本發(fā)明屬于化學(xué)工業(yè)、材料學(xué)與生物醫(yī)藥的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種載親水性材料的聚合物微膠囊的制備方法。
背景技術(shù)：
微膠囊是利用成囊物質(zhì)將固體、液體、氣體包埋或封存的具有核殼結(jié)構(gòu)的微米級(jí)或亞微米級(jí)包覆物。由于具有結(jié)構(gòu)的特殊性、性能的多變性和裝載能力的強(qiáng)健性，微膠囊在醫(yī)藥、生物、食品、化工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，也一直是科學(xué)研究的一個(gè)前沿和熱點(diǎn)。目前，微膠囊的制備方法有很多，比如水相分離法、物理自組裝法、單體聚合法、化學(xué)交聯(lián)法、擠壓法、模板輔助法，等等，而微膠囊對(duì)材料的封裝策略也多種多樣，層層自組裝、化學(xué)結(jié)合、溶脹、溶劑揮發(fā)等都能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)材料的負(fù)載。雖然微膠囊的制備技術(shù)種類(lèi)繁多、特點(diǎn)迥異，但是操作過(guò)程大都比較繁瑣，反應(yīng)耗時(shí)也比較長(zhǎng)，并且很容易引入雜質(zhì)等，這極大地限制了它們的實(shí)用性。
20世紀(jì)90年代，美國(guó)科學(xué)家suslick等人利用高強(qiáng)度的超聲輻射成功地制備了蛋白質(zhì)類(lèi)微膠囊，并提出了一種新的制備微膠囊的方法——聲化學(xué)法。聲化學(xué)法不僅具有操作簡(jiǎn)單、高效快捷、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，而且在合成微膠囊的同時(shí)能夠直接地封裝目標(biāo)材料。盡管?chē)?guó)內(nèi)外關(guān)于聲化學(xué)法制備載油微膠囊的文獻(xiàn)有很多，但截至目前，尚未有利用聲化學(xué)法制備載親水性材料的微膠囊的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和專(zhuān)利報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有方法的不足，提供一種載親水性材料的聚合物微膠囊的制備方法。該制備方法在完成聚合物微膠囊制備的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)載親水性材料的油相的封裝，而且可以一步封裝載有多種親水性材料的油相。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：
本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種載親水性材料的聚合物微膠囊的制備方法。所述的方法包括：通過(guò)對(duì)含親水性材料的油相與含聚合物分子的水相進(jìn)行超聲輻射，最終形成以聚合物分子構(gòu)建的交聯(lián)膜為殼、載親水性材料的油相為核的微膠囊；其中，所述的含親水性材料的油相是通過(guò)以下方法制備得到：將親水性材料溶解或分散到呈流動(dòng)態(tài)的水凝膠中，然后通過(guò)高速攪拌將含親水性材料的水凝膠分散到含油包水型乳化劑的油相，從而形成含親水性材料的油相。
進(jìn)一步的，具體包括以下步驟：
(1)將聚合物分子溶于水中，形成含聚合物分子的水相；將親水性材料溶解或分散到呈流動(dòng)態(tài)的水凝膠中，然后通過(guò)高速攪拌將含親水性材料的水凝膠分散到含油包水型乳化劑的油相，形成含親水性材料的油相；
(2)按照設(shè)定比例向反應(yīng)瓶中加入含親水性材料的油相與含聚合物分子的水相，然后將其浸入水浴中；將超聲探頭置于油/水兩相界面，進(jìn)行高強(qiáng)度的超聲輻射；
