一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法
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 色环保。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。
[0017]本发明的有益效果在于:
[0018](I)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。
[0019](2)本发明采用气-液微流道技术制备壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊，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。相比于液-液微流道技术，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。
[0020](3)本发明采用的制备方法具有制备工艺简单、实验设备简易、反应条件温和、易于控制、可重复性好、绿色环保、材料来源丰富、成本低廉等优点。
[0021](4)壳聚糖与羧甲基纤维素钠均为天然高分子材料，具有良好的生物相容性、生物可降解性、对人体无毒副作用、来源丰富、绿色可再生、价格低廉等特点和优点，在生物医学领域具有良好应用前景和广泛用途。
【附图说明】
[0022]图1为气-液微流道装置示意图。图1- a为制备内层微胶囊所采用的气液微流道装置。图1 - b为制备外层微胶囊所采用的气液微流道装置。
[0023]图2为实施例1制备的羧甲基纤维素钠/壳聚糖的双层微胶囊倒置光学显微镜外观结构图。图2-a为内层微胶囊的显微镜照片。图2-b为双层微胶囊的显微镜照片。
[0024]图3为分别包埋了磁性四氧化三铁纳米粒子及纳米银的羧甲基纤维素钠/壳聚糖双层微胶囊。图3-a为包埋磁性四氧化三铁纳米粒子的内层微胶囊。图3-b为内层包埋磁性四氧化三铁纳米粒子并且外层包埋纳米银的双层微胶囊。
【具体实施方式】
[0025]为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但下述实施例不应理解为对本发明的限制。
[0026]本发明实施例所用壳聚糖为国药集团化学试剂有限公司生产，其脱乙酰度为80?95%，粘度为50?800mPa *s。所用羧甲基纤维素钠为国药集团化学试剂有限公司生产。
[0027]图1为实施例用来制备羧甲基纤维素钠/壳聚糖天然高分子双层微胶囊的气-液微流道装置的示意图。图1 - a为内层微胶囊的制备采用的气-液微流道装置。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1.0mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600 μπκ锥口内径为400 μm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1.0mm,与队瓶相连的PE塑料管的内径为2.0mm。图1 - b为外层层微胶囊的制备采用的气-液微流道装置。制备壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊的气-液微流道装置由两根PE塑料管构成，并且出口处内外两层PE塑料管同轴。外层是内径为3.0mm的PE塑料管，内层是内径为1.2mm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。
[0028]实施例1
[0029]一种采用气-液微流道制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊的方法(即一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法)，包括如下具体步骤:
[0030](I)配制壳聚糖溶液:取1.0g壳聚糖固体粉末，加入到180mL去离子水中，搅拌30分钟，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为4.0，并搅拌3小时至壳聚糖充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的氢氧化钠调节溶液的pH为5.0，再加入适量去离子水使溶液总体积为200mL，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.5% (w/v)的壳聚糖溶液。
[0031](2)配制羧甲基纤维素钠溶液:取2.0g羧甲基纤维素钠固体粉末，边搅拌边加入到ISOmL去离子水中，然后搅拌3小时至羧甲基纤维素钠充分溶解，然后加入浓度为
1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为5.0，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为1.0% (w/V)的羧甲基纤维素钠溶液；
[0032]再采用上述方法配制浓度为0.5% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液。
[0033](3)采用气-液微流道技术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-液微流道装置的出口为内外两层同轴石英玻璃管，外层是内径为1.0mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600 μm、锥口内径为400 μm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1.0mm,与队瓶相连的PE塑料管的内径为2.0mm。
[0034]用注射器取1mL浓度为1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液，连接内径为1.0mm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4.0mL/h,使其进入内径为1.0mm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1.0L/min，使氮气进入内径为2.0mm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1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液被剪切成液滴，滴入20mL、浓度为0.5% (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0.5% (w/v)的壳聚糖液。
[0035](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，并且出口处内外两层PE塑料管同轴。外层是内径为3.0mm的PE塑料管，内层是内径为1.2mm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。
[0036]用注射器取1mL上述制备的含有内层微胶囊的浓度为0.5% (w/v)的壳聚糖溶液，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15.0mL/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l.0L/min，氮气通入外层塑料管中。在N2的剪切作用下，含有内层微胶囊的浓度为0.5%(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20mL、浓度为0.5% (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。
[0037]图2为实施例1制备的羧甲基纤维素钠/壳聚糖的双层微胶囊(即天然高分子双层微胶囊)的倒置光学显微镜外观结构图。采用光学显微镜(XDS -1S重庆光电)在4倍目镜下对制备的双层微胶囊的外观结构进行观察分析。图2 - a为羧甲基纤维素钠/壳聚糖内层微胶囊(内层微胶囊)的显微镜照片，该内层微胶囊的大小在900 μπι左右，结构呈现规则的圆形，界面十分清晰。图2 -b为羧甲基纤维素钠/壳聚糖双层微胶囊的显微镜照片，从图中可以看出，双层微胶囊的外形比较规则，层与层之间的界面清晰，内层的微胶囊呈现规则的圆形，与图2 -a中内层微胶囊相比基本不变，说明在制备外层微胶囊时，内层微胶囊基本未受到的影响。
