一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料、生物化学和生物医用材料领域，特别是涉及一种采用微流道制备壳聚糖/羧甲基纤维素钠天然高分子双层微胶囊的方法。
【背景技术】
[0002]天然高分子材料具有来源丰富、具有良好的生物相容性和生物降解性、无毒副作用等性能特点和优点，被广泛用于生物医用材料领域。壳聚糖是一种来源广泛的生物多糖类物质，具有良好的生物相容性、可生物降解性、无抗原性、无毒副作用。壳聚糖是一种阳离子聚电解质氨基多糖，可以用于制备微胶囊。Yan等人以三聚氰胺甲醛微球为模板，利用层层自组装技术将聚L -谷氨酸和壳聚糖组装在三聚氰胺甲醛微球上，然后去除三聚氰胺甲醛微球制成中空的微胶囊，可用于亲水性抗癌药物5 -氟尿嘧啶的高效包埋和持续释放[European Journal of Pharmaceutics and B1pharmaceutics, 2011, 78:336 - 345]o羧甲基纤维素钠是天然多糖纤维素的重要衍生物，也具有良好生物相容性和生物降解能力，且无毒副作用等性能特点和优点。此外，羧甲基纤维素钠还是一种阴离子聚电解质，也可用于制备微胶囊。Li等以四氟乙烯微粒为核心，利用电泳复合凝聚法将明胶、十二烷基硫酸钠和羧甲基纤维素钠组装在四氟乙稀上制备成微胶囊[Colloids and SurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects，2009，333: 133 - 137]。
[0003]目前，利用微流道技术制备微胶囊的工作引起科研工作者极大兴趣，因为采用微流道技术制备的微胶囊具有大小可控、尺寸均一等优点[J.Am.Chem.Soc.,2011,133:15165 - 15171]。近年来发展起来的利用微流道技术制备微胶囊的工作主要集中于液-液微流道技术，即采用两相均为液体。然而，其中一相为气体的气-液微流道方面的研宄未引起关注。气-液微流道技术也可以实现微胶囊的可控制备，得到形状规则、尺寸均一的微胶囊，气-液微流道技术可以减少液液微流道技术制备微胶囊过程中液体相去除的步骤，从而简化微胶囊制备的后处理过程，同时还可以利用气-液微流道技术的特点通过调节气体流速来控制所制备微胶囊的大小。本发明利用两种带相反电荷的天然高分子聚电解质(一种为阴离子聚电解质羧甲基纤维素钠，另一种为阳离子聚电解质壳聚糖)进行组装，同时结合气-液微流道技术，制备了大小可控、尺寸均一的天然高分子双层微胶囊。本发明制备的双层微胶囊的每一层都具有空隙，能够分别包埋各种不同类型的物质，例如纳米粒子、药物、荧光物质和生物物质等，并且能有效减少不同物质之间的相互干扰和影响，在药物输送、控制释放、生物成像、生物检测和生物标记等生物医用领域具有十分广泛的用途。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法，该方法制备工艺简单，实验设备简易，反应条件温和，易于控制，可重复性好。
[0005]为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是:一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法，其特征在于，将两种带相反电荷的天然高分子聚电解质(一种为阴离子聚电解质羧甲基纤维素钠，另一种为阳离子聚电解质壳聚糖)进行组装，同时结合气-液微流道技术制备得到大小可控、尺寸均一的天然高分子双层微胶囊。本发明制备的双层微胶囊的每一层都具有空隙，能够分别包埋各种不同类型的物质，例如纳米粒子、药物、荧光物质和生物物质等，在药物输送、控制释放、生物成像、生物检测和生物标记等生物医用领域具有十分广泛的用途。例如将四氧化三铁磁性纳米粒子和银纳米粒子分别包埋在不同微胶囊层中，在磁性的作用下进行微胶囊的移动与靶向释放。
[0006]上述一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法，其特征在于，包括如下具体步骤:
[0007]I)配制壳聚糖溶液:取0.6g?1.5g壳聚糖固体粉末，加入到150?250mL去离子水中，搅拌20?30分钟，然后加入浓度为0.5?1.2mol/L的盐酸调节溶液的pH为4.0?4.5，并搅拌2?3小时至壳聚糖充分溶解，然后加入浓度为0.5?1.2mol/L的氢氧化钠调节溶液的pH为5.0?5.5，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.4?0.6 % (w/v)的壳聚糖溶液；
