CN115633682B

CN115633682B - 一种驱蚊微胶囊及其制备方法

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Publication number: CN115633682B
Application number: CN202211182631.0A
Authority: CN
Inventors: 张维; 翁佳丽; 李晓燕; 杨晓琴
Original assignee: Hebei University of Science and Technology
Current assignee: Hebei University of Science and Technology
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2023-09-01
Anticipated expiration: 2042-09-27
Also published as: CN115633682A

Abstract

本发明涉及微胶囊制备技术领域，具体公开一种驱蚊微胶囊及其制备方法。所述驱蚊微胶囊包括囊芯和包覆于所述囊芯外部的囊壁，所述囊芯为驱蚊活性物质，所述囊壁为双层结构，其中，内层囊壁为明胶‑多糖共聚物，外层囊壁为N,N,N‑三甲基壳聚糖。本发明提供的驱蚊微胶囊，不但进一步提高了微胶囊的包覆率，还使得微胶囊的分散性和pH稳定性显著提高，赋予微胶囊在pH 2～12的范围内均具有良好的缓释性能，有效提高了微胶囊的使用稳定性、储存稳定性和驱蚊效果的持久性，且材料无毒，具有良好的生物相容性，对人体无刺激和副作用，应用前景广阔。

Description

一种驱蚊微胶囊及其制备方法

技术领域

本发明涉及微胶囊制备技术领域，尤其涉及一种驱蚊微胶囊及其制备方法。

背景技术

蚊子可以传播疟疾、黄热病和登革热等疾病，世界卫生组织发布的报告表明，在所有传播疾病的昆虫中，蚊子是最大威胁。防治疾病传播的主要方法是控制病媒种群，同时，减少人与蚊子之间的接触。由于这些疾病目前仍然没有疫苗等预防措施，因此，使用驱蚊剂对于预防上述疾病具有十分重要的作用。现有部分驱蚊剂直接与人体皮肤接触会造成一定的副作用，比如可能引起荨麻疹、皮疹、瘙痒、发红、肿胀和接触性皮炎，并且具有挥发性，驱蚊有效时间较短。

微胶囊技术已用于多种活性成分的开发利用中，具有提高某些生物活性化合物的生物利用度、溶解度、稳定性和适用性的优势，因此，可用于解决现有驱蚊剂存在的上述问题。复凝聚法因其具有高负载率、包装效率高和形态可控的优势引起了许多研究人员的关注。复凝聚法制备的微胶囊的凝聚层是由两种或多种带相反电荷的生物聚合物络合形成。然而，聚合物之间静电作用的离子性质获得的微胶囊在某些条件下高度不稳定，通常需要交联剂固化凝聚层，才能使得微胶囊结构的稳定性得以提高。同时，复凝聚法制备的微胶囊在遇到恶劣环境时(如高离子强度、强酸强碱等)会使壁材致密性降低，芯材快速释放，造成缓释性能和稳定性性能降低。因此，有必要研发一种对极端环境耐受性好的高稳定的驱蚊微胶囊。

发明内容

针对现有技术中驱蚊微胶囊存在的在极端环境pH环境稳定性差的问题，本发明提供一种驱蚊微胶囊及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种驱蚊微胶囊，包括囊芯和包覆于所述囊芯外部的囊壁，所述囊芯为驱蚊活性物质，所述囊壁为双层结构，其中，内层囊壁为明胶-多糖共聚物，外层囊壁为N,N,N-三甲基壳聚糖。

针对现有驱蚊微胶囊在极端pH环境中稳定性差的问题，本发明以明胶和多糖作为壁材，以驱蚊活性物质作为芯材，制备得到形貌优良，包封率高的单层微胶囊，进一步地，利用N,N,N-三甲基壳聚糖自身的粘附性，以及其与明胶-多糖聚合物的静电作用对微胶囊进行二次包覆，不但进一步提高了微胶囊的包覆率，还使得微胶囊的分散性和pH稳定性显著提高，赋予微胶囊在pH 2～12的范围内均具有良好的缓释性能，有效提高了微胶囊的使用稳定性、储存稳定性和驱蚊效果的持久性，且材料无毒，具有良好的生物相容性，对人体无刺激和副作用，应用前景广阔。