[0038]图3为分别包埋了磁性四氧化三铁纳米粒子及纳米银的羧甲基纤维素钠/壳聚糖双层微胶囊。制备方法为:配置好浓度为1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液后，加入0.05g制备好的磁性四氧化三铁纳米粒子一同搅拌一个小时，然后超声30分钟，使磁性四氧化三铁纳米粒子充分分散在羧甲基纤维素钠溶液中。配置好浓度为0.5% (w/v)的壳聚糖溶液后，加入0.05g制备好的银纳米粒子一同搅拌一个小时，然后超声30分钟，使银纳米粒子充分分散在壳聚糖溶液中。其余的制备步骤和方法不变。图3-a为包埋磁性四氧化三铁纳米粒子的内层微胶囊，图3 -b为内层包埋磁性四氧化三铁纳米粒子并且 外层包埋纳米银的双层微胶囊。由图可以发现，我们制备的双层微胶囊的外观结构规整，层与层之间的界面清晰，包埋了磁性四氧化三铁纳米粒子的内层微胶囊的颜色呈现了与四氧化三铁纳米粒子相同的黑色，而包埋了纳米银的外层微胶囊的颜色呈现了呈现了与纳米银粒子相同的棕黄色。因此，我们制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊，能分别在不同层中包埋不同类型的纳米粒子，在控制释放、药物输送等领域有广泛的应用前景。
[0039]实施例2
[0040]一种采用气-液微流道制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊的方法(即一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法)，包括如下具体步骤:
[0041](I)配制壳聚糖溶液:取0.8g壳聚糖固体粉末，加入到180mL去离子水中，搅拌30分钟，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为4.0，并搅拌3小时至壳聚糖充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的氢氧化钠调节溶液的pH为5.0，再加入适量去离子水使溶液总体积为200mL，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.4% (w/v)的壳聚糖溶液。
[0042](2)配制羧甲基纤维素钠溶液:取1.6g羧甲基纤维素钠固体粉末，边搅拌边加入到ISOmL去离子水中，然后搅拌3小时至羧甲基纤维素钠充分溶解，然后加入浓度为
1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为5.0，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.8% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液；再采用上述方法配制浓度为0.4% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液。
[0043](3)采用气-液微流道技术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-液微流道装置的出口为内外两层同轴石英玻璃管，外层是内径为1.0mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600 μ m，锥口内径为400 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1.0mm,与队瓶相连的PE塑料管的内径为2.0mm。
[0044]用注射器取1mL浓度为0.8% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液，连接内径为1.0mm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4.0mL/h,使其进入内径为1.0mm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1.0L/min，使氮气进入内径为
2.0mm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% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液被剪切成液滴，滴入30mL、浓度为0.4% (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% (w/v)的壳聚糖液。
[0045](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-液微流道装置由两根PE塑料管构成，并且出口处内外两层PE塑料管同轴。外层是内径为3.0mm的PE塑料管，内层是内径为1.2mm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。
[0046]用注射器取15mL上述制备的含有内层微胶囊的浓度为0.4% (w/v)的壳聚糖溶液，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15.0mL/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1.0L/min，氮气通入外层塑料管中。在N2的剪切作用下，含有内层微胶囊的浓度为0.4%(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30mL、浓度为0.4% (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。
[0047]采用与实施例1相同的方法对本实施例中制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊进行观察分析，结果与实施例1相似。
[0048]实施例3
[0049]一种采用气-液微流道制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊的方法(即一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法)，包括如下具体步骤:
[0050](I)配制壳聚糖溶液:取1.2g壳聚糖固体粉末，加入到180mL去离子水中，搅拌30分钟，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为4.0，并搅拌3小时至壳聚糖充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的氢氧化钠调节溶液的pH为5.0，再加入适量去离子水使溶液总体积为200mL，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.6% (w/v)的壳聚糖溶液。
[0051](2)配制羧甲基纤维素钠溶液:取3.2g羧甲基纤维素钠固体粉末，边搅拌边加入到ISOmL去离子水中，然后搅拌3小时至羧甲基纤维素钠充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为5.0，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为1.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液；再采用上述方法配制浓度为0.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液。
[0052](3)采用气-液微流道技术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-液微流道装置的出口为内外两层同轴石英玻璃管，外层是内径为1.0mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600 μ m，锥口内径为400 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1.0mm,与队瓶相连的PE塑料管的内径为2.0mm。用注射器取1mL浓度为1.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液，连接内径为1.0mm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4.0mL/h，使其进入内径为1.0mm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1.0L/min，使氮气进入内径为2.0mm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1.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液被剪切成液滴，滴入50mL、浓度为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0.6% (w/v)的壳聚糖液。
