[发明专利]多孔纤维素微粒及其制备方法

说明书

本发明提供了多孔纤维素微粒及其特别在化妆品制剂和药物制剂中的用途。这些微粒包含纤维素I纳米晶，所述纤维素I纳米晶团聚在一起从而形成微粒，并且围绕微粒中的空腔排列，从而在微粒中限定孔隙。还提供了一种生产这些微粒的方法。其包括混合纤维素I纳米晶的悬浮液与成孔剂的乳液以产生包含连续液相的混合物，其中分散有成孔剂的液滴并悬浮有纤维素I的纳米晶；对混合物进行喷雾干燥以产生微粒；如果在喷雾干燥的过程中成孔剂未充分蒸发以在微粒中形成孔隙，则使成孔剂蒸发或者从微粒中浸出成孔剂以在微粒中形成孔隙。

相关申请的交叉引用

根据美国法典第35编第119(e)条，本申请要求于2019年5月10日提交的美国临时申请系列号62/846273的权益。通过引用将以上所有文献的全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及纤维素微粒及其使用和制备方法。更具体地，本发明涉及通过喷雾干燥由纤维素纳米晶制成的多孔纤维素微粒。

背景技术

微珠和多孔微珠

微粒在药物输送、化妆品和皮肤护理、荧光免疫分析、生物技术中的微载体、粘度调节剂、色谱中的固定相以及研磨剂中发挥着重要作用。在这些领域及其它领域中，微粒通常被称为“微珠”。化妆品和个人护理行业使用微珠来增强配方的感官性质。微珠用于提供多种消费者认可的益处，例如但不限于：增稠剂、填充剂、增容剂、颜色分散剂、去角质剂、改善的产品混合、改善的皮肤感觉、柔焦(也称为模糊)、产品脱落、吸油量以及干燥结合。柔焦或模糊是微珠由于其散射光线能力而具备的性质。吸油量表示微珠从皮肤吸收皮脂的能力。该性质使得化妆品配方设计师能够设计出赋予彩妆哑光效果的产品，从而使其在上妆的数小时中表现出更加自然的妆感。

由于多孔微珠表现出许多致密微珠不具有的独特行为，因此多孔微珠是令人感兴趣的。这些行为包括特殊活性分子(药物)吸收和释放动力学、大比表面积和低密度。多孔微珠与致密微珠的区别在于，孔隙不仅位于微珠的表面，而且还位于微珠的内部。由于这种性质，孔隙率在分子的吸收和释放动力学中起着重要作用。多孔微珠的应用包括催化、药物缓释密封剂、吸收和结合介质、组织支架和色谱分析。医疗行业使用多孔微珠作为组织工程支架，以增殖细胞的粘附和扩散。这些支架通常负载药物(例如细胞生长因子)以促进增殖。

一般来说，微珠可以由塑料、玻璃、金属氧化物和天然聚合物(例如蛋白质和纤维素)制成。多孔组织支架材料包括硼酸盐玻璃和磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃、陶瓷、胶原-葡糖胺聚糖、磷酸钙、羟基磷灰石、β-磷酸三钙、聚(乳酸-共-羟基乙酸)、羧甲基纤维素(也称为CMC或纤维素胶)。在化妆品行业中，多孔微珠通常由塑料制成，用于赋予特殊效果。这种效果包括从皮肤吸收油(例如，皮脂)以赋予哑光效果。

令人信服的证据表明，由塑料制成的微珠会对环境造成危害，包括沿食物链的破坏。消费者对个人健康和环境健康的日益关注刺激了有机/天然个人护理产品的增长。传统产品的有效有机/天然替代品以及社会生活方式的改变不仅是广泛采用“绿色”个人护理产品的重要推动因素，而且也是广泛采用可持续的油墨、颜料、涂料、复合材料和油漆增稠剂的成分的重要推动因素。关于可持续性，期望使用能够使用可持续的资源制造微珠的“绿色化学”和“绿色工程”方法。已知使用绿色方法生产微珠可以减少制造过程中的能量消耗。

通常，多孔微粒通过悬浮聚合、乳液聚合和沉淀聚合方法由非纤维素聚合物制得。多孔无机微粒可以通过烧结、相分离和喷雾干燥制备。

纤维素和纤维素微珠

天然纤维素是一种亲水的半结晶有机聚合物。其是一种在生物圈中自然产生的多糖。其是植物、许多藻类和真菌状卵菌的细胞壁的结构材料。纤维素自然地组织成醚连接的聚(β-1,4-吡喃葡萄糖)单元的线性长链。这些链通过分子内氢键和分子间氢键组装成高度结晶域-参见图1。在纤维素纳米原纤维中，无序(无定形)纤维素的区域存在于这些结晶域(纳米晶)之间。纤维素聚合物链中的大量的氢键使纤维素极不易溶解于水和大多数有机溶剂，甚至许多类型的酸中。