专利名称：一种将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法
技术领域：
本发明涉及将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法。
背景技术：
微胶囊是通过成膜物质将囊内空间与囊外空间隔离开以形成特定几何结构的物质，其内部可以是填充的，也可以是中空的。微胶囊的形状以球形结构为主，也可为卵圆形、正方形或长方形、多角形及各种不规则形状。传统微胶囊尺寸大小通常在微米至毫米级，壁厚在亚微米至几百微米。根据囊壁形成的原理，微胶囊的传统制备技术大体可分为三类利用反应生成囊壁的化学方法、利用相分离形成囊壁的物理化学方法和利用机械或其它物理作用形成囊壁的物理方法。囊壁通常由天然或合成的高分子材料组成，也可是无机化合物。根据囊心的性质和微胶囊的使用要求，囊壁可由一种材料或多种材料复合构成。
微胶囊的作用主要由被包裹的物质(囊心)来体现，而囊壁则为充分发挥囊心的特定功能提供了必不可少的基础。二者的适宜搭配和结合才能完成微胶囊的功能。核-壳结构微胶囊的囊心物质以固体或液体为主，也可是气体。各种药物、化妆品、染料、香料、油墨、涂料、粘合剂、纳米微粒及活细胞等都可作为囊心物质被包埋形成具有多种不同功能的微胶囊。
根据微胶囊制备与物质包埋的先后顺序，可将物质在微胶囊内的包埋分为两种方式。一种是在制备微胶囊的同时将物质包埋，如水/油/水双乳液法包埋各种药物、蛋白和酶等，层状藻酸钠/聚赖氨酸(或壳聚糖)/藻酸钠法包埋活细胞等。另一种是先制备中空微胶囊，然后再将物质包埋或填充到微胶囊内。目前已经有多种方法可以实现物质在中空微胶囊中的包埋。例如，通过改变环境的pH值、盐浓度或溶剂性质等来改变物质的溶解性能，从而将物质沉淀在中空微胶囊内。也可制备囊壁溶解性能不同的微胶囊，如将易溶解的物质做为微胶囊的内层，在适当的条件下将内层溶解，但保留外层，从而将内层物质包埋在微胶囊内。利用微胶囊在不同盐浓度、温度和pH值下渗透性能的差异，也可将物质包埋到微胶囊内。将可聚合的单体与中空微胶囊混合，然后引发单体的聚合，因聚合物的尺寸较大不能透过囊壁，从而被包埋在微胶囊内。但现有的包埋方法都存在一定的局限性，如物质的沉淀或聚合也或多或少发生在囊外，存在体积膨胀，或包埋的物质不能在水溶液中稳定存在等。此外，包埋的效率较低，对水溶性物质的包埋难以实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作过程简单、适用范围广、效率高的将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法，并能够保证包埋的水溶性物质仍然可以释放出来。
本发明提供的将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法，其原理是利用层-层组装聚合物中空微胶囊制备过程中囊内剩余的聚电介质微凝胶来诱导水溶性物质的自发沉积。
本发明包括以下步骤1)室温下，在0.1～1M/L的NaCl溶液中，将浓度为0.1～5mg/mL的具有相反电荷的聚电介质交替层-层自组装在胶体微粒表面，得到核-壳结构的胶体微粒；然后通过溶解、分解或氧化去除胶体微粒得到悬浮在水中的中空微胶囊；2)将所得的微胶囊悬浮液于4℃-70℃水溶液中2小时以上；3)将浓度为0.002mg/mL-500mg/mL的水溶性物质与微胶囊悬浮液混合，放置2秒钟以上，水溶性物质会自发地在微胶囊内形成高浓度富集，即获得水溶性物质被包埋于微胶囊中。
本发明中用于制备层-层组装中空微胶囊的胶体微粒包括但不限于微交联三聚氰胺-甲醛树脂微粒(MF)、二氧化硅微粒、碳酸钙微粒、碳酸锰微粒或红细胞。胶体微粒的去除方法与其结构有关，如胶体微粒为微交联三聚氰胺-甲醛树脂微粒，采用盐酸分解去除胶体微粒；胶体微粒为二氧化硅微粒，采用氢氟酸分解去除胶体微粒；胶体微粒为碳酸钙微粒和碳酸锰微粒，采用盐酸分解或乙二胺四乙酸二钠溶解去除胶体微粒；胶体微粒为红细胞，采用次氯酸钠氧化分解去除胶体微粒。
