本发明属于化学工业、材料学与生物医药的交叉领域，具体涉及一种载亲水性材料的聚合物微胶囊的制备方法。
背景技术：
微胶囊是利用成囊物质将固体、液体、气体包埋或封存的具有核壳结构的微米级或亚微米级包覆物。由于具有结构的特殊性、性能的多变性和装载能力的强健性，微胶囊在医药、生物、食品、化工、农业等领域都有广泛的应用，也一直是科学研究的一个前沿和热点。目前，微胶囊的制备方法有很多，比如水相分离法、物理自组装法、单体聚合法、化学交联法、挤压法、模板辅助法，等等，而微胶囊对材料的封装策略也多种多样，层层自组装、化学结合、溶胀、溶剂挥发等都能实现对目标材料的负载。虽然微胶囊的制备技术种类繁多、特点迥异，但是操作过程大都比较繁琐，反应耗时也比较长，并且很容易引入杂质等，这极大地限制了它们的实用性。
20世纪90年代，美国科学家suslick等人利用高强度的超声辐射成功地制备了蛋白质类微胶囊，并提出了一种新的制备微胶囊的方法——声化学法。声化学法不仅具有操作简单、高效快捷、绿色环保等优点，而且在合成微胶囊的同时能够直接地封装目标材料。尽管国内外关于声化学法制备载油微胶囊的文献有很多，但截至目前，尚未有利用声化学法制备载亲水性材料的微胶囊的国内外文献和专利报道。
技术实现要素：
本发明的目的就是针对上述现有方法的不足，提供一种载亲水性材料的聚合物微胶囊的制备方法。该制备方法在完成聚合物微胶囊制备的同时，能够实现对载亲水性材料的油相的封装，而且可以一步封装载有多种亲水性材料的油相。
本发明的具体技术方案如下：
本发明的第一个方面，提供一种载亲水性材料的聚合物微胶囊的制备方法。所述的方法包括：通过对含亲水性材料的油相与含聚合物分子的水相进行超声辐射，最终形成以聚合物分子构建的交联膜为壳、载亲水性材料的油相为核的微胶囊；其中，所述的含亲水性材料的油相是通过以下方法制备得到：将亲水性材料溶解或分散到呈流动态的水凝胶中，然后通过高速搅拌将含亲水性材料的水凝胶分散到含油包水型乳化剂的油相，从而形成含亲水性材料的油相。
进一步的，具体包括以下步骤：
(1)将聚合物分子溶于水中，形成含聚合物分子的水相；将亲水性材料溶解或分散到呈流动态的水凝胶中，然后通过高速搅拌将含亲水性材料的水凝胶分散到含油包水型乳化剂的油相，形成含亲水性材料的油相；
(2)按照设定比例向反应瓶中加入含亲水性材料的油相与含聚合物分子的水相，然后将其浸入水浴中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射；
(3)反应结束后，对反应液进行冷却、离心，然后洗涤下层沉淀物，最后得到以聚合物分子构建的交联膜为壳、载亲水性材料的油相为核的微胶囊。
在本发明的步骤(1)中，各个原料的配比和含量对合成载亲水性材料的聚合物微胶囊具有较重要的影响。为了能够有效地构建聚合物交联膜，稳定包裹载有亲水材料的水凝胶，故聚合物分子的浓度需适量；水凝胶不仅能够稳定地负载亲水性材料，而且可在微胶囊内部起到支撑作用，故含亲水性材料的水凝胶与含油包水型乳化剂的油相需要适当的体积比例；油包水型乳化剂的含量需适量，经实验验证，当乳化剂的含量较高时，会使溶液的粘度变大，液滴分散效果变差，进而造成微胶囊的尺寸较大，影响其稳定性，而当乳化剂含量较低时，不能完全地包裹住载亲水性材料的水凝胶，不利于微胶囊的形成。因此，优选的，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；所述的亲水性材料在水凝胶中的含量是1μg/ml-20mg/ml；所述的含亲水性材料的水凝胶与含油包水型乳化剂的油相的体积比是1:3-1:30；所述的油包水型乳化剂在油相的含量是5-200mg/ml。
在本发明的步骤(1)中，搅拌有助于将含亲水性材料的水凝胶快速均匀地分散到含油包水型乳化剂的油相中，因此，优选的，所述的搅拌速度是500-1000rpm。
