專利名稱：一種層層組裝的微膠囊及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明的目的是提供一種基于西佛堿鍵層層組裝生物兼容性微膠囊的方法。
背景技術：
微膠囊是通過成膜物質將囊內空間與其外部空間隔離開而形成的具有特定幾何形狀的物質，其形狀以球形為主，也可為橢圓形、正方形或長方形、多邊形以及各種不規(guī)則形狀。微膠囊的內部可以是填充的，也可以是中空的。微膠囊的囊壁通常由天然或合成的高分子材料或無機材料組成，囊壁的厚度一般在幾納米至幾微米之間。微膠囊的囊壁將囊內外空間隔離，若將物質包裹在囊內，物質本身的物理化學、生物學性能則不會受到影響，同時又對被包裹的物質起到保護作用，將其與外界隔離。囊壁具備的阻隔和滲透調節(jié)性能，可以降低或調控包埋物質的釋放速率，從而起到緩釋和控制釋放的作用。因此，由于微膠囊所具備的種種功能，使得科學家們根據被包裹物質性質的不同或實際應用中的需要，使用或開發(fā)出不同的囊壁材料以及制備方法。傳統微膠囊的制備方法從原理上可分為化學方法、 物理方法和物理化學方法?；瘜W法是指通過界面聚合、原位聚合等化學反應的方式制備膠囊結構；而噴霧法、鍋包法以及空氣懸浮成膜法等皆屬于物理法的范圍；物理化學的方法主要包括凝聚法、干燥浴法和油相分離法等。上述方法制備的微膠囊，無論是核-殼結構還是中空的微膠囊，在微膠囊的大小和囊壁厚度等方面都無法精確控制，導致微膠囊的尺度和壁厚存在著較大的多分散性。層層組裝技術與模板法相結合制備微膠囊能夠對膠囊的形態(tài)、尺寸、囊壁組成、壁厚、結構、通透性能以及表面功能進行調控。這種方法具有來源廣泛、操作方法簡單、成本低廉等優(yōu)點， 對微膠囊的制備和應用是個巨大的突破。經典的層層組裝技術的成膜推動力主要是聚電解質分子或帶電物質之間的靜電作用力。多種具有電荷的物質，如合成與天然的聚電解質、納米微粒、蛋白質、酶、磷脂、染料、金屬離子和表面活性劑等，都可被組裝到中空微膠囊中，從而制備出具有多種性能與功能的微膠囊。然而，囊壁的組成已不再局限于帶電物質，所以組裝的驅動力也從靜電作用延伸為氫鍵作用、疏水作用、共價交聯作用或DNA雜化作用等非靜電作用。由于共價鍵的強度要比靜電力、氫鍵等的強度大得多，因此由共價作用形成的微膠囊在穩(wěn)定性方面有著獨特的優(yōu)勢，這也是近年來它廣泛用于組裝微膠囊的原因。通過共價鍵制備微膠囊的方法，在技術上大多采用化學交聯劑，如戊二醛、聚環(huán)氧化物，碳化二亞胺等。高長有等通過戊二醛介導聚烯丙基胺鹽酸鹽(PAH)在碳酸錳粒子表面的組裝，獲得了戊二醛交聯的PAH單組分微膠囊。但是眾所周知，上述交聯劑大多有毒，容易溶出并進入人體內，從而對人體產生極大的危害。另外，現有的微膠囊壁材，通常是由天然或合成的高分子材料組成。但是，這些材料大多不能被生物降解，對人體和環(huán)境有害，而采用生物合成或生物衍生的高分子材料 (如海藻酸鈉、多聚賴氨酸、DNA、膠原、明膠、殼聚糖、葡聚糖、肝素及其衍生物等)則可得到生物相容的微膠囊。
基于上述原因，本發(fā)明提出了一種無需額外加入交聯劑，制備穩(wěn)定、生物兼容、生物可降解的微膠囊的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明在以往利用層層組裝技術和模板法相結合制備微膠囊的基礎上，基于西佛堿鍵組裝生物兼容的微膠囊。本發(fā)明提供了一種基于西佛堿鍵層層組裝生物兼容性微膠囊的方法，包括以下步驟(a)將模板粒子分散到含有組分2的溶液中吸附，去除未吸附的組分2 ；(b)將步驟a)中得到的粒子再分散到含有組分1的溶液中吸附，去除未反應的組分1 ；(C)重復至少2次的步驟a和b，組分1或2可以與上一次相同，也可以與上一次不同，任選的包括除去模板粒子的步驟。根據本發(fā)明實施例的方法，其中，所述的組分1或2為糖或糖的衍生物。根據本發(fā)明實施例的方法，其中，所述的組分1為糖的部分或全部羥基被氧化而得到的衍生物。