所述的聚电介质包括带正电的聚烯丙基铵盐酸盐(PAH)、聚二烯丙基二甲基季铵盐(PDADMAC)、壳聚糖、胶原、多聚赖氨酸(PLL)和阳离子化葡聚糖(DEAE-葡聚糖)，带负电的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMA)、硫酸软骨素、硫酸肝素、透明质酸、藻酸钠和硫酸葡聚糖。
本发明中对所说的水溶性物质没有特别的要求，可以是不带电的物质，也可以是带电的物质；可以是带正电荷的物质，也可以是带负电荷的物质，但优选带有正电荷的物质，包括柔红霉素、顺铂、卡铂、阿霉素、环丙杀星、罗丹明、荧光素、维生素、葡聚糖、白蛋白、过氧化物酶和聚烯丙基铵盐酸盐。
本发明首先采用胶体微粒为模板，通过带有相反电荷的聚电介质在胶体微粒表面的层-层组装得到核-壳微粒，去除胶体微粒模板，得到聚电介质中空微胶囊。进一步利用在胶囊制备过程中囊内形成的带电微凝胶诱导水溶性物质在微胶囊内的自发、高效包埋。例如以表面带有正电荷的微交联三聚氰胺-甲醛树脂(MF)微粒为模板，采用通常的层-层组装技术先组装上一层与颗粒表面电荷相反的聚合物如荷负电的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)，然后再组装荷正电的聚阳离子如聚烯丙基铵盐酸盐(PAH)。当组装到所需层数后，用盐酸将作为模板的胶体颗粒分解，就得到了中空的聚电解质微胶囊。因第一层的组装材料聚苯乙烯磺酸钠(PSS)与微交联三聚氰胺-甲醛树脂(MF)的分解产物带有相反的电荷，二者在微胶囊内形成微交联三聚氰胺-甲醛树脂/聚苯乙烯磺酸钠(MF/PSS)微凝胶。该微凝胶的尺寸大于囊壁的孔径，因此不能透过囊壁从而被限制在微胶囊内。该微凝胶起到诱导水溶性物质尤其是荷正电物质在微胶囊内的自发包埋。本发明所提供的包埋方法选择性和效率高，易操作，适用范围广，尤其适用于水溶性物质的包埋。包埋的水溶性物质还能够逐步释放出来。这为微胶囊在生物材料、药物传递、组织工程等领域的应用创造了良好条件。
表1不同初始浓度下罗丹明在微胶囊中的包埋量及释放总量；表2不同NaCl浓度下，罗丹明的释放总量；图1以微交联三聚氰胺-甲醛树脂微粒(MF)为模板制备的聚电介质微胶囊(MF-(PSS/PAH)5微胶囊)，(a)悬浮在水中的激光共聚焦显微镜图片，(b)干燥后的原子力显微镜照片；图2罗丹明在微胶囊中自发包埋后的激光共聚焦显微镜照片；图3不同初始浓度下包埋罗丹明后的累积释放量与时间的关系；图4罗丹明在微胶囊中自发包埋后的激光共聚焦显微镜照片；图5罗丹明在微胶囊中自发包埋后的激光共聚焦显微镜照片；图6罗丹明在微胶囊中自发包埋后的激光共聚焦显微镜照片；图7罗丹明标记的聚烯丙基铵盐酸盐(PAH)在微胶囊中自发包埋后的激光共聚焦显微镜照片；图8罗丹明标记的葡聚糖在微胶囊中自发包埋后的激光共聚焦显微镜照片；图9罗丹明在微胶囊中自发包埋后的激光共聚焦显微镜照片；图10荧光素在微胶囊中自发包埋后的激光共聚焦显微镜照片；图11(a)柔红霉素，(b)顺铂，(c)卡铂在微胶囊中自发包埋后的透射电镜图片；图12本体溶液浓度对胶囊内柔红霉素包埋的影响，图中的数值代表自发包埋后，胶囊内与本体溶液中剩余的柔红霉素的浓度比，胶囊内的浓度总是大于本体溶液中的；图13温度对胶囊内柔红霉素和罗丹明包埋的影响，图中的数值代表自发包埋后，胶囊内与本体溶液中剩余的柔红霉素或罗丹明的浓度比；图14 NaCl浓度对胶囊内柔红霉素包埋的影响，图中的数值代表自发包埋后，胶囊内与本体溶液中剩余的柔红霉素的浓度比，两次制备的微胶囊具有相似的包埋性能；图15pH值对胶囊内柔红霉素包埋的影响，图中的数值代表自发包埋后，胶囊内与本体溶液中剩余的柔红霉素的浓度比；图16包埋柔红霉素后，NaCl浓度对释放性能的影响；图17盐酸环丙杀星在微胶囊内包埋前(a)和包埋后(b)的扫描电镜照片；图18本体溶液浓度对胶囊内盐酸环丙杀星包埋的影响，图中的数值代表自发包埋后，胶囊内与本体溶液中剩余的盐酸环丙杀星的浓度比；图19维生素B2在微胶囊中自发包埋后的激光共聚焦显微镜照片。
具体实施例方式
以下实例进一步说明本发明，但这些实例并不用来限制本发明。