在本发明的步骤(2)中，油/水体积比、反应温度、超声辐射都会影响载亲水性材料的聚合物微胶囊的合成及其粒径范围，因此，优选的，所述的水浴的温度是20-50℃；优选的，所述的含聚合物分子的水相与含亲水性材料的油相的体积比是2:1-20:1；优选的，所述的超声辐射的功率是100-600w/cm2，超声辐射的时间是2-15min。
在本发明的步骤(3)中，冷却有利于稳定聚合物微胶囊，而离心、洗涤能够提取和纯化聚合物微胶囊，因此，优选的，所述的反应液的冷却温度是5-15℃，离心的转速是1000-5000rpm，洗涤的次数是2-6次。
本发明的第二个方面，提供一种采用上述方法制备得到的载亲水性材料的聚合物微胶囊。所述的载亲水性材料的聚合物微胶囊呈球形或椭球形，粒径为500nm-10μm，其结构包括壳层和核芯，其中，所述的壳层是由聚合物分子构建的交联膜，所述核芯是载有亲水性材料的油相。
在本发明中，所述的聚合物微胶囊的壳层是由聚合物分子发生化学交联或憎水效应制成的，因此，优选的，所述的聚合物分子为聚谷氨酸、纤维素大分子、淀粉大分子、抗生素蛋白，以及含多个巯基的蛋白质或多肽中的一种。其中，优选的，所述的含多个巯基的蛋白质或多肽是血红蛋白、牛血清白蛋白、人血清白蛋白、肌酸激酶、卵白蛋白、金属硫蛋白、植物螯合肽。
在本发明中，所述的聚合物微胶囊的核芯是由水凝胶、油包水型乳化剂、亲水性材料和油相制成。
在本发明中，水凝胶并没有特别的限定，能够稳定负载亲水性材料即可，但是基于本发明的水凝胶需要采用乳化剂进行乳化，从而能够使其稳定地分散在油相中，因此，优选的，所述水凝胶为壳聚糖水凝胶、纤维素水凝胶、葡聚糖水凝胶、海藻酸钠水凝胶、明胶水凝胶、聚丙烯酰胺水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、聚丙烯酸水凝胶中的一种。
在本发明中，水凝胶需要借助油包水型乳化剂稳定地分散在油相中，因此，优选的，所述的油包水型乳化剂为失水山梨醇硬脂酸酯、失水山梨醇油酸酯、失水山梨醇异硬脂酸酯、单硬脂酸甘油酯、卵磷脂、蔗糖酯、丙二醇单月桂酸酯、二乙二醇单油酸酯、二乙二醇单硬脂酸酯、硬脂醇醚-2、氢化蓖麻油、油醇醚-2、peg-4二油酸酯中的一种。
在本发明中，所述的亲水性材料为水溶性的无机盐、染料、药物、生物大分子、磁性材料、纳米材料中的一种或多种；所述的油相为动物油、植物油、微生物油脂、矿物油、硅油类、与水不相溶的有机溶剂中的一种。
本发明的第三个方面，提供一种上述载亲水性材料的聚合物微胶囊在材料运载中的应用。比如，当负载的亲水性材料为药物时，聚合物微胶囊可以作为药物传输系统，达到运载和缓释药物的作用；当负载的亲水性材料为磁性材料时，聚合物微胶囊可以作为磁介导材料，达到靶向和治疗的目的；当负载的亲水性材料为荧光剂或含同位素的盐时，聚合物微胶囊可以作为示踪因子，达到追踪和标记的目的。
本发明的原理：水凝胶可以稳定地负载亲水性材料，而油包水型乳化剂可以使载亲水性材料的水凝胶稳定地分散在油相中，从而形成载亲水性材料的油相；利用超声波的声空化作用，可以促使处于油/水界面的聚合物分子发生化学交联或憎水效应，构建成稳定的交联膜，同时将分散在油相中的亲水性材料封装，形成一种以聚合物交联膜为壳层、载亲水性材料的油相为核芯的微胶囊。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：本发明方法操作过程简单、反应耗时短、原料来源广泛、合成成本低，且封装能力强，可以快速高效地制备聚合物微胶囊；本发明方法在完成聚合物微胶囊制备的同时能够实现对载亲水性材料的油相的封装，而且可以一步封装载有多种亲水性材料的油相；利用聚合物微胶囊的一些特性，比如聚合物交联膜的还原响应性或亲疏水性等，可以实现被封装的亲水性材料的可控释放。
具体实施方式
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，将结合以下具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