优选的，所述内层囊壁是以明胶和多糖为原料，以茶多酚为交联剂，通过复凝聚法制备得到。

进一步地，所述明胶和多糖的质量比为2:1～2:3。

进一步地，所述驱蚊活性物质与明胶和多糖总质量的比为0.75:1～1.5:1。

优选的，所述多糖为阿拉伯胶、羧甲基纤维素、海藻酸钠、琼脂糖、环糊精、果胶或淀粉中至少一种。

本发明以明胶-多糖聚合物作为壁材，以无毒的茶多酚作为交联剂，使茶多酚与明胶形成强复合物，提高了微胶囊的包封率以及pH稳定性；且茶多酚与明胶形成的强复合物，还具有较高的抗氧化活性，有利于芯材物质的长期保存，从而提高了微胶囊的储存稳定性。

优选的，所述驱蚊活性物质为柠檬桉醇、柠檬桉树油、驱蚊酯、埃卡瑞丁或N,N-二乙基间甲苯胺。

本发明还提供了一种驱蚊微胶囊的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

步骤a，将明胶和多糖加热溶解，混合均匀，得壁材；向所述壁材中加入驱蚊活性物质，均质，调节pH至3.8～4.5，搅拌反应，得聚合物溶液；

步骤b，向所述聚合物溶液中加入茶多酚水溶液，交联固化，得单层微胶囊反应液；

步骤c，调节所述单层微胶囊反应液的pH为4.5～5.0，加入N,N,N-三甲基壳聚糖水溶液，于0℃～5℃搅拌反应，冷冻干燥，得所述驱蚊微胶囊。

本发明以驱蚊物质作为芯材，以明胶和多糖复合凝聚，在凝聚过程中加入茶多酚固化交联，然后在特定pH条件下，加入N,N,N-三甲基壳聚糖，通过 N,N,N-三甲基壳聚糖与明胶-多糖聚合物的静电吸附作用，以及N,N,N-三甲基壳聚糖自身的粘附作用，在微胶囊囊壁外沉积N,N,N-三甲基壳聚糖，进一步提高了微胶囊结构的稳定性，使得制备的微胶囊具有优异的缓释和pH稳定性，同时，制备的微胶囊还具有良好的分散性，解决了传统复凝聚法制备微胶囊易团聚的问题，适合大规模工业化生产应用，在驱蚊产品领域具有广阔的应用前景。

示例性的，步骤a中，加入溶解的条件为：升温至40℃～45℃，以 350r/min～450r/min的转速搅拌10min～15min。

优选的，步骤a中，所述明胶和多糖的质量比为2:1～2:3。

优选的，步骤a中，所述驱蚊活性物质与壁材的质量比为0.75:1～1.5:1。

进一步地，步骤a中，所述驱蚊活性物质与壁材的质量比为1:1。

优选的，步骤a中，所述均质的转速为7000r/min～9000r/min，均质的时间为3min～8min。

优选的，步骤a中，所述搅拌反应的温度为40℃～50℃，搅拌反应的时间为30min～40min。

示例性的，步骤a中，采用乙酸调节pH至3.8～4.5。

优选的，步骤b中，所述茶多酚水溶液的质量浓度为18％～22％，其加入量为所述聚合物溶液质量的1.5％～2.5％。

优选的茶多酚的浓度以及加入量，可以提高驱蚊微胶囊的包封率，降低微胶囊的粒径。

进一步地，步骤b中，所述茶多酚水溶液的质量浓度为20％，其加入量为所述聚合物溶液质量的2.0％。

优选的，步骤b中，所述交联固化的反应温度为40℃～50℃，交联固化的时间为20min～50min。

进一步地，步骤b中，40℃～50℃交联固化反应20min～50min后，快速降温至0℃～5℃，搅拌5min～20min，得单层微胶囊反应液。

优选的，步骤c中，所述N,N,N-三甲基壳聚糖水溶液的质量浓度为 0.8％～1.2％，其加入量为所述聚合物溶液质量的5％～15％。

优选的N,N,N-三甲基壳聚糖水溶液浓度和加入量，可提高驱蚊微胶囊的分散性和pH稳定性，加入量过多或过少均会导致微胶囊的分散性和pH稳定性降低。

优选的，步骤c中，所述搅拌反应的时间为30min～90min。

优选的，步骤c中，所述冷冻干燥的温度为-40℃～-50℃，冷冻干燥的时间为10h～16h。

示例性的，步骤c中，采用乙酸调节所述单层微胶囊反应液的pH为 4.5～5.0。

本发明提供的驱蚊微胶囊的制备方法，首先以明胶和多糖为壁材，以茶多酚作为交联剂，通过复凝聚法，形成以驱蚊物质为囊芯，以明胶-多糖聚合物为壁材的单层微胶囊，然后在明胶-多糖聚合物表面沉积N,N,N-三甲基壳聚糖，不但可以起到保护明胶-多糖聚合物的作用，提高微胶囊的分散性，更关键的是，还有效提高了微胶囊的pH稳定性和缓释性，且制备方法简单，生产过程中无有毒有害物质，制备过程绿色环保，避免了传统微胶囊容易对皮肤会造成一定副作用的缺陷，容易实现工业化生产，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的驱蚊微胶囊的光学显微镜图；