根據本發(fā)明實施例的方法，其中，所述的組分2為殼聚糖。根據本發(fā)明實施例的方法，其中，所述用于氧化的糖為淀粉、纖維素、葡聚糖。根據本發(fā)明實施例的方法，其中，所述糖被高碘酸鈉氧化。根據本發(fā)明實施例的方法，其中，所述的模板粒子可以是碳酸錳、碳酸鈣、碳酸鎘、 二氧化硅、聚苯乙烯膠體粒子、三聚氰胺甲醛膠體粒子等，或是藥物晶體。根據本發(fā)明實施例的方法，其中，所述的模板粒子可以是橢圓形、正方形、長方形、 多邊形以及各種不規(guī)則形狀。根據本發(fā)明的方法得到的微膠囊具有如下優(yōu)點，(1)穩(wěn)定性好通過靜電組裝的海藻酸鈉/殼聚糖微膠囊在0. IM鹽酸和0. IM氫氧化鈉溶液中浸泡后很快就溶解了，而通過西佛堿鍵組裝的(CHI/ADA)5微膠囊在0. IM鹽酸和0. IM氫氧化鈉溶液中浸泡M小時后仍保持原來的形貌，證明本發(fā)明基于西佛堿鍵組裝的微膠囊的穩(wěn)定性好，(2)生物兼容，生物可降解囊壁成分為多糖或者是多糖的衍生物，均為生物兼容和生物可降解的材料，(3)可自發(fā)熒光由于囊壁成分之間形成了西佛堿鍵，因而可自發(fā)熒光，(4)具有pH響應的通透性囊壁成分之間形成了西佛堿鍵，西佛堿鍵在酸性條件下不穩(wěn)定，容易降解，(5)未使用額外的有毒的交聯劑未使用戊二醛，碳化二亞胺等有毒的交聯劑，


圖1 (CHI/ADA) 5微膠囊制備過程中囊壁成分之間的反應方程式。圖2微膠囊制備過程示意圖。圖3是自然干燥的(CHI/ADA)5微膠囊的掃描電子顯微圖。
圖4是自然干燥的(CHI/ADA) 5微膠囊的透射電子顯微圖，可以明顯看到膠囊在干燥狀態(tài)下的經典褶皺，表明了其中空結構。圖5是(CHI/ADA) 5微膠囊的激光共聚焦顯微圖。圖6是在不同酸度的體系中(CHI/ADA) 5微膠囊對FITC標記的葡聚糖(20kDa)滲透性的激光共聚焦顯微圖?？梢悦黠@看到，對于分子量為20kDa的FITC標記的葡聚糖來說， 在酸性條件下(PH = 5)可以滲透；而在中性(pH = 7)和堿性(pH = 9)條件下是不可以滲透的。圖7是在0. IM鹽酸(A)和0. IM氫氧化鈉(B)溶液中浸泡24小時后(CHI/ADA) 5 微膠囊的激光共聚焦顯微圖。通過靜電組裝的海藻酸鈉/殼聚糖微膠囊在0. IM鹽酸和0. IM 氫氧化鈉溶液中浸泡后很快就溶解了，而通過西佛堿鍵組裝的(CHI/ADA) 5微膠囊在0. IM 鹽酸和0. IM氫氧化鈉溶液中浸泡M小時后仍保持原來的形貌，證明本發(fā)明基于西佛堿鍵組裝的微膠囊的穩(wěn)定性好。
具體實施例方式實施例1(1)制備具有二醛結構的氧化海藻酸鈉(alginate dialdehyde, ADA)用蒸餾水將5g海藻酸鈉配制成濃度為2. 5wt%的溶液，向其中加入5. 4g高碘酸鈉，避光反應24h后加入適量乙二醇終止反應。溶液與IOg氯化鈉混合后用200mL無水乙醇使產物沉淀析出，抽濾并用去離子水溶解沉淀，再次用乙醇析出，抽濾，重復此步驟3次， 將產物裝入表面皿，40°C真空干燥Mh，即可制得ADA。(2)基于西佛堿鍵組裝的生物兼容性微膠囊首先，將碳酸錳粒子分散到含有0. 5M氯化鈉的lmg/mL殼聚糖(chitosan，CHI)溶液中，振蕩吸附30min后，離心分離，充分洗滌后，再分散到含有0. 5M氯化鈉的lmg/mL ADA 溶液中吸附30min，ADA上的醛基與粒子表面上CHI的氨基反應，由此，ADA借助與CHI間的反應接到了粒子表面，洗滌3次。再將該粒子分散到含有0.5M氯化鈉的lmg/mL CHI溶液中吸附30min，同樣CHI的氨基會與粒子表面ADA中過量的醛基反應，從而將CHI固定在粒子表面，洗滌3次。如此完成一個組裝周期，依次重復，直到所需的層數。然后，將包覆著多層CHI/ADA的碳酸錳粒子分散到0. IM的乙二胺四乙酸二鈉鹽溶液中，可分批溶解直到得到中空微膠囊，4°C存放以備用。其中，微膠囊的pH敏感性是以分子量為20kDa的FITC標記的葡聚糖為熒光探針分子，利用FV1000共聚焦系統(Olympus，日本)來表征的。