(3)反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行冷卻、離心，然后洗滌下層沉淀物，最后得到以聚合物分子構(gòu)建的交聯(lián)膜為殼、載親水性材料的油相為核的微膠囊。
在本發(fā)明的步驟(1)中，各個(gè)原料的配比和含量對(duì)合成載親水性材料的聚合物微膠囊具有較重要的影響。為了能夠有效地構(gòu)建聚合物交聯(lián)膜，穩(wěn)定包裹載有親水材料的水凝膠，故聚合物分子的濃度需適量；水凝膠不僅能夠穩(wěn)定地負(fù)載親水性材料，而且可在微膠囊內(nèi)部起到支撐作用，故含親水性材料的水凝膠與含油包水型乳化劑的油相需要適當(dāng)?shù)捏w積比例；油包水型乳化劑的含量需適量，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)乳化劑的含量較高時(shí)，會(huì)使溶液的粘度變大，液滴分散效果變差，進(jìn)而造成微膠囊的尺寸較大，影響其穩(wěn)定性，而當(dāng)乳化劑含量較低時(shí)，不能完全地包裹住載親水性材料的水凝膠，不利于微膠囊的形成。因此，優(yōu)選的，各原料的配比和含量如下所述：所述的聚合物分子在水相中的含量是5-100mg/ml；所述的親水性材料在水凝膠中的含量是1μg/ml-20mg/ml；所述的含親水性材料的水凝膠與含油包水型乳化劑的油相的體積比是1:3-1:30；所述的油包水型乳化劑在油相的含量是5-200mg/ml。
在本發(fā)明的步驟(1)中，攪拌有助于將含親水性材料的水凝膠快速均勻地分散到含油包水型乳化劑的油相中，因此，優(yōu)選的，所述的攪拌速度是500-1000rpm。
在本發(fā)明的步驟(2)中，油/水體積比、反應(yīng)溫度、超聲輻射都會(huì)影響載親水性材料的聚合物微膠囊的合成及其粒徑范圍，因此，優(yōu)選的，所述的水浴的溫度是20-50℃；優(yōu)選的，所述的含聚合物分子的水相與含親水性材料的油相的體積比是2:1-20:1；優(yōu)選的，所述的超聲輻射的功率是100-600w/cm2，超聲輻射的時(shí)間是2-15min。
在本發(fā)明的步驟(3)中，冷卻有利于穩(wěn)定聚合物微膠囊，而離心、洗滌能夠提取和純化聚合物微膠囊，因此，優(yōu)選的，所述的反應(yīng)液的冷卻溫度是5-15℃，離心的轉(zhuǎn)速是1000-5000rpm，洗滌的次數(shù)是2-6次。
本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種采用上述方法制備得到的載親水性材料的聚合物微膠囊。所述的載親水性材料的聚合物微膠囊呈球形或橢球形，粒徑為500nm-10μm，其結(jié)構(gòu)包括殼層和核芯，其中，所述的殼層是由聚合物分子構(gòu)建的交聯(lián)膜，所述核芯是載有親水性材料的油相。
在本發(fā)明中，所述的聚合物微膠囊的殼層是由聚合物分子發(fā)生化學(xué)交聯(lián)或憎水效應(yīng)制成的，因此，優(yōu)選的，所述的聚合物分子為聚谷氨酸、纖維素大分子、淀粉大分子、抗生素蛋白，以及含多個(gè)巰基的蛋白質(zhì)或多肽中的一種。其中，優(yōu)選的，所述的含多個(gè)巰基的蛋白質(zhì)或多肽是血紅蛋白、牛血清白蛋白、人血清白蛋白、肌酸激酶、卵白蛋白、金屬硫蛋白、植物螯合肽。
在本發(fā)明中，所述的聚合物微膠囊的核芯是由水凝膠、油包水型乳化劑、親水性材料和油相制成。
在本發(fā)明中，水凝膠并沒(méi)有特別的限定，能夠穩(wěn)定負(fù)載親水性材料即可，但是基于本發(fā)明的水凝膠需要采用乳化劑進(jìn)行乳化，從而能夠使其穩(wěn)定地分散在油相中，因此，優(yōu)選的，所述水凝膠為殼聚糖水凝膠、纖維素水凝膠、葡聚糖水凝膠、海藻酸鈉水凝膠、明膠水凝膠、聚丙烯酰胺水凝膠、聚乙烯醇水凝膠、聚丙烯酸水凝膠中的一種。
在本發(fā)明中，水凝膠需要借助油包水型乳化劑穩(wěn)定地分散在油相中，因此，優(yōu)選的，所述的油包水型乳化劑為失水山梨醇硬脂酸酯、失水山梨醇油酸酯、失水山梨醇異硬脂酸酯、單硬脂酸甘油酯、卵磷脂、蔗糖酯、丙二醇單月桂酸酯、二乙二醇單油酸酯、二乙二醇單硬脂酸酯、硬脂醇醚-2、氫化蓖麻油、油醇醚-2、peg-4二油酸酯中的一種。