[0008]2)配制羧甲基纤维素钠溶液:取1.2g?4g羧甲基纤维素钠固体粉末，边搅拌边加入到150?250mL去离子水中，然后搅拌2?3小时至羧甲基纤维素钠充分溶解，然后加入浓度为0.5?1.2mol/L的盐酸调节溶液的pH为5.0?5.5，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.8?1.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液；
[0009]再采用上述方法配制浓度为0.4?0.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液；
[0010]3)采用气-液微流道制备含有内层壳聚糖/羧甲基纤维素钠微胶囊的壳聚糖液:气-液微流道装置包括内外两层同轴石英玻璃管、两根不同内径的PE塑料管、注射器，气-液微流道装置的出口为内外两层同轴石英玻璃管，外层是内径为0.9?1.2mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600?700 μ m、锥口内径为400?500 μ m的圆形拉锥石英玻璃管；气-液微流道装置的入口为两根不同内径的PE塑料管:与注射器相连的PE塑料管的内径为I?1.5mm，与％瓶相连的PE塑料管的内径为1.8?2.4mm ；
[0011]用注射器取5?1mL浓度为0.8?1.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠液，连接内径为I?1.5_的PE塑料管，用微量注射泵控制注射器，然后设置微量注射泵参数，控制羧甲基纤维素钠溶液的液体流速为3.0?5.0mL/h，使其进入内径为I?1.5mm的PE塑料管中，再从圆形拉锥石英玻璃管中流出；调节氮气瓶上的转子流量计，控制氮气气流速度为0.8?
1.2L/min，使氮气进入内径为1.8?2.4mm的PE塑料管中，然后从方形石英玻璃管中出来；在氮气流的剪切作用下，从圆形拉锥石英玻璃管中流出的浓度为0.8?1.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠液被剪切成液滴，滴入20?50mL、浓度为0.4?0.6% (w/v)的壳聚糖溶液中，形成内层壳聚糖/羧甲基纤维素钠微胶囊，得到含有内层微胶囊的浓度为0.4?0.6% (w/V)的壳聚糖液；
[0012]4)采用气-液微流道技术制备外层壳聚糖/羧甲基纤维素钠微胶囊:制备外层壳聚糖/羧甲基纤维素钠微胶囊的气-液微流道装置包括两根PE塑料管、注射器，气-液微流道装置的出口处内外两层PE塑料管同轴；外层是内径为2.8?3.2mm的PE塑料管，内层是内径为I?1.5mm的PE塑料管；内层的PE塑料管连接注射器，外层的PE塑料管连接N2瓶；
[0013]用注射器取10?15mL上述制备的含有内层微胶囊的浓度为0.4?0.6% (w/v)的壳聚糖液，连接内层的PE塑料管，然后用微量注射泵控制注射器，设置微量注射泵参数，使溶液流速为14.0?16.0mL/h，此溶液进入内层塑料管中；调节氮气瓶上的转子流量计使N2气流速度为0.8?1.2L/min，氮气通入外层塑料管中；在化的剪切作用下，含有内层微胶囊的浓度为0.4?0.6% (w/v)的壳聚糖液在气-液微流道装置的出口处被剪切成液滴，滴入20?50mL、浓度为0.4?0.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液中，形成双层微胶囊，即得到天然高分子双层微胶囊。
[0014]上述一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的应用，其特征在于本发明制备的双层微胶囊的每一层都具有空隙，能够分别包埋各种不同类型的物质，例如药物、纳米粒子、荧光物质和生物物质等，在药物输送、控制释放、生物成像和生物标记等生物医用领域具有十分广泛的用途。
[0015]本发明的技术原理:壳聚糖是一种阳离子聚电解质氨基多糖，羧甲基纤维素钠是一种阴离子聚电解质，利用壳聚糖与羧甲基纤维素钠进行组装，同时采用气-液微流道技术，制备了大小可控、尺寸均一、每层都具有空隙的天然高分子双层微胶囊。
[0016]本发明的优点在于:制备工艺简单，实验设备简易，反应条件温和，易于控制，可重复性好。材料来源丰富，成本低廉，绿