[0053](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-液微流道装置由两根PE塑料管构成，并且出口处内外两层PE塑料管同轴。外层是内径为3.0mm的PE塑料管，内层是内径为1.2mm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。
[0054]用注射器取13mL上述制备的含有内层微胶囊的浓度为0.6% (w/v)的壳聚糖溶液，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15.0mL/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1.0L/min，氮气通入外层塑料管中。在N2的剪切作用下，含有内层微胶囊的浓度为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50mL、浓度为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。
[0055]采用与实施例1相同的方法对本实施例中制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊进行观察分析，结果与实施例1相似。
[0056]实施例4
[0057]一种采用气-液微流道制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊的方法(一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法)，包括如下具体步骤:
[0058](I)配制壳聚糖溶液:取1.0g壳聚糖固体粉末，加入到180mL去离子水中，搅拌30分钟，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为4.0，并搅拌3小时至壳聚糖充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的氢氧化钠调节溶液的pH为5.0，再加入适量去离子水使溶液总体积为200mL，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.5% (w/v)的壳聚糖溶液。
[0 059](2)配制羧甲基纤维素钠溶液:取2.0g羧甲基纤维素钠固体粉末，边搅拌边加入到ISOmL去离子水中，然后搅拌3小时至羧甲基纤维素钠充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为5.0，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液；再采用上述方法配制浓度为0.5% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液。
[0060](3)采用气-液微流道技术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-液微流道装置的出口为内外两层同轴石英玻璃管，外层是内径为1.0mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600 μ m，锥口内径为400 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1.0mm,与队瓶相连的PE塑料管的内径为2.0mm。用注射器取1mL浓度为1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液，连接内径为1.0mm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3.0mL/h，使其进入内径为1.0mm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0.8L/min，使氮气进入内径为2.0mm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1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液被剪切成液滴，滴入40mL、浓度为0.5% (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1.0% (w/v)的壳聚糖液。
[0061](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-液微流道装置由两根PE塑料管构成，并且出口处内外两层PE塑料管同轴。外层是内径为3.0mm的PE塑料管，内层是内径为1.2mm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。
[0062]用注射器取12mL上述制备的含有内层微胶囊的浓度为0.5% (w/v)的壳聚糖溶液，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14.0mL/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
0.8L/min，氮气通入外层塑料管中。在N2的剪切作用下，含有内层微胶囊的浓度为0.5 %(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40mL、浓度为0.5% (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。
[0063]采用与实施例1相同的方法对本实施例中制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊进行观察分析，结果与实施例1相似。
[0064]需要说明的是，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0065]本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如流速等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
【主权项】
1.一种采用气-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进行组装，两种带相反电荷的天然高分子聚电解质为: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；同时结合气-液微流道技术制备得到天然高分子双层微胶囊。2.根据权利要求1所述的一种采用气-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: 1)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； 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； 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； 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 μm、锥口内径为400?500 μm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 ； 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?.1.5mm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； 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塑料管连接队瓶； 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队气流速度为0.8?1.2L/min，氮气通入外层塑料管中；在队的剪切作用下，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?50!^、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。
【专利摘要】本发明属于高分子材料、生物化学和生物医用材料领域。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。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。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。
【IPC分类】B01J13/02
【公开号】CN104888670
【申请号】CN201510306353
【发明人】王艺峰, 周晶, 郭雪成, 王霞, 郭萌萌, 董梦