實驗中，將制備的微膠囊懸浮液分散到不同PH的緩沖溶液中，然后將處于不同酸度下的膠囊懸浮液與等量FITC標記的葡聚糖(Mw 20kDa)混合均勻，15min后使用激光共聚焦顯微鏡迅速進行觀察。一般來說，如果膠囊內部和外部的熒光強度基本相似，就認為此膠囊對這種染料是可以滲透的；如果膠囊的內腔熒光強度明顯低于外部，則認為此膠囊對這種染料是不可滲透。實施例2(1)制備具有二醛結構的氧化纖維素(dialdehyde cellulose, DAC)用蒸餾水將5g纖維素配制成濃度為2. 5wt%的溶液，向其中加入5. 4g高碘酸鈉， 避光反應24h后加入適量乙二醇終止反應。溶液與IOg氯化鈉混合后用200mL無水乙醇使產物沉淀析出，抽濾并用去離子水溶解沉淀，再次用乙醇析出，抽濾，重復此步驟3次，將產物裝入表面皿，40°C真空干燥Mh，即可制得DAC。(2)基于西佛堿鍵組裝的生物兼容性微膠囊首先，將聚苯乙烯膠體粒子分散到含有0. 5M氯化鈉的lmg/mL殼聚糖(chitosan， CHI)溶液中，振蕩吸附他后，離心分離，充分洗滌后，再分散到含有0. 5M氯化鈉的lmg/mL DAC溶液中吸附他，DAC上的醛基與粒子表面上CHI的氨基反應，由此，DAC借助與CHI間的反應接到了粒子表面，洗滌3次。再將該粒子分散到含有0. 5M氯化鈉的lmg/mL CHI溶液中吸附他，同樣CHI的氨基會與粒子表面DAC中過量的醛基反應，從而將CHI固定在粒子表面，洗滌3次。如此完成一個組裝周期，依次重復，直到所需的層數。然后，將包覆著多層 CHI/DAC的碳酸錳粒子分散到0. IM的乙二胺四乙酸二鈉鹽溶液中，可分批溶解直到得到中空微膠囊，4°C存放以備用。實施例3(1)制備具有二醛結構的氧化淀粉(dialdehyde starch, DAS)用蒸餾水將5g淀粉配制成濃度為2. 5wt%的溶液，向其中加入5. 4g高碘酸鈉，避光反應24h后加入適量乙二醇終止反應。溶液與IOg氯化鈉混合后用200mL無水乙醇使產物沉淀析出，抽濾并用去離子水溶解沉淀，再次用乙醇析出，抽濾，重復此步驟3次，將產物裝入表面皿，40°C真空干燥Mh，即可制得DAS。(2)基于西佛堿鍵組裝的生物兼容性微膠囊首先，將碳酸鈣粒子分散到含有0. 5M氯化鈉的5mg/mL殼聚糖(chitosan，CHI)溶液中，振蕩吸附30min后，離心分離，充分洗滌后，再分散到含有0. 5M氯化鈉的5mg/mL DAS 溶液中吸附30min，DAS上的醛基與粒子表面上CHI的氨基反應，由此，DAS借助與CHI間的反應接到了粒子表面，洗滌3次。再將該粒子分散到含有0. 5M氯化鈉的5mg/mLCHI溶液中吸附30min，同樣CHI的氨基會與粒子表面DAS中過量的醛基反應，從而將CHI固定在粒子表面，洗滌3次。如此完成一個組裝周期，依次重復，直到所需的層數。然后，將包覆著多層 CHI/DAS的碳酸錳粒子分散到0. IM的乙二胺四乙酸二鈉鹽溶液中，可分批溶解直到得到中空微膠囊，4°C存放以備用。實施例4(1)制備具有二醛結構的氧化透明質酸(Dialdehyde Hyaluronic Acid, DHA)用蒸餾水將5g透明質酸配制成濃度為2. 5wt%的溶液，向其中加入5. 4g高碘酸鈉，避光反應1 !后加入適量乙二醇終止反應。溶液與IOg氯化鈉混合后用200mL無水乙醇使產物沉淀析出，抽濾并用去離子水溶解沉淀，再次用乙醇析出，抽濾，重復此步驟3次， 將產物裝入表面皿，40°C真空干燥Mh，即可制得DHA。(2)基于西佛堿鍵組裝的生物兼容性微膠囊首先，將碳酸鎘粒子分散到含有0. 5M氯化鈉的3mg/mL殼聚糖(chitosan，CHI)溶液中，振蕩吸附1 后，離心分離，充分洗滌后，再分散到含有ο. 5M氯化鈉的;3mg/mL DHA溶液中吸附iai，DHA上的醛基與粒子表面上CHI的氨基反應，由此，DHA借助與CHI間的反應接到了粒子表面，洗滌3次。再將該粒子分散到含有0. 