在本發(fā)明中，所述的親水性材料為水溶性的無(wú)機(jī)鹽、染料、藥物、生物大分子、磁性材料、納米材料中的一種或多種；所述的油相為動(dòng)物油、植物油、微生物油脂、礦物油、硅油類(lèi)、與水不相溶的有機(jī)溶劑中的一種。
本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供一種上述載親水性材料的聚合物微膠囊在材料運(yùn)載中的應(yīng)用。比如，當(dāng)負(fù)載的親水性材料為藥物時(shí)，聚合物微膠囊可以作為藥物傳輸系統(tǒng)，達(dá)到運(yùn)載和緩釋藥物的作用；當(dāng)負(fù)載的親水性材料為磁性材料時(shí)，聚合物微膠囊可以作為磁介導(dǎo)材料，達(dá)到靶向和治療的目的；當(dāng)負(fù)載的親水性材料為熒光劑或含同位素的鹽時(shí)，聚合物微膠囊可以作為示蹤因子，達(dá)到追蹤和標(biāo)記的目的。
本發(fā)明的原理：水凝膠可以穩(wěn)定地負(fù)載親水性材料，而油包水型乳化劑可以使載親水性材料的水凝膠穩(wěn)定地分散在油相中，從而形成載親水性材料的油相；利用超聲波的聲空化作用，可以促使處于油/水界面的聚合物分子發(fā)生化學(xué)交聯(lián)或憎水效應(yīng)，構(gòu)建成穩(wěn)定的交聯(lián)膜，同時(shí)將分散在油相中的親水性材料封裝，形成一種以聚合物交聯(lián)膜為殼層、載親水性材料的油相為核芯的微膠囊。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下有益效果：本發(fā)明方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)耗時(shí)短、原料來(lái)源廣泛、合成成本低，且封裝能力強(qiáng)，可以快速高效地制備聚合物微膠囊；本發(fā)明方法在完成聚合物微膠囊制備的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)載親水性材料的油相的封裝，而且可以一步封裝載有多種親水性材料的油相；利用聚合物微膠囊的一些特性，比如聚合物交聯(lián)膜的還原響應(yīng)性或親疏水性等，可以實(shí)現(xiàn)被封裝的親水性材料的可控釋放。
具體實(shí)施方式
為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚地了解本發(fā)明的技術(shù)方案，將結(jié)合以下具體的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1
將牛血清白蛋白(500mg)溶于去離子水(10ml)中，配成牛血清白蛋白水溶液；將nacl(10mg)溶解到呈流動(dòng)態(tài)的殼聚糖水凝膠(10ml)中，然后通過(guò)高速攪拌(500rpm)將殼聚糖水凝膠均勻地分散到含有失水山梨醇油酸酯(20mg/ml)的大豆油中(v水凝膠:v油相＝1:5)，形成含有nacl的油相；按體積比3:1向反應(yīng)瓶中加入牛血清白蛋白水溶液與含nacl的大豆油，并將其置于水浴(40℃)中；將超聲探頭置于油/水兩相界面，進(jìn)行高強(qiáng)度的超聲輻射(200w/cm2，10min)；反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行冷卻(10℃)、離心(1000rpm)，并洗滌下層沉淀物(3次)，最后得到一種以牛血清白蛋白交聯(lián)膜為殼、載有nacl的大豆油為核的微膠囊。在光學(xué)顯微鏡下，微膠囊呈球形或橢球性；通過(guò)激光粒度分析儀，測(cè)得微膠囊的平均粒徑約為4.5μm；通過(guò)電導(dǎo)率測(cè)定儀，測(cè)量并計(jì)算微膠囊對(duì)nacl的包載率為51.1％。
實(shí)施例2