实例1将5mL(固含量10％)直径为8.7μm的微交联三聚氰胺-甲醛树脂微粒(MF)置于200mL的膜过滤器中。(1)搅拌下加入0.5M/L的NaCl溶液，再加入带负电的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)，并使PSS的终浓度为1mg/mL。5分钟后，用水洗涤3次，以去除多余的PSS，从而在MF表面吸附了一层PSS(表示为MF-PSS)。(2)然后搅拌下加入0.5M/L的NaCl溶液，再加入带正电的聚烯丙基铵盐酸盐(PAH)，并使PAH的终浓度为1mg/mL。5分钟后，用水洗涤3次，以去除多余的PAH，从而在MF8.7-PSS表面又吸附了一层PAH(表示为MF-(PSS/PAH)1)。重复上述(1)、(2)过程，直至形成MF-(PSS/PAH)5的核壳微粒，过滤去除多余的水，使终体积为10mL。然后将此核壳微粒溶液滴加到浓度为0.1M/L的200mL盐酸溶液中，使MF颗粒分解。2分钟后通过膜过滤去除多余的盐酸和MF分解产物，用水洗涤3次，使其终体积为20mL，得到悬浮在水中的MF-(PSS/PAH)5聚电介质中空微胶囊，见图1a。干燥后的原子力显微镜图像见图1b。
将该微胶囊在20℃下放置30天后，取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为2mg/mL的罗丹明溶液，并将它们混合(混合后的罗丹明浓度为1mg/mL)。10秒钟后，在激光共聚焦显微镜下观察，发现罗丹明被选择性地包埋在微胶囊内，见图2。
将包埋有罗丹明的微胶囊离心分离，然后于20℃下加入2mL水。每隔30分钟离心分离1次，取出上清液1.8mL后，补充同样体积的水。取出的上清液通过荧光光谱测定其荧光强度，通过与已知浓度的罗丹明标准曲线相对照，计算出释放出来的罗丹明的浓度。累积释放的罗丹明质量与释放时间的关系见图3。累积释放的罗丹明量见表1。
表1
实例2按实例1制备微胶囊，并在4℃下放置30天。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为2mg/mL的罗丹明溶液，并将它们混合。2秒钟后，在激光共聚焦显微镜下观察，发现罗丹明被选择性地包埋在微胶囊内，见图4。
实例3按实例1制备微胶囊，但在组装过程中将NaCl的浓度调整为0.1M/L，聚电解质的浓度调整为5mg/mL。制备的微胶囊在70℃下放置2小时。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为2mg/mL的罗丹明溶液，并将它们混合。10秒钟后，在激光共聚焦显微镜下观察，发现罗丹明被选择性地包埋在微胶囊内，见图5。
实例4按实例1制备微胶囊，并在20℃下放置30天。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为0.1mg/mL的罗丹明溶液，并将它们混合。10秒钟后，在激光共聚焦显微镜下观察，发现罗丹明被选择性地包埋在微胶囊内，见图6。按照实例1同样的方法进行罗丹明的释放，结果见图3。
实例5按实例1制备微胶囊，但在组装过程中将NaCl的浓度调整为1M/L，聚电解质的浓度调整为0.1mg/mL。制备的微胶囊在70℃下放置2小时。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为100mg/mL的罗丹明标记的PAH(Rd-PAH)溶液，并将它们混合。100秒钟后，在激光共聚焦显微镜下观察，发现Rd-PAH被选择性地包埋在微胶囊内，见图7。罗丹明标记只是为了观察上的方便，对PAH的化学物理性能没有影响。
实例6按实例1制备微胶囊，但以聚二烯丙基二甲基季铵盐(PDADMAC)代替PAH进行组装。得到的微胶囊在20℃下放置60天。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为2mg/mL的罗丹明标记的葡聚糖(Rd-葡聚糖)溶液，并将它们混合。100秒钟后，在激光共聚焦显微镜下观察，发现Rd-葡聚糖被选择性地包埋在微胶囊内，见图8。
实例7按实例1制备微胶囊，但以聚丙烯酸(PAA)代替PSS，以直径为10μm的碳酸钙微粒代替MF进行组装。得到核壳微粒后，在0.01M/L的100mL盐酸溶液中分解掉碳酸钙，得到中空微胶囊。得到的微胶囊在20℃下放置2小时。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为2mg/mL的罗丹明溶液，并将它们混合。10秒钟后，在激光共聚焦显微镜下观察，发现罗丹明被选择性地包埋在微胶囊内，见图9。
