的海绵。一旦被压缩和冷冻，具有少量水的海绵状基质将持续被压缩以允许易于包封。

当经处理海绵为膨胀形式时，海绵可例如与调味脂肪混合以再压缩海绵并且使其成形为包被颗粒，为人进行吞咽做好准备。

对于体重减轻或体重控制，所述组合物或装置在进餐之前、期间或之后咽下，或在任何其他食物摄取时间例如早餐、快餐等期间被摄取。通过调节胶囊尺寸、管的数目和胶囊的总吸收能力，胶囊可特别针对大的或小的尺寸人体和/或少或多的食量而改变。一旦咽下包含例如“海绵状管”的胶囊，则胶囊在胃中或肠内溶解以一次性完全地或成组地(例如，延缓释放)释放管。不再被胶囊机械或化学约束的经释放管随后将膨胀、吸收、捕获、封闭、浸没管释放时刻所存在的胃或肠的一部分内容物。

在一些实施方式中，组合物或装置可直接用于食品中(例如与食物混合)以降低包含该装置的食物的卡路里含量。例如，可将本装置分散、添加和/或混合于食品中或者作为用于添加至食物产品中(例如，在预包装的食品中，随同餐馆所供应的食物或随同家中的食物，在饮料中等)的单独组分包括于包装食品中。在一个实施方式中，可使本装置(例如，胶囊等)具有一定的规模或大小使得本装置可与所制备的食物混合或添加至其中。例如，具有例如球状或椭圆体几何结构的尺寸为例如小于约500μm，小于约250μm，小于约100μm，小于约50μm，小于约40μm，小于约30μm，小于约20μm，小于约10μm，小于约5μm或小于约1μm(或任意其他值或范围或其中的值或低于其的值)的小的海绵“滴状物”可以在例如巧克力、涂抹料、果酱、花生酱、黄油、谷物、面粉、甜食、糖果、蛋糕、生面团、食用面糊、食糖例如蔗糖或果糖或高果糖玉米糖浆，甚至软饮料或酒精饮料、果汁和/或任何其他用于出售或在餐馆中供应的食品之上或之内。

这些胶囊的小尺寸可允许其避免在咀嚼期间被破坏，并且可使其不被味蕾察觉。例如，组合物可以是无味的，和/或可以是成比例给定使得其提供平滑的“口感”。一旦进入胃中，装置或“滴状物”将从任意包封材料中释放并且然后可膨胀、吸收流体，并且在将装置设计成这样(例如，如本文所描述的)的一些实施方式中，使吸收的或包封的流体胶化。

在包含本装置的食物需要进一步烹饪和/或制备(例如面粉、面团等)的情况下，可对包封材料进行选择以防止暴露于热和/或暴露于烹饪流体。该包封可受到可抵抗该热和/或流体暴露的材料的影响，但是另外可在胃肠道中降解或溶解。例如，可选择耐热和/或热稳定性、在常态pH耐流体但是在酸性环境(例如，在胃中)溶解的包封材料。示例性材料包括聚乳酸(PLA)，其可抵抗高达190摄氏度的温度。

装置和组合物可用于吸收和阻止愿意或不愿意地被摄取的毒素或乙醇的消化或生物作用，在这些实施方式中，装置或组合物不必常规地使用，但是可与有包含毒素的风险的食物一起服用，或者根据对毒素摄取的知识来服用，或者可用于避免或对抗过量消耗乙醇的影响。

应理解使用术语“隔离”、“屏蔽”、“包含”、“避免同化”和本文所用类似的术语并不意指绝对意义。换言之，本发明的有效性是装置用于部分地隔离和降低/阻碍吸收的能力。

以下非限制性示例将说明本发明的多个方面。当然，应当理解示例仅仅说明本发明的某些实施方式并非对本发明的范围构成限制，本发明的范围通过该说明书的结尾所附的权利要求来限定。

示例

在一个示例中，获得市售的纯纤维素海绵。将海绵切割成较小的管状形状，其直径为约3mm至4mm，长度为约1英寸。然后于羧甲基纤维素(CMC)粉末(水凝胶)中对条带进行涂布。然后将切割的经水凝胶涂布的条带插入具有约6μm厚壁(例如，毛发的厚度)和约4mm至5mm内径的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)管中。制备一批约100个填充有海绵的PET管。

然后将20束这样的填充海绵的PET管纵向排列、压缩并插入长约25mm以及直径约9mm的明胶胶囊中形成“药丸”。各个药丸称重为约500mg。

获得市售的罐装鸡汤并且将其倒入塑料容器中。将糖、盐和柠檬汁添加入鸡汤中以模拟摄取食物后胃的环境(例如，酸性)和内容物。然后将混合物加热至约35℃至40℃左右的温度。

然后将如上所述制备的一个药丸置入混合物中，并且将所述混合物搅拌几分钟。在约2.5分钟后，明胶胶囊被溶解并且开始释放海绵。由溶解凝胶胶囊所释放的海绵开始溶胀。继续搅拌约10分钟。

然后用过滤器将汤饱和的海绵从混合物中移除并且进行称重。使该实验再重复4次，总计5次实验。海绵的总重在约13克至约19克的范围内。

海绵状管在吸收汤混合物后更具刚性。使流体混合物进入海绵状单元中，其中通过CMC胶化那些流体。因此，在示例性实验中，海绵从0.5克最初重量至19克最终重量吸收了约18.5克的汤混合物。