將血紅蛋白(300mg)溶于去離子水(10ml)中，配成血紅蛋白水溶液；將羅丹明b(50μg)溶解到呈流動(dòng)態(tài)的殼聚糖水凝膠(10ml)中，然后通過(guò)高速攪拌(600rpm)將殼聚糖水凝膠均勻地分散到含有失水山梨醇油酸酯(20mg/ml)的大豆油中(v水凝膠:v油相＝1:10)，形成含有羅丹明b的油相；按體積比3:1向反應(yīng)瓶中加入血紅蛋白水溶液與含羅丹明b的大豆油，并將其置于水浴(30℃)中；將超聲探頭置于油/水兩相界面，進(jìn)行高強(qiáng)度的超聲輻射(200w/cm2，10min)；反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行冷卻(5℃)、離心(1000rpm)，并洗滌下層沉淀物(4次)，最后得到一種以血紅蛋白交聯(lián)膜為殼、載有羅丹明b的大豆油為核的微膠囊。在光學(xué)顯微鏡下，微膠囊呈球形或橢球性；通過(guò)激光粒度分析儀，測(cè)得微膠囊的平均粒徑約為5.0μm；在激光共聚焦顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)載有羅丹明b的水凝膠分布在微膠囊內(nèi)；通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜儀，測(cè)得微膠囊對(duì)羅丹明b的包載率為62.7％。
實(shí)施例3
將血紅蛋白(300mg)溶于去離子水(10ml)中，配成血紅蛋白水溶液；將磷酸苯丙哌林(50μg)溶解到呈流動(dòng)態(tài)的聚乙烯醇水凝膠(10ml)中，然后通過(guò)高速攪拌(500rpm)將聚乙烯醇水凝膠均勻地分散到含有失水山梨醇油酸酯(50mg/ml)的雞油中(v水凝膠:v油相＝1:10)，形成含有磷酸苯丙哌林的油相；按體積比5:1向反應(yīng)瓶中加入血紅蛋白水溶液與含磷酸苯丙哌林的雞油，并將其置于水浴(40℃)中；將超聲探頭置于油/水兩相界面，進(jìn)行高強(qiáng)度的超聲輻射(300w/cm2，5min)；反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行冷卻(10℃)、離心(1500rpm)，并洗滌下層沉淀物(5次)，最后得到一種以血紅蛋白交聯(lián)膜為殼、載有磷酸苯丙哌林的雞油為核的微膠囊。在光學(xué)顯微鏡下，微膠囊呈球形或橢球性；通過(guò)激光粒度分析儀，測(cè)得微膠囊的平均粒徑約為3.2μm；通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜儀，測(cè)得微膠囊對(duì)磷酸苯丙哌林的包載率為65.9％。
實(shí)施例4
將牛血清白蛋白(300mg)溶于去離子水(10ml)中，配成牛血清白蛋白水溶液；將磷酸苯丙哌林(50μg)溶解到呈流動(dòng)態(tài)的聚乙烯醇水凝膠(10ml)中，然后通過(guò)高速攪拌(600rpm)將聚乙烯醇水凝膠均勻地分散到含有蔗糖脂肪酸酯(50mg/ml)的金龍魚(yú)油中(v水凝膠:v油相＝1:10)，形成含有磷酸苯丙哌林的油相；按體積比5:1向反應(yīng)瓶中加入牛血清白蛋白水溶液與含磷酸苯丙哌林的金龍魚(yú)油，并將其置于水浴(30℃)中；將超聲探頭置于油/水兩相界面，進(jìn)行高強(qiáng)度的超聲輻射(300w/cm2，5min)；反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行冷卻(10℃)、離心(1000rpm)，并洗滌下層沉淀物(3次)，最后得到一種以牛血清白蛋白交聯(lián)膜為殼、載有磷酸苯丙哌林的金龍魚(yú)油為核的微膠囊。在光學(xué)顯微鏡下，微膠囊呈球形或橢球性；通過(guò)激光粒度分析儀，測(cè)得微膠囊的平均粒徑約為3.1μm；通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜儀，測(cè)得微膠囊對(duì)羅丹明b的包載率為63.5％。
實(shí)施例5