5M氯化鈉的;3mg/mLCHI溶液中吸附 12h，同樣CHI的氨基會與粒子表面DHA中過量的醛基反應，從而將CHI固定在粒子表面， 洗滌3次。如此完成一個組裝周期，依次重復，直到所需的層數。然后，將包覆著多層CHI/DHA的碳酸錳粒子分散到0. IM的乙二胺四乙酸二鈉鹽溶液中，可分批溶解直到得到中空微膠囊，4°C存放以備用。實施例5(1)制備具有二醛結構的氧化肝素(Dialdehyde Heparin, DHP)用蒸餾水將5g肝素配制成濃度為3wt%的溶液，向其中加入5. 5g高碘酸鈉，避光反應1 后加入適量乙二醇終止反應。溶液與15g氯化鈉混合后用200mL無水乙醇使產物沉淀析出，抽濾并用去離子水溶解沉淀，再次用乙醇析出，抽濾，重復此步驟3次，將產物裝入表面皿，40°C真空干燥Mh，即可制得DHP。(2)基于西佛堿鍵組裝的生物兼容性微膠囊首先，將二氧化硅粒子分散到含有0. 5M氯化鈉的2mg/mL殼聚糖(chitosan，CHI) 溶液中，振蕩吸附4h后，離心分離，充分洗滌后，再分散到含有0. 5M氯化鈉的ang/mL DHP溶液中吸附4h，DHP上的醛基與粒子表面上CHI的氨基反應，由此，DHP借助與CHI間的反應接到了粒子表面，洗滌3次。再將該粒子分散到含有0.5M氯化鈉的ang/mL CHI溶液中吸附4h，同樣CHI的氨基會與粒子表面DHP中過量的醛基反應，從而將CHI固定在粒子表面， 洗滌3次。如此完成一個組裝周期，依次重復，直到所需的層數。然后，將包覆著多層CHI/ DHP的碳酸錳粒子分散到0. IM的乙二胺四乙酸二鈉鹽溶液中，可分批溶解直到得到中空微膠囊，4°C存放以備用。
權利要求
1.一種微膠囊，其特征在于包括交替層層組裝的高分子層，組分1含有多個醛基、組分 2含有多個氨基，在層層組裝過程中組分1或2可以是一種或者多種的組合，交替組裝的層可以相同，也可以不同；所述微膠囊任選含有核，所述的核為聚合物模板粒子、藥物、磁性粒子；在微膠囊表面任選被生物靶向分子修飾。
2.如權利要求1所述的微膠囊，其特征在于組分1或2為糖或糖的衍生物。
3.如權利要求2所述的微膠囊，其特征在于組分1為糖的部分或全部羥基被氧化而得到的衍生物。
4.如權利要求1所述的微膠囊，所述的組分2為殼聚糖。
5.如權利要求3所述的微膠囊，其中所述的用于氧化的糖為淀粉、纖維素、葡聚糖。
6.如權利要求3或5所述的微膠囊，其中所述的糖被高碘酸鈉氧化。
7.如權利要求1-6任一項所述的微膠囊，其中微膠囊為pH值敏感的微膠囊。
8.—種如權利要求1-7任一項所述微膠囊的制備方法，包括以下步驟(a)將模板粒子分散到含有組分2的溶液中吸附，去除未吸附的組分2；(b)將步驟a)中得到的粒子再分散到含有組分1的溶液中吸附，去除未反應的組分1；(c)重復至少2次的步驟a和b，組分1或2可以與上一次相同，也可以與上一次不同， 任選的包括除去模板粒子的步驟。
9.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于組分1通過將含羥基的高分子化合物通過加入高碘酸或其水溶性鹽氧化。
10.如權利要求1-7所述的微膠囊作為藥物載體的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物兼容性微膠囊及其制備方法，尤其涉及一種基于西佛堿鍵層層組裝生物兼容性微膠囊及其制備方法，其特征在于所用囊壁成分為生物兼容和生物可降解的多糖及其衍生物，囊壁成分之間形成了西佛堿鍵，未使用額外的有毒的交聯劑。相比以往制備的微膠囊，本發(fā)明得到的微膠囊兼?zhèn)浞€(wěn)定性好，生物兼容，生物可降解，無毒，自發(fā)熒光以及pH響應的通透性，且無需使用交聯劑。
文檔編號A61K47/38GK102335575SQ201010228510
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權日2010年7月14日
發(fā)明者崔岳, 李峻柏, 費進波, 賈怡 申請人:中國科學院化學研究所