实例8按实例1制备微胶囊，但以直径为3μm的二氧化硅微粒代替MF进行组装。得到核壳微粒后，在0.01M/L的100mL氢氟酸溶液中分解掉二氧化硅，得到中空微胶囊。得到的微胶囊在20℃下放置2小时。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为2mg/mL的荧光素溶液，并将它们混合。10秒钟后，在激光共聚焦显微镜下观察，发现荧光素被选择性地包埋在微胶囊内，见图10。
实例9按实例1制备微胶囊，但以直径为3.8μm的MF微粒为模板，以聚二烯丙基二甲基季铵盐(PDADMAC)代替PAH进行组装。得到的微胶囊在20℃下放置90天。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为1mg/mL的柔红霉素、顺铂或卡铂溶液，并将它们混合。10小时后，在透射电镜下观察，发现柔红霉素、顺铂或卡铂被选择性地包埋在微胶囊内，见图11。
实例9按实例1制备微胶囊，但以直径为5μm的MF微粒为模板进行组装。得到的微胶囊在20℃下放置200天。取1mL的微胶囊溶液和1mL一系列浓度不同的柔红霉素溶液，并将它们混合。10小时后，离心分离，并去除上清液。通过紫外吸收光谱定量测定微胶囊内外的柔红霉素浓度，证明囊内柔红霉素浓度高于本体溶液，见图12。
实例10按实例1制备微胶囊，但以直径为5μm的MF微粒为模板进行组装。得到的微胶囊在20℃下放置200天。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为0.06mg/mL的柔红霉素溶液，并在4℃、37℃或63℃下将它们混合。10小时后，离心分离，去除上清液。通过紫外吸收光谱定量测定微胶囊内外的柔红霉素浓度，证明囊内柔红霉素浓度高于本体溶液，见图13。
实例11按实例1制备微胶囊，但以直径为5μm的MF微粒为模板进行组装。得到的微胶囊在20℃下放置200天。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为0.16mg/mL的罗丹明溶液，并在4℃、37℃或63℃下将它们混合。10小时后，离心分离，去除上清液。通过紫外吸收光谱定量测定微胶囊内外的罗丹明浓度，证明囊内罗丹明浓度高于本体溶液，见图13。
实例12按实例1制备微胶囊，但以直径为5μm的MF微粒为模板进行组装，重复制备1次。得到的微胶囊在20℃下放置100天。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为0.12mg/mL的柔红霉素溶液，并将它们在一系列NaCl不同浓度的溶液中混合。10小时后，离心分离，去除上清液。通过紫外吸收光谱定量测定微胶囊内外的柔红霉素浓度，证明囊内柔红霉素浓度高于本体溶液，而且重复制备的微胶囊具有同样的包埋性能，见图14。
实例13按实例1制备微胶囊，但以直径为5μm的MF微粒为模板进行组装。得到的微胶囊在20℃下放置100天。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为0.12mg/mL的柔红霉素溶液，并将它们在一系列pH不同浓度的溶液中混合。10小时后，离心分离，去除上清液。通过紫外吸收光谱定量测定微胶囊内外的柔红霉素浓度，证明囊内柔红霉素浓度高于本体溶液，见图15。
实例14按实例1制备微胶囊，但以直径为5μm的MF微粒为模板进行组装。得到的微胶囊在20℃下放置100天。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为0.4mg/mL的柔红霉素溶液，并将它们混合。10小时后，离心分离，去除上清液。按实例1所介绍的方法进行柔红霉素的释放，但所用的溶剂为系列浓度不同的NaCl溶液，结果见图16和表2。