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月5日
【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 色环保。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。
[0017]本发明的有益效果在于:
[0018](I)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。
[0019](2)本发明采用气-液微流道技术制备壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊，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。相比于液-液微流道技术，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。
[0020](3)本发明采用的制备方法具有制备工艺简单、实验设备简易、反应条件温和、易于控制、可重复性好、绿色环保、材料来源丰富、成本低廉等优点。
[0021](4)壳聚糖与羧甲基纤维素钠均为天然高分子材料，具有良好的生物相容性、生物可降解性、对人体无毒副作用、来源丰富、绿色可再生、价格低廉等特点和优点，在生物医学领域具有良好应用前景和广泛用途。
【附图说明】
[0022]图1为气-液微流道装置示意图。图1- a为制备内层微胶囊所采用的气液微流道装置。图1 - b为制备外层微胶囊所采用的气液微流道装置。
[0023]图2为实施例1制备的羧甲基纤维素钠/壳聚糖的双层微胶囊倒置光学显微镜外观结构图。图2-a为内层微胶囊的显微镜照片。图2-b为双层微胶囊的显微镜照片。
[0024]图3为分别包埋了磁性四氧化三铁纳米粒子及纳米银的羧甲基纤维素钠/壳聚糖双层微胶囊。图3-a为包埋磁性四氧化三铁纳米粒子的内层微胶囊。图3-b为内层包埋磁性四氧化三铁纳米粒子并且外层包埋纳米银的双层微胶囊。
【具体实施方式】
[0025]为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但下述实施例不应理解为对本发明的限制。
[0026]本发明实施例所用壳聚糖为国药集团化学试剂有限公司生产，其脱乙酰度为80?95%，粘度为50?800mPa *s。所用羧甲基纤维素钠为国药集团化学试剂有限公司生产。
[0027]图1为实施例用来制备羧甲基纤维素钠/壳聚糖天然高分子双层微胶囊的气-液微流道装置的示意图。图1 - a为内层微胶囊的制备采用的气-液微流道装置。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1.0mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600 μπκ锥口内径为400 μm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1.0mm,与队瓶相连的PE塑料管的内径为2.0mm。图1 - b为外层层微胶囊的制备采用的气-液微流道装置。制备壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊的气-液微流道装置由两根PE塑料管构成，并且出口处内外两层PE塑料管同轴。外层是内径为3.0mm的PE塑料管，内层是内径为1.2mm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。
[0028]实施例1
[0029]一种采用气-液微流道制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊的方法(即一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法)，包括如下具体步骤:
[0030](I)配制壳聚糖溶液:取1.0g壳聚糖固体粉末，加入到180mL去离子水中，搅拌30分钟，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为4.0，并搅拌3小时至壳聚糖充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的氢氧化钠调节溶液的pH为5.0，再加入适量去离子水使溶液总体积为200mL，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.5% (w/v)的壳聚糖溶液。
[0031](2)配制羧甲基纤维素钠溶液:取2.0g羧甲基纤维素钠固体粉末，边搅拌边加入到ISOmL去离子水中，然后搅拌3小时至羧甲基纤维素钠充分溶解，然后加入浓度为
1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为5.0，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为1.0% (w/V)的羧甲基纤维素钠溶液；
[0032]再采用上述方法配制浓度为0.5% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液。
[0033](3)采用气-液微流道技术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-液微流道装置的出口为内外两层同轴石英玻璃管，外层是内径为1.0mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600 μm、锥口内径为400 μm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1.0mm,与队瓶相连的PE塑料管的内径为2.0mm。
[0034]用注射器取1mL浓度为1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液，连接内径为1.0mm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4.0mL/h,使其进入内径为1.0mm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1.0L/min，使氮气进入内径为2.0mm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1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液被剪切成液滴，滴入20mL、浓度为0.5% (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0.5% (w/v)的壳聚糖液。
[0035](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，并且出口处内外两层PE塑料管同轴。外层是内径为3.0mm的PE塑料管，内层是内径为1.2mm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。
[0036]用注射器取1mL上述制备的含有内层微胶囊的浓度为0.5% (w/v)的壳聚糖溶液，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15.0mL/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l.0L/min，氮气通入外层塑料管中。在N2的剪切作用下，含有内层微胶囊的浓度为0.5%(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20mL、浓度为0.5% (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。
[0037]图2为实施例1制备的羧甲基纤维素钠/壳聚糖的双层微胶囊(即天然高分子双层微胶囊)的倒置光学显微镜外观结构图。采用光学显微镜(XDS -1S重庆光电)在4倍目镜下对制备的双层微胶囊的外观结构进行观察分析。图2 - a为羧甲基纤维素钠/壳聚糖内层微胶囊(内层微胶囊)的显微镜照片，该内层微胶囊的大小在900 μπι左右，结构呈现规则的圆形，界面十分清晰。图2 -b为羧甲基纤维素钠/壳聚糖双层微胶囊的显微镜照片，从图中可以看出，双层微胶囊的外形比较规则，层与层之间的界面清晰，内层的微胶囊呈现规则的圆形，与图2 -a中内层微胶囊相比基本不变，说明在制备外层微胶囊时，内层微胶囊基本未受到的影响。