图2为本发明实施例1制备的驱蚊微胶囊的SEM图；

图3为本发明实施例1步骤二制备的单层微胶囊反应液于-45℃冷冻干燥 12h后(记为明胶-多糖微胶囊)的粒径分布图；

图4为本发明实施例1制备的驱蚊微胶囊的粒径分布图；

图5为本发明对比例1制备的微胶囊悬浮液的光学显微图；

图6为本发明对比例1制备的驱蚊微胶囊的SEM图；

图7为本发明对比例3制备的驱蚊微胶囊的SEM图；

图8为本发明对比例5制备的驱蚊微胶囊的SEM图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明实施例提供一种驱蚊微胶囊，其制备方法包括如下步骤：

步骤一、取壁材明胶和阿拉伯胶以1:1的质量比混合，升温至43℃，以 400r/min的转速搅拌13min，得壁材溶液；向所述壁材溶液中加入壁材质量1 倍量的避蚊胺，然后加入均质机中，8000r/min转速下均质5min，用乙酸调节 pH至4.3，45℃搅拌反应35min，得聚合物溶液；

步骤二、将质量浓度为20％的茶多酚水溶液加入上述聚合物溶液中，茶多酚水溶液的加入量为聚合物溶液质量的2％，于45℃交联固化35min，随后快速降温至2℃搅拌10min，得单层微胶囊反应液；

步骤三、用乙酸调节上述单层微胶囊反应液的pH为5.0，然后加入质量浓度为1％的N,N,N-三甲基壳聚糖水溶液，加入量为上述聚合物溶液质量的 10％，保持pH5.0，在2℃搅拌60min，得微胶囊悬浮液；然后将微胶囊悬浮液于-45℃冷冻干燥12h，得驱蚊微胶囊。

经测试，本实施例步骤三制备的驱蚊微胶囊的光学显微镜图如图1所示， SEM图如图2所示。从光学显微镜图可以看出，本实施例制备的驱蚊微胶囊周围包覆着一圈透明物质，表面N,N,N-三甲基壳聚糖均匀包覆于明胶-阿拉伯胶聚合物表面。且由光学显微镜图和SEM图可以看出，本实施例制备的驱蚊微胶囊为球形颗粒形貌，表面粗糙，结构稳定。

本实施例制备的驱蚊微胶囊的中值粒径为23.8μm，跨度值为0.95，并测得其包封率为89.1％。其中，步骤二制备的单层微胶囊反应液于-45℃冷冻干燥12h后(记为明胶-多糖微胶囊)的粒径分布图如图3所示，步骤三制备的驱蚊微胶囊的粒径分布图如图4所示，从图中可以看出，明胶-多糖微胶囊的团聚粒径为106μm，在0～50μm的小峰为单分散性微胶囊颗粒，第二个大峰则为微胶囊簇的粒径，并非单颗微胶囊，这是因为复凝聚法制备的微胶囊悬浮液具有一定的粘性，会出现团聚现象。而步骤三制备的驱蚊微胶囊的粒径分布均匀，团聚现象明显减弱。

本实施例步骤三制备的微胶囊悬浮液静置3h未发生沉降，说明本实施例制备的微胶囊悬浮液的稳定性较好。而本实施例步骤二制备的单层微胶囊反应液静置5min就会发生明显的沉降，说明加入N,N,N-三甲基壳聚糖后，微胶囊悬浮液的稳定性明显增强。

实施例2

步骤一、取壁材明胶和阿拉伯胶以2:1的质量比混合，升温至40℃，以 450r/min的转速搅拌10min，得壁材溶液；向所述壁材溶液中加入壁材质量 0.75倍避蚊胺，然后加入均质机中，7000r/min转速下均质8min，用乙酸调节 pH至4.5，40℃搅拌反应40min，得聚合物溶液；

步骤二、将质量浓度为18％的茶多酚水溶液加入上述聚合物溶液中，茶多酚水溶液的加入量为聚合物溶液质量的1.5％，于50℃交联固化20min，随后快速降温至0℃搅拌5min，得单层微胶囊反应液；