表2NaCl浓度，M/L初始包埋量，mg总释放量，mg释放比率，％10-40.0027 9310-30.0025 860.0029210-20.0021 7210-10.002 69实例15按实例1制备微胶囊，但以直径为5μm的MF微粒为模板进行组装。得到的微胶囊在20℃下放置300天。取1mL的微胶囊溶液和1mL系列浓度不同的盐酸环丙杀星溶液，并将它们混合。10小时后，离心分离，并去除上清液。扫描电镜观察证明了盐酸环丙杀星的包埋，见图17。通过紫外吸收光谱定量测定微胶囊内外的盐酸环丙杀星浓度，证明囊内盐酸环丙杀星浓度高于本体溶液，见图18。
实例16按实例1制备微胶囊，并在20℃下放置30天。取1mL的微胶囊溶液和1mL浓度为1mg/mL的维生素B2溶液，并将它们混合。20秒钟后，在激光共聚焦显微镜下观察，发现维生素B2被选择性地包埋在微胶囊内，见图19。
权利要求
1.一种将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法，该方法包括下列步骤1)室温下，在0.1～1M/L的NaCl溶液中，将浓度为0.1～5mg/mL的具有相反电荷的聚电介质交替层—层自组装在胶体微粒表面，得到核—壳结构的胶体微粒；然后通过溶解、分解或氧化去除胶体微粒得到悬浮在水中的中空微胶囊；2)将所得的微胶囊悬浮液于4℃-70℃水溶液中2小时以上；3)将浓度为0.002mg/mL-500mg/mL的水溶性物质与微胶囊悬浮液混合，放置2秒钟以上，水溶性物质会自发地在微胶囊内形成高浓度富集，即获得水溶性物质被包埋于微胶囊中。
2.根据权利要求1所述的将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法，其特征是所说的胶体微粒是微交联三聚氰胺—甲醛树脂微粒，采用盐酸分解去除胶体微粒。
3.根据权利要求1所述的将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法，其特征是所说的胶体微粒是二氧化硅微粒，采用氢氟酸分解去除胶体微粒。
4.根据权利要求1所述的将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法，其特征是所说的胶体微粒是碳酸钙微粒和碳酸锰微粒，采用盐酸分解或乙二胺四乙酸二钠络合去除胶体微粒。
5.根据权利要求1所述的将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法，其特征是所说的胶体微粒是红细胞，采用次氯酸钠氧化分解去除胶体微粒。
6.根据权利要求1所述的将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法，其特征是所说的聚电介质是带正电的聚烯丙基铵盐酸盐、聚二烯丙基二甲基季铵盐、壳聚糖、胶原、多聚赖氨酸和阳离子化葡聚糖，带负电的聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、硫酸软骨素、硫酸肝素、透明质酸、藻酸钠和硫酸葡聚糖。
7.根据权利要求1所述的将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法，其特征在于所说的水溶性物质是柔红霉素、顺铂、卡铂、阿霉素、环丙杀星、罗丹明、荧光素、维生素、葡聚糖、白蛋白、过氧化物酶和聚烯丙基铵盐酸盐。
全文摘要
本发明公开了一种将水溶性物质包埋于微胶囊中的方法，该方法首先采用胶体微粒为模板，通过带有相反电荷的聚电介质在胶体微粒表面的层—层组装得到核—壳微粒，通过溶解、分解或氧化去除胶体微粒模板，得到聚电介质中空微胶囊。进一步利用在胶囊制备过程中囊内形成的带电微凝胶诱导水溶性物质在微胶囊内的自发、高效包埋。本发明所提供的包埋方法选择性和效率高，易操作，适用范围广。包埋的水溶性物质还能够逐步释放出来，这为微胶囊在生物材料、药物传递、组织工程等领域的应用创造了良好条件。
文档编号B01J13/10GK1562456SQ200410017738
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月14日 优先权日2004年4月14日
发明者高长有, 刘兴宇, 仝维鋆, 毛峥伟, 沈家骢 申请人:浙江大学