[0038]图3为分别包埋了磁性四氧化三铁纳米粒子及纳米银的羧甲基纤维素钠/壳聚糖双层微胶囊。制备方法为:配置好浓度为1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液后，加入0.05g制备好的磁性四氧化三铁纳米粒子一同搅拌一个小时，然后超声30分钟，使磁性四氧化三铁纳米粒子充分分散在羧甲基纤维素钠溶液中。配置好浓度为0.5% (w/v)的壳聚糖溶液后，加入0.05g制备好的银纳米粒子一同搅拌一个小时，然后超声30分钟，使银纳米粒子充分分散在壳聚糖溶液中。其余的制备步骤和方法不变。图3-a为包埋磁性四氧化三铁纳米粒子的内层微胶囊，图3 -b为内层包埋磁性四氧化三铁纳米粒子并且 外层包埋纳米银的双层微胶囊。由图可以发现，我们制备的双层微胶囊的外观结构规整，层与层之间的界面清晰，包埋了磁性四氧化三铁纳米粒子的内层微胶囊的颜色呈现了与四氧化三铁纳米粒子相同的黑色，而包埋了纳米银的外层微胶囊的颜色呈现了呈现了与纳米银粒子相同的棕黄色。因此，我们制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊，能分别在不同层中包埋不同类型的纳米粒子，在控制释放、药物输送等领域有广泛的应用前景。
[0039]实施例2
[0040]一种采用气-液微流道制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊的方法(即一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法)，包括如下具体步骤:
[0041](I)配制壳聚糖溶液:取0.8g壳聚糖固体粉末，加入到180mL去离子水中，搅拌30分钟，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为4.0，并搅拌3小时至壳聚糖充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的氢氧化钠调节溶液的pH为5.0，再加入适量去离子水使溶液总体积为200mL，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.4% (w/v)的壳聚糖溶液。
[0042](2)配制羧甲基纤维素钠溶液:取1.6g羧甲基纤维素钠固体粉末，边搅拌边加入到ISOmL去离子水中，然后搅拌3小时至羧甲基纤维素钠充分溶解，然后加入浓度为
1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为5.0，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.8% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液；再采用上述方法配制浓度为0.4% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液。
[0043](3)采用气-液微流道技术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-液微流道装置的出口为内外两层同轴石英玻璃管，外层是内径为1.0mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600 μ m，锥口内径为400 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1.0mm,与队瓶相连的PE塑料管的内径为2.0mm。
[0044]用注射器取1mL浓度为0.8% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液，连接内径为1.0mm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4.0mL/h,使其进入内径为1.0mm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1.0L/min，使氮气进入内径为
2.0mm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% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液被剪切成液滴，滴入30mL、浓度为0.4% (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% (w/v)的壳聚糖液。
[0045](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-液微流道装置由两根PE塑料管构成，并且出口处内外两层PE塑料管同轴。外层是内径为3.0mm的PE塑料管，内层是内径为1.2mm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。
[0046]用注射器取15mL上述制备的含有内层微胶囊的浓度为0.4% (w/v)的壳聚糖溶液，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15.0mL/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1.0L/min，氮气通入外层塑料管中。在N2的剪切作用下，含有内层微胶囊的浓度为0.4%(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30mL、浓度为0.4% (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。
[0047]采用与实施例1相同的方法对本实施例中制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊进行观察分析，结果与实施例1相似。
[0048]实施例3
[0049]一种采用气-液微流道制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊的方法(即一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法)，包括如下具体步骤:
[0050](I)配制壳聚糖溶液:取1.2g壳聚糖固体粉末，加入到180mL去离子水中，搅拌30分钟，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为4.0，并搅拌3小时至壳聚糖充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的氢氧化钠调节溶液的pH为5.0，再加入适量去离子水使溶液总体积为200mL，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.6% (w/v)的壳聚糖溶液。
[0051](2)配制羧甲基纤维素钠溶液:取3.2g羧甲基纤维素钠固体粉末，边搅拌边加入到ISOmL去离子水中，然后搅拌3小时至羧甲基纤维素钠充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为5.0，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为1.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液；再采用上述方法配制浓度为0.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液。
[0052](3)采用气-液微流道技术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-液微流道装置的出口为内外两层同轴石英玻璃管，外层是内径为1.0mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600 μ m，锥口内径为400 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1.0mm,与队瓶相连的PE塑料管的内径为2.0mm。用注射器取1mL浓度为1.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液，连接内径为1.0mm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4.0mL/h，使其进入内径为1.0mm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1.0L/min，使氮气进入内径为2.0mm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1.6% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液被剪切成液滴，滴入50mL、浓度为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0.6% (w/v)的壳聚糖液。