将牛血清白蛋白(500mg)溶于去离子水(10ml)中，配成牛血清白蛋白水溶液；将nacl(10mg)溶解到呈流动态的壳聚糖水凝胶(10ml)中，然后通过高速搅拌(500rpm)将壳聚糖水凝胶均匀地分散到含有失水山梨醇油酸酯(20mg/ml)的大豆油中(v水凝胶:v油相＝1:5)，形成含有nacl的油相；按体积比3:1向反应瓶中加入牛血清白蛋白水溶液与含nacl的大豆油，并将其置于水浴(40℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(200w/cm2，10min)；反应结束后，对反应液进行冷却(10℃)、离心(1000rpm)，并洗涤下层沉淀物(3次)，最后得到一种以牛血清白蛋白交联膜为壳、载有nacl的大豆油为核的微胶囊。在光学显微镜下，微胶囊呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得微胶囊的平均粒径约为4.5μm；通过电导率测定仪，测量并计算微胶囊对nacl的包载率为51.1％。
实施例2
将血红蛋白(300mg)溶于去离子水(10ml)中，配成血红蛋白水溶液；将罗丹明b(50μg)溶解到呈流动态的壳聚糖水凝胶(10ml)中，然后通过高速搅拌(600rpm)将壳聚糖水凝胶均匀地分散到含有失水山梨醇油酸酯(20mg/ml)的大豆油中(v水凝胶:v油相＝1:10)，形成含有罗丹明b的油相；按体积比3:1向反应瓶中加入血红蛋白水溶液与含罗丹明b的大豆油，并将其置于水浴(30℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(200w/cm2，10min)；反应结束后，对反应液进行冷却(5℃)、离心(1000rpm)，并洗涤下层沉淀物(4次)，最后得到一种以血红蛋白交联膜为壳、载有罗丹明b的大豆油为核的微胶囊。在光学显微镜下，微胶囊呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得微胶囊的平均粒径约为5.0μm；在激光共聚焦显微镜下，发现载有罗丹明b的水凝胶分布在微胶囊内；通过紫外-可见光谱仪，测得微胶囊对罗丹明b的包载率为62.7％。
实施例3
将血红蛋白(300mg)溶于去离子水(10ml)中，配成血红蛋白水溶液；将磷酸苯丙哌林(50μg)溶解到呈流动态的聚乙烯醇水凝胶(10ml)中，然后通过高速搅拌(500rpm)将聚乙烯醇水凝胶均匀地分散到含有失水山梨醇油酸酯(50mg/ml)的鸡油中(v水凝胶:v油相＝1:10)，形成含有磷酸苯丙哌林的油相；按体积比5:1向反应瓶中加入血红蛋白水溶液与含磷酸苯丙哌林的鸡油，并将其置于水浴(40℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(300w/cm2，5min)；反应结束后，对反应液进行冷却(10℃)、离心(1500rpm)，并洗涤下层沉淀物(5次)，最后得到一种以血红蛋白交联膜为壳、载有磷酸苯丙哌林的鸡油为核的微胶囊。在光学显微镜下，微胶囊呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得微胶囊的平均粒径约为3.2μm；通过紫外-可见光谱仪，测得微胶囊对磷酸苯丙哌林的包载率为65.9％。
实施例4
将牛血清白蛋白(300mg)溶于去离子水(10ml)中，配成牛血清白蛋白水溶液；将磷酸苯丙哌林(50μg)溶解到呈流动态的聚乙烯醇水凝胶(10ml)中，然后通过高速搅拌(600rpm)将聚乙烯醇水凝胶均匀地分散到含有蔗糖脂肪酸酯(50mg/ml)的金龙鱼油中(v水凝胶:v油相＝1:10)，形成含有磷酸苯丙哌林的油相；按体积比5:1向反应瓶中加入牛血清白蛋白水溶液与含磷酸苯丙哌林的金龙鱼油，并将其置于水浴(30℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(300w/cm2，5min)；反应结束后，对反应液进行冷却(10℃)、离心(1000rpm)，并洗涤下层沉淀物(3次)，最后得到一种以牛血清白蛋白交联膜为壳、载有磷酸苯丙哌林的金龙鱼油为核的微胶囊。在光学显微镜下，微胶囊呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得微胶囊的平均粒径约为3.1μm；通过紫外-可见光谱仪，测得微胶囊对罗丹明b的包载率为63.5％。