基于所估算汤混合物的卡路里含量为约4kcal/g，考虑用水稀释汤，计算出示例性药丸可吸收约72Kcal的营养物，这将被隔离而免于在胃肠道中被吸收和代谢。因此，例如，如所述的5个药丸将能够隔离相当于来自使用者日常饮食的小汉堡包的营养物。因此，随同食品消耗约5个示例性药丸的人每年可减少约15磅的体重。

本文所述的海绵状材料、其几何结构、所使用的水凝胶以及海绵的包装的进一步发展和改进将显著的提高本海绵和包含该海绵的药丸的卡路里吸收能力。例如，包含由膨胀并且吸收约100倍其初始体积的海绵状材料所制备的海绵的具有约2.5cm³体积的海绵药丸可捕获高达约250cm³的流体。该体积(即250cm³)相当于至少250克营养物，并且因此可实现每个药丸隔离约1000kcal的卡路里。

应当将本文所描述的以及通过前述示例所说明的实施方式理解为阐释本发明，而并不应当理解为限制。相反，本公开内容包括如所附权利要求体现的其替代形式及等同形式。

Claims (17)

1.一种减肥装置，包含具有海绵结构的可压缩的吸收性基质材料的一个或更多个构件，其中，所述海绵结构包括由单元壁限定的多个单元，其中，所述可压缩的吸收性基质材料通过高亲水官能团而官能化,其中，所述可压缩的吸收性基质材料被包装入压缩空间中，以使得所述可压缩的吸收性基质材料具有小于所述可压缩的吸收性基质材料的膨胀状态的体积的50％的压缩体积，并且其中通过在从胃中吸收流体期间由于半纤维素的使用所产生的液压力使得所述海绵结构的膨胀而引起所述可压缩的吸收性基质材料从压缩状态膨胀至膨胀状态，从而吸收在胃中经消化的物质，其中，从压缩状态至膨胀状态的状态改变使得所述可压缩的吸收性基质材料将在胃中经消化的物质捕获在与所述可压缩的吸收性基质材料相关的多个开口中，其中，已吸收的经消化的物质保留在所述可压缩的吸收性基质材料中，并且其中所述可压缩的吸收性基质材料还包括通过如下方式而有助于将经消化的物质吸收并保留在所述可压缩的吸收性基质材料中的一种或多种附加化合物：

提供有助于所述经消化的物质吸收在所述可压缩的吸收性基质材料中的相应的机械性能；以及

密封所述可压缩的吸收性基质材料的所述多个开口，其中，密封是通过流体的吸收而造成所述海绵结构的所述单元壁的膨胀实现的，

其中，所述一种或多种附加化合物选自水凝胶、可溶性或不溶性纤维、蜡和树胶或其混合物中的一种或多种。

2.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述可压缩的吸收性基质材料是管。

3.如权利要求2所述的减肥装置，其中，所述管包含与外部相连通的一个或更多个内部空腔。

4.如权利要求3所述的减肥装置，其中，所述内部空腔具有限定的形状。

5.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述可压缩的吸收性基质材料包含弹性体、胶乳、银菊胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、纤维素、纳米纤维素、丁腈橡胶、弹性蛋白、胶原、细菌纤维素、纤维素纤维、微纤维和纳米纤维、甲基纤维素、乙基纤维素、乙基甲基纤维素、与弹性体复合的纤维素、与壳聚糖、仙人掌属植物和其他双糖之类的天然水凝胶复合的纤维素、与填料混合的纤维素及其组合。

6.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述水凝胶包含聚乙烯醇、聚(乙基噁唑啉)、聚乙酸乙烯酯-聚乙烯醇共聚物、聚(2-丙烯酸羟乙酯)、聚(2-甲基丙烯酸羟乙酯)、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酸共聚物、二糖、多糖、壳聚糖、藻酸盐、水溶性蛋白质、多聚核酸、天然粘土、蒙脱石、钠基膨润土、吸收性纤维、超吸收性纤维、微纤维、纳米纤维、微米粉末、纳米粉末及其组合。

7.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述装置包含胞外多糖粘液、纤维素、纤维素衍生物、半纤维素、角蛋白、弹性蛋白、胶原以及它们的混合物。

8.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述装置包含琼脂、海藻酸、海藻酸钠、角叉菜胶、阿拉伯树胶、印度树胶、胶黄蓍(E413)、刺梧桐胶、瓜尔豆胶、角豆胶、β-葡聚糖、糖胶树胶、达马树胶、葡甘露聚糖、乳香胶、车前子籽壳、云杉树胶、塔拉胶、结冷胶、黄原胶以及它们的混合物。

9.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述装置为包括所述可压缩的吸收性基质材料的一个或更多个构件的胶囊的形式。

10.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述装置穿过对象的胃肠道，并且基本保持完整无缺。

11.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述装置溶解于对象的胃肠道中。

12.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述可压缩的吸收性基质材料为通过高亲水官能团而官能化的纤维素材料。

13.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述可压缩的吸收性基质材料通过取代度为0.2至0.3的高亲水官能团而官能化。

14.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述高亲水官能团选自COONa、COOK及其组合。

15.如权利要求1所述的减肥装置，其中，所述可压缩的吸收性基质材料为通过选自COONa、COOK及其组合的高亲水官能团而官能化的纤维素材料，并且其中，所述纤维素材料以0.2至0.3的取代度而官能化。

16.一种食品或饮料，其包括权利要求1至15中任一项所述的减肥装置。

17.一种成套用具，其包括食品或饮料和权利要求1至15中任一项所述的减肥装置。

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