[发明专利]基于乳化液膜传质制备单分散性海藻酸钙微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子微球制备领域，特别涉及一种基于乳化液膜传质制备单分散性的海藻酸钙微球的方法。

背景技术

海藻酸盐由于其来源广泛，无毒性，优良的生物相容性和生物可降解性以及良好的水溶性，使其在生物和医药领域受到广泛的关注，其中海藻酸钠是最常见的海藻酸盐。海藻酸钠是由β-D-甘露糖醛酸(M)和α-L-古罗糖醛酸(G)的线型共聚物，其分子链中的古罗糖醛酸残基可以很容易地与二价阳离子发生交联反应，如海藻酸钠可以和Ca²⁺交联生成海藻酸钙凝胶。海藻酸钙微球由于其尺寸小且比表面积大，可以作为载体用于包载多种活性物质，包括无机纳米颗粒以及蛋白质和细胞等生物活性材料，还能作为栓塞材料等，因而在生物医药领域内具有重大的应用前景。

传统制备海藻酸钙微球的方法是将海藻酸钠溶液直接滴入氯化钙溶液中形成海藻酸钙微球。由于受针头直径和海藻酸钠溶液黏度的限制，所得的凝胶微球尺寸较大，大多在毫米级，其传质性能受到限制；同时由于该交联反应发生在流动过程中，容易造成微球的球形度难以控制，同时其制备的可重现性也较差。随后，为了提高海藻酸钙微球的传质效率，减小微球尺寸，多种技术也被用于海藻酸钙微囊的制备，如静电液滴生成技术和膜乳化技术等。这些方法能够有效的减小海藻酸钙微球的尺寸，然而这些方法也难以精确地控制其尺寸和形状。

近年来兴起的微流控乳化技术可以制备尺寸在数十至数百微米尺寸的单分散性的液滴，为制备尺寸相对较小，具有良好单分散性和球形度的海藻酸钙微球提供了有利的基础。目前报道的利用微流控技术制备海藻酸钙微球主要有以下三种方法：(1)外部交联法。按照交联剂的引入方式可以分为两种。一种是将交联剂溶解在油相(连续相)中，水/油乳液生成之后，作为交联剂的Ca²⁺从油相中逐渐扩散到水相中，引起海藻酸盐的交联反应(见H.Zhang et al,Journal of the American Chemical Society,2006,128,12205-12210)。随着Ca²⁺从连续相中逐渐扩散到水相中，凝胶化过程从液滴表面向液滴内部推进，液滴表面开始出现“起皮”现象，得到的微球或微囊表面并不光滑，并且整个微球的凝胶网络结构不均一。第二种方式是将交联剂溶解在装置外的水相凝固浴中，将微流控制备的海藻酸钠乳液收集到凝固浴中；或者在装置下游引入水相凝固浴，在流动过程中使海藻酸钠液滴沉降到凝固浴中，固化成海藻酸钙微球(见K.–S.Huang et al,Lab on a Chip,2006,6,954-957)。该法中的乳液凝胶化过程发生在液滴从油相转入水相的过程中，容易发生变形，影响其球形度。(2)内部交联。内部交联的方法一般是使用碳酸钙纳米颗粒作为钙源与海藻酸钠溶液混合作为内相，溶解有有机酸(如醋酸)的油作为外相，并在微流控装置中形成油包水的乳液，随后有机酸的扩散使碳酸钙释放出钙离子与海藻酸钠交联(见W.–H.Tan et al,Advanced Materials,2007,19,2696-2701)。这种方法主要存在两方面的限制：一是碳酸钙纳米颗粒的沉淀和均匀分散问题；二是用该法制备的海藻酸钙微球机械强度较差。另外，碳酸钙纳米颗粒的细胞毒性使其不适合制备包载有细胞的海藻酸钙微球。(3)混合交联法。混合交联法可以分为两种方式。第一种方式是乳液混合交联法。乳液混合交联法是在两个独立的通道内分别生成了单分散的海藻酸钠液滴和氯化钙液滴；接着，在合成通道里使两种液滴发生聚并来引发交联反应生成海藻酸钙微球(见K.Liu et al,Langmuir,2006,22,9453–9457)。该方法的可行性依赖于两种液滴碰撞的可能性，其控制方法复杂；另一方面，液滴融合过程中流动状态对最终海藻酸钙微球的球形度影响较大。另外一种方式是原位混合交联法。通过原位混合交联法制备海藻酸钙微球的微流控装置包含两个十字通道和一个合成通道(见J.H.Xu,et al,Langmuir,2006,22,7943–7946)。在第一个连接处，海藻酸钠溶液和氯化钙溶液分别作为两股侧流，中间的通道注入去离子水将两股侧流隔开以避免其接触。接着，三种水相的混合流体在第二个连接处被从两侧注入的油相聚焦剪切成单分散的液滴。随后在合成通道内，液滴中的海藻酸钠和氯化钙反应生成海藻酸钙微球。混合交联法制备出的海藻酸钙微球的凝胶网络的均匀性较差，同时存在反应失控堵塞微通道的风险。近年来，还有研究者报道了一种基于凝胶/液滴界面离子传质过程制备海藻酸钙微球的方法(见H.Hirama,et al,Langmuir,2012,29,519-524)，然而其需要的凝胶板的制备过程繁琐，难以实现批量化连续生产。