[0053](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-液微流道装置由两根PE塑料管构成，并且出口处内外两层PE塑料管同轴。外层是内径为3.0mm的PE塑料管，内层是内径为1.2mm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。
[0054]用注射器取13mL上述制备的含有内层微胶囊的浓度为0.6% (w/v)的壳聚糖溶液，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15.0mL/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1.0L/min，氮气通入外层塑料管中。在N2的剪切作用下，含有内层微胶囊的浓度为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50mL、浓度为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。
[0055]采用与实施例1相同的方法对本实施例中制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊进行观察分析，结果与实施例1相似。
[0056]实施例4
[0057]一种采用气-液微流道制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊的方法(一种采用气-液微流道制备天然高分子双层微胶囊的方法)，包括如下具体步骤:
[0058](I)配制壳聚糖溶液:取1.0g壳聚糖固体粉末，加入到180mL去离子水中，搅拌30分钟，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为4.0，并搅拌3小时至壳聚糖充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的氢氧化钠调节溶液的pH为5.0，再加入适量去离子水使溶液总体积为200mL，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为0.5% (w/v)的壳聚糖溶液。
[0 059](2)配制羧甲基纤维素钠溶液:取2.0g羧甲基纤维素钠固体粉末，边搅拌边加入到ISOmL去离子水中，然后搅拌3小时至羧甲基纤维素钠充分溶解，然后加入浓度为1.0mol/L的盐酸调节溶液的pH为5.0，再经过G3砂芯漏斗过滤，配制得到浓度为1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液；再采用上述方法配制浓度为0.5% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液。
[0060](3)采用气-液微流道技术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-液微流道装置的出口为内外两层同轴石英玻璃管，外层是内径为1.0mm的方形石英玻璃管，内层是管内径为600 μ m，锥口内径为400 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1.0mm,与队瓶相连的PE塑料管的内径为2.0mm。用注射器取1mL浓度为1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液，连接内径为1.0mm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3.0mL/h，使其进入内径为1.0mm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0.8L/min，使氮气进入内径为2.0mm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1.0% (w/v)的羧甲基纤维素钠溶液被剪切成液滴，滴入40mL、浓度为0.5% (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1.0% (w/v)的壳聚糖液。
[0061](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-液微流道装置由两根PE塑料管构成，并且出口处内外两层PE塑料管同轴。外层是内径为3.0mm的PE塑料管，内层是内径为1.2mm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。
[0062]用注射器取12mL上述制备的含有内层微胶囊的浓度为0.5% (w/v)的壳聚糖溶液，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14.0mL/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
0.8L/min，氮气通入外层塑料管中。在N2的剪切作用下，含有内层微胶囊的浓度为0.5 %(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40mL、浓度为0.5% (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。
[0063]采用与实施例1相同的方法对本实施例中制备的壳聚糖/羧甲基纤维素钠双层微胶囊进行观察分析，结果与实施例1相似。
[0064]需要说明的是，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0065]本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如流速等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
【主权项】
1.一种采用气-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进行组装，两种带相反电荷的天然高分子聚电解质为: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；同时结合气-液微流道技术制备得到天然高分子双层微胶囊。2.根据权利要求1所述的一种采用气-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: 1)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； 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； 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； 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 μm、锥口内径为400?500 μm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 ； 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?.1.5mm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； 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塑料管连接队瓶； 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队气流速度为0.8?1.2L/min，氮气通入外层塑料管中；在队的剪切作用下，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?50!^、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。
【专利摘要】本发明属于高分子材料、生物化学和生物医用材料领域。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。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。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。
【IPC分类】B01J13/02
【公开号】CN104888670
【申请号】CN201510306353
【发明人】王艺峰, 周晶, 郭雪成, 王霞, 郭萌萌, 董梦
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月5日
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