步骤三、用乙酸调节上述单层微胶囊反应液的pH为4.5，然后加入质量浓度为1.2％的N,N,N-三甲基壳聚糖水溶液，加入量为上述聚合物溶液质量的 15％，保持pH4.5，在5℃搅拌30min，得微胶囊悬浮液；然后将微胶囊悬浮液于-40℃冷冻干燥10h，得驱蚊微胶囊。

本实施例制备的驱蚊微胶囊的中值粒径为31.5μm，跨度值为1.12，并测得其包封率为84.3％。

实施例3

步骤一、取壁材明胶和阿拉伯胶以2:3的质量比混合，升温至45℃，以 350r/min的转速搅拌15min，得壁材溶液；向所述壁材溶液中加入壁材质量 1.5倍避蚊胺，然后加入均质机中，9000r/min转速下均质3min，用乙酸调节 pH至3.8，50℃搅拌反应30min，得聚合物溶液；

步骤二、将质量浓度为22％的茶多酚水溶液加入上述聚合物溶液中，茶多酚水溶液的加入量为聚合物溶液质量的2.5％，于40℃交联固化50min，随后快速降温至5℃搅拌20min，得单层微胶囊反应液；

步骤三、用乙酸调节上述单层微胶囊反应液的pH为4.8，然后加入质量浓度为0.8％的N,N,N-三甲基壳聚糖水溶液，加入量为上述聚合物溶液质量的 5％，保持pH4.8，在0℃搅拌90min，得微胶囊悬浮液；然后将微胶囊悬浮液于-50℃冷冻干燥10h，得驱蚊微胶囊。

本实施例制备的驱蚊微胶囊的中值粒径为19.2μm，跨度值为1.23，并测得其包封率为80.2％。

驱蚊微胶囊pH稳定性测试：

利用乙酸和氢氧化钠配制不同pH溶液(pH2、4、6、8、10、12)，取 50mg上述实施例1-3制备的驱蚊微胶囊加入不同pH溶液中，以200r/min的转速搅拌30min，取上清液，采用紫外分光光度计测试上清液的吸光度，计算避蚊胺的保留率。并将实施例1步骤二制备的单层微胶囊反应液于-45℃冷冻干燥12h后(记为明胶-多糖微胶囊)，按照上述方法测试pH稳定性。结果如表1所示。

表1

结果可知，在明胶-多糖聚合物表面沉积N,N,N-三甲基壳聚糖后，微胶囊的稳定性显著增强，在pH2-12的范围内均具有优良的稳定性。

驱蚊微胶囊缓释性能测试：

利用柠檬酸和磷酸氢二钠分别配制pH值为5和pH值为9的缓冲溶液，取50mg实施例1制备的驱蚊微胶囊，放置于400mL上述制备的pH5和pH 9的缓冲溶液中，以300r/min的速度缓慢搅拌，每隔20min取10mL上清液，采用紫外分光光度计对其上清液吸光度进行测试。并将实施例1步骤二制备的单层微胶囊反应液于-45℃冷冻干燥12h后(记为明胶-多糖微胶囊)，按照上述方法进行缓释性能测试，结果如表2所示。

表2

结果可知，未沉积N,N,N-三甲基壳聚糖的明胶-多糖微胶囊在pH为9的缓冲溶液中快速释放，180min释放量高达82.1％，而沉积N,N,N-三甲基壳聚糖的实施例1在相同条件下释放量仅为51.2％，说明本实施例制备的驱蚊微胶囊在碱性条件下缓释作用明显。在pH5条件下，两种微胶囊的释放量相对于碱性条件有所降低，在180min的释放后，实施例1制备的驱蚊微胶囊的释放量比明胶-多糖微胶囊低19％，表现出良好的稳定性。

对比例1

本对比例提供一种驱蚊微胶囊的制备方法，其制备步骤与实施例1完全相同，不同的仅是省去步骤二和步骤三，即不加入茶多酚和N,N,N-三甲基壳聚糖，具体步骤如下：

取壁材明胶和阿拉伯胶以1:1的质量比混合，升温至43℃，以400r/min 的转速搅拌13min，得壁材溶液；向所述壁材溶液中加入壁材质量1倍量的避蚊胺，然后加入均质机中，8000r/min转速下均质5min，用乙酸调节pH至 4.3，45℃搅拌反应35min，得微胶囊悬浮液；然后将微胶囊悬浮液于-45℃冷冻干燥12h，得驱蚊微胶囊。

经测试，本对比例制备的微胶囊悬浮液的光学显微图如图5所示，冷冻干燥后的驱蚊微胶囊SEM图如图6所示，从图中可以看出，不添加茶多酚交联剂，微胶囊悬浮液中微胶囊的形貌为球形，但是在进行冷冻干燥后，微胶囊失去球形结构，说明不加入茶多酚制备的微胶囊的结构不稳定。