將甲基纖維素(100mg)溶于去離子水(10ml)中，配成甲基纖維素水溶液；將磷酸苯丙哌林(50μg)溶解到呈流動(dòng)態(tài)的聚乙烯醇水凝膠(10ml)中，然后通過(guò)高速攪拌(700rpm)將聚乙烯醇水凝膠均勻地分散到含有蔗糖脂肪酸酯(50mg/ml)的羥基硅油中(v水凝膠:v油相＝1:20)，形成含有磷酸苯丙哌林的油相；按體積比10:1向反應(yīng)瓶中加入甲基纖維素水溶液與含磷酸苯丙哌林的羥基硅油，并將其置于水浴(25℃)中；將超聲探頭置于油/水兩相界面，進(jìn)行高強(qiáng)度的超聲輻射(300w/cm2，5min)；反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行冷卻(15℃)、離心(2000rpm)，并洗滌下層沉淀物(4次)，最后得到一種以甲基纖維素交聯(lián)膜為殼、載有磷酸苯丙哌林的羥基硅油為核的微膠囊。在光學(xué)顯微鏡下，微膠囊呈球形或橢球性；通過(guò)激光粒度分析儀，測(cè)得微膠囊的平均粒徑約為2.2μm；通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜儀，測(cè)得微膠囊對(duì)羅丹明b的包載率為52.2％。
實(shí)施例6
將人血清白蛋白(200mg)溶于去離子水(10ml)中，配成人血清白蛋白水溶液；將fe3o4磁性納米粒子(50mg)分散到呈流動(dòng)態(tài)的聚乙烯醇水凝膠(10ml)中，然后通過(guò)高速攪拌(800rpm)將聚乙烯醇水凝膠均勻地分散到含有蔗糖脂肪酸酯(80mg/ml)的羥基硅油中(v水凝膠:v油相＝1:20)，形成含有fe3o4磁性納米粒子的油相；按體積比10:1向反應(yīng)瓶中加入人血清白蛋白水溶液與含fe3o4磁性納米粒子的羥基硅油，并將其置于水浴(20℃)中；將超聲探頭置于油/水兩相界面，進(jìn)行高強(qiáng)度的超聲輻射(400w/cm2，3min)；反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行冷卻(5℃)、離心(3000rpm)，并洗滌下層沉淀物(5次)，最后得到一種以人血清白蛋白交聯(lián)膜為殼、載有fe3o4磁性納米粒子的羥基硅油為核的微膠囊。在光學(xué)顯微鏡下，微膠囊呈球形或橢球性；通過(guò)激光粒度分析儀，測(cè)得微膠囊的平均粒徑約為1.7μm；通過(guò)透射電鏡，可觀察到微膠囊的內(nèi)部分布著大量的fe3o4納米粒子；通過(guò)磁分離實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)微膠囊能夠隨著外加磁場(chǎng)的改變而發(fā)生定向移動(dòng)。
實(shí)施例7
將牛血清白蛋白(300mg)溶于去離子水(10ml)中，配成牛血清白蛋白水溶液；將fe3o4磁性納米粒子(30mg)分散到呈流動(dòng)態(tài)的聚乙烯醇水凝膠(10ml)中，然后通過(guò)高速攪拌(1000rpm)將聚乙烯醇水凝膠均勻地分散到含有蔗糖脂肪酸酯(100mg/ml)的羥基硅油中(v水凝膠:v油相＝1:15)，形成含有fe3o4磁性納米粒子的油相；按體積比15:1向反應(yīng)瓶中加入牛血清白蛋白水溶液與含fe3o4磁性納米粒子的羥基硅油，并將其置于水浴(30℃)中；將超聲探頭置于油/水兩相界面，進(jìn)行高強(qiáng)度的超聲輻射(500w/cm2，3min)；反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行冷卻(10℃)、離心(4000rpm)，并洗滌下層沉淀物(4次)，最后得到一種以牛血清白蛋白交聯(lián)膜為殼、載有fe3o4磁性納米粒子的羥基硅油為核的微膠囊。在光學(xué)顯微鏡下，微膠囊呈球形或橢球性；通過(guò)激光粒度分析儀，測(cè)得微膠囊的平均粒徑約為1.4μm；通過(guò)透射電鏡，可觀察到有機(jī)微凝膠的內(nèi)部分布著大量的fe3o4納米粒子；通過(guò)磁分離實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)微膠囊能夠隨著外加磁場(chǎng)的改變而發(fā)生定向移動(dòng)。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。