实施例5
将甲基纤维素(100mg)溶于去离子水(10ml)中，配成甲基纤维素水溶液；将磷酸苯丙哌林(50μg)溶解到呈流动态的聚乙烯醇水凝胶(10ml)中，然后通过高速搅拌(700rpm)将聚乙烯醇水凝胶均匀地分散到含有蔗糖脂肪酸酯(50mg/ml)的羟基硅油中(v水凝胶:v油相＝1:20)，形成含有磷酸苯丙哌林的油相；按体积比10:1向反应瓶中加入甲基纤维素水溶液与含磷酸苯丙哌林的羟基硅油，并将其置于水浴(25℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(300w/cm2，5min)；反应结束后，对反应液进行冷却(15℃)、离心(2000rpm)，并洗涤下层沉淀物(4次)，最后得到一种以甲基纤维素交联膜为壳、载有磷酸苯丙哌林的羟基硅油为核的微胶囊。在光学显微镜下，微胶囊呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得微胶囊的平均粒径约为2.2μm；通过紫外-可见光谱仪，测得微胶囊对罗丹明b的包载率为52.2％。
实施例6
将人血清白蛋白(200mg)溶于去离子水(10ml)中，配成人血清白蛋白水溶液；将fe3o4磁性纳米粒子(50mg)分散到呈流动态的聚乙烯醇水凝胶(10ml)中，然后通过高速搅拌(800rpm)将聚乙烯醇水凝胶均匀地分散到含有蔗糖脂肪酸酯(80mg/ml)的羟基硅油中(v水凝胶:v油相＝1:20)，形成含有fe3o4磁性纳米粒子的油相；按体积比10:1向反应瓶中加入人血清白蛋白水溶液与含fe3o4磁性纳米粒子的羟基硅油，并将其置于水浴(20℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(400w/cm2，3min)；反应结束后，对反应液进行冷却(5℃)、离心(3000rpm)，并洗涤下层沉淀物(5次)，最后得到一种以人血清白蛋白交联膜为壳、载有fe3o4磁性纳米粒子的羟基硅油为核的微胶囊。在光学显微镜下，微胶囊呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得微胶囊的平均粒径约为1.7μm；通过透射电镜，可观察到微胶囊的内部分布着大量的fe3o4纳米粒子；通过磁分离实验，发现微胶囊能够随着外加磁场的改变而发生定向移动。
实施例7
将牛血清白蛋白(300mg)溶于去离子水(10ml)中，配成牛血清白蛋白水溶液；将fe3o4磁性纳米粒子(30mg)分散到呈流动态的聚乙烯醇水凝胶(10ml)中，然后通过高速搅拌(1000rpm)将聚乙烯醇水凝胶均匀地分散到含有蔗糖脂肪酸酯(100mg/ml)的羟基硅油中(v水凝胶:v油相＝1:15)，形成含有fe3o4磁性纳米粒子的油相；按体积比15:1向反应瓶中加入牛血清白蛋白水溶液与含fe3o4磁性纳米粒子的羟基硅油，并将其置于水浴(30℃)中；将超声探头置于油/水两相界面，进行高强度的超声辐射(500w/cm2，3min)；反应结束后，对反应液进行冷却(10℃)、离心(4000rpm)，并洗涤下层沉淀物(4次)，最后得到一种以牛血清白蛋白交联膜为壳、载有fe3o4磁性纳米粒子的羟基硅油为核的微胶囊。在光学显微镜下，微胶囊呈球形或椭球性；通过激光粒度分析仪，测得微胶囊的平均粒径约为1.4μm；通过透射电镜，可观察到有机微凝胶的内部分布着大量的fe3o4纳米粒子；通过磁分离实验，发现微胶囊能够随着外加磁场的改变而发生定向移动。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。