对比例2

本对比例提供一种驱蚊微胶囊的制备方法，其制备步骤与实施例1完全相同，不同的仅是省去步骤三，即不加入N,N,N-三甲基壳聚糖，具体步骤如下：

步骤二、将质量浓度为20％的茶多酚水溶液加入上述聚合物溶液中，茶多酚水溶液的加入量为聚合物溶液质量的2％，于45℃交联固化35min，随后快速降温至2℃搅拌10min，得微胶囊悬浮液；然后将微胶囊悬浮液于-45℃冷冻干燥12h，得驱蚊微胶囊。

经测试，本对比例制备的驱蚊微胶囊为球形颗粒形貌，团聚粒径(Dv₅₀) 为106μm，并测得其包封率为86.4％，在pH为2和pH为12时芯材的保留率分别为40.6％和23％。

对比例3

本对比例提供一种驱蚊微胶囊的制备方法，其制备步骤与实施例1完全相同，不同的仅是将步骤二中茶多酚水溶液替换为等量的质量浓度2％的单宁酸水溶液，其余步骤完全相同。

经测试，本对比例制备的驱蚊微胶囊为团簇状，如图7所示，团聚粒径为 74.4μm，包封率为72.1％，在pH为2和pH为12时芯材的保留率为49.3％和 31.4％。

对比例4

本对比例提供一种驱蚊微胶囊的制备方法，其制备步骤与实施例1完全相同，不同的仅是将步骤三中N,N,N-三甲基壳聚糖水溶液替换为等量的质量浓度10％的β-环糊精水溶液，其余步骤完全相同。

经测试，本对比例制备的驱蚊微胶囊出现严重黏连现象，团聚粒径为84.6 μm，并测得其包封率为61.1％，在pH为2和12时芯材的保留率为42.2％和 25.3％。

对比例5

本对比例提供一种驱蚊微胶囊的制备方法，其制备步骤与实施例1完全相同，不同的仅是将步骤三中N,N,N-三甲基壳聚糖水溶液替换为等量的质量浓度10％的羧甲基壳聚糖水溶液，其余步骤完全相同。

经测试，本对比例制备的驱蚊微胶囊为非球形形貌，如图8所示，团聚粒径为68.6μm，并测得其包封率为72.6％，在pH为2和12时芯材的保留率为 50.8％和33.3％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种驱蚊微胶囊，其特征在于，包括囊芯和包覆于所述囊芯外部的囊壁，其特征在于，所述囊芯为驱蚊活性物质，所述囊壁为双层结构，其中，内层囊壁为明胶-多糖共聚物，外层囊壁为N,N,N-三甲基壳聚糖；

所述内层囊壁是以明胶和多糖为原料，以茶多酚为交联剂，通过复凝聚法制备得到；

所述多糖为阿拉伯胶、羧甲基纤维素、海藻酸钠、琼脂糖、环糊精、果胶或淀粉中至少一种；

所述明胶和多糖的质量比为2:1～2:3；所述驱蚊活性物质与明胶和多糖总量的质量比为0.75:1～1.5:1。

2.如权利要求1所述的驱蚊微胶囊，其特征在于，所述驱蚊活性物质为柠檬桉醇、柠檬桉树油、驱蚊酯、埃卡瑞丁或N,N-二乙基间甲苯胺。

3.权利要求1-2任一项所述的驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述明胶和多糖的质量比为2:1～2:3；和/或

步骤a中，所述驱蚊活性物质与壁材的质量比为0.75:1～1.5:1。

5.如权利要求3所述的驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述均质的转速为7000r/min～9000r/min，均质的时间为3min～8min；和/或

步骤a中，所述搅拌反应的温度为40℃～50℃，搅拌反应的时间为30min～40min。

6.如权利要求3所述的驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述茶多酚水溶液的质量浓度为18％～22％，其加入量为所述聚合物溶液质量的1.5％～2.5％；和/或

步骤b中，所述交联固化的反应温度为40℃～50℃，交联固化的时间为20min～50min。

7.如权利要求3所述的驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述N,N,N-三甲基壳聚糖水溶液的质量浓度为0.8％～1.2％，其加入量为所述聚合物溶液质量的5％～15％。

8.如权利要求3所述的驱蚊微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述搅拌反应的时间为30min～90min；和/或

步骤c中，所述冷冻干燥的温度为-40℃～-50℃，冷冻干燥的时间为10h～16h。