交替层层组装微胶囊的制备与性能

交替层层组装微胶囊的制备与性能

微胶袋技术在制药、化妆、食品、纺织、农业等领域得到了广泛应用。近年来，通过lbl层套技术制作透明微胶袋引起了人们的注意。lbl技术的起源可以追溯到1966年。通过交替沉积法制备了这种膜，然后，为了继续发展，这家公司提出了一个基于聚合物阴阳离子静态电的lbl组件概念。20世纪90年代初，凯吉等人提出了lbl组件的概念。用一个可以去除的胶体作为模型，lbl技术将聚类化分解为胶体颗粒，然后用模型中的胶体颗粒去除作为模型的胶体颗粒，并制作了一种新结构的聚合物微胶囊（图1）。该方法不仅广泛地扩大了lbl技术的研究和应用范围，而且lbl技术的性质得到了飞跃。不仅是新的，而且制造的微胶囊具有独特的结构和可变性能，对基础研究和实际应用具有重要价值。与其它方法相比,通过LBL技术制得的微胶囊的形态和尺寸可由模板精确控制;囊壁组成可由组装材料决定,各种合成和天然的聚电解质、纳米微粒、多价离子及有机小分子等均可作为囊壁组装材料;壁厚由材料组成、沉积层数和组装条件精确控制;囊壁的通透性能和机械强度等可由组成、壁厚和外部条件(如pH、离子强度等)调控.结构和性能的高度可调控性使这种微胶囊在材料科学、生命科学、电子科学与技术、生物医学工程学、催化科学与技术等许多领域中都具有潜在的应用前景.迄今为止,国内外已经有多篇关于LBL微胶囊的综述报道,涉及微胶囊的制备、性能、仿生设计及物质的包埋和释放等领域[12,13,14,15,16,17,18].本文着重介绍了近几年发展起来的LBL组装微胶囊的新制备技术、微胶囊的智能响应性、微胶囊在物质包埋和释放中的应用及微胶囊的图案化组装.1基于氢键作用的微囊化经典的LBL组装技术是以静电作用为驱动力的,因此最初得到的LBL组装微胶囊也都是基于静电作用力的.随着氢键驱动力LBL多层膜的制备与性能研究的深入,也获得了基于氢键作用的LBL微胶囊.与相对稳定的静电作用不同,氢键作用对环境pH值和温度等更为敏感,导致所得多层膜易受环境因素的影响而发生解离,在有些组装条件下甚至无法得到多层膜.Xu等利用聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)与邻甲基酚醛树脂(MPR)之间的氢键作用,在SiO2微粒表面进行组装,通过傅里叶变换红外光谱证明组装的驱动力来自氢键作用,去除模板后得到了中空微胶囊.Shukhishvili等采用LBL技术也得到了基于氢键作用的PVP/聚甲基丙烯酸(PMAA)和聚氧乙烯(PEO)/PMAA微胶囊.1.1利用光引发反应制备ndf/paam基于静电作用的聚电解质多层膜(PEM)及其构成的微胶囊在某些极端条件下(如高盐浓度、高pH值、强极性溶剂等)缺少足够的稳定性,易发生结构的不可逆变化甚至破坏;基于氢键作用的多层膜甚至在生理pH值条件下即会完全解离.这些多层膜和微胶囊的稳定性和其它性能可以通过选择不同的组装材料进行调控,也可通过后处理来实现.例如,交联处理一方面可以提高多层膜和微胶囊的稳定性,另一方面也可以调控渗透性、机械强度及表面性质等.Bruening等最先将热交联应用于弱聚电解质聚丙烯酸(PAA)/聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)多层膜的制备.高温使PAA的羧基与PAH的氨基缩合反应生成酰胺键.多层膜间的共价交联使原本在极端pH条件下不稳定的PAA/PAH多层膜变得十分稳定,且极大地降低了薄膜的渗透性.Rubner等利用类似的热交联方法提高了PAA/聚丙烯酰胺(PAAm)氢键组装膜的稳定性.除热交联外,利用光敏性聚电解质如重氮树脂(DAR)为组装原料获得多层膜,然后通过紫外光照射在组装好的PEM内形成共价交联(图2).交联后的PEM在强极性溶剂中表现出优异的稳定性.Rubner等将带有光引发剂的PAA,通过氢键作用与PAAm组装成膜.在紫外光作用下,这种光引发剂可以分解成为活性自由基引发PAA/PAAm的交联反应.化学交联是一种常用的方法.水溶性的碳二亚胺(EDAC)可促使羧基和氨基缩合生成酰胺键,因此可用来交联含有羧基和胺基的PEM.Shukhishvili等利用EDAC活化PVP/PMAA氢键组装膜中的羧基后,添加小分子二元胺,选择性地交联PMAA,形成类似半互穿聚合物网络的结构,从而极大地提高了PEM在高pH条件下的稳定性.上述交联方法同样适用于LBL微胶囊.本课题组通过热交联极大地提高了弱聚电解质微胶囊在极端pH条件下的稳定性.Caruso等制备了DAR/聚苯乙烯磺酸钠(PSS)微胶囊,并通过光交联获得了结构稳定的微胶囊.交联后的微胶囊在可耐受高浓度盐溶液和强极性有机溶剂的处理.外加渗透压法研究表明,在质量分数为35%的分子量为70000的PSS溶液中,微胶囊仍然可以保持完整的形状,而普通的LBL微胶囊在此条件下已完全变形;15000分子量的PAH和牛血清白蛋白(BSA)不能透过囊壁.最近,Zhu等发现光交联后可以有效地降低DAR/PSS微胶囊的截留分子量,将酶包埋在微胶囊内部.EDAC交联也可提高微胶囊的稳定性.本课题组用戊二醛(GA)选择性地交联PAH/PSS微胶囊中的PAH组分,有效地提高了其化学和热稳定性.与未交联的微胶囊相比,干态下囊壁的厚度提高了50%,这与水合状态下的囊壁厚度相当,说明交联有效地提高了囊壁的自我支撑强度,且交联后囊壁厚度在干燥时基本不发生收缩.因此,我们重新修正了渗透压法测定微胶囊时囊壁的厚度值,得到的囊壁弹性模量由原来的500MPa(考虑10层PAH/PSS干态囊壁厚度20nm)降低为290MPa(考虑10层PAH/PSS湿态囊壁厚度30nm)而交联后囊壁材料的弹性模量提高到680MPa.通过光漂白后荧光恢复技术(FRAP)对交联前后微胶囊的渗透性进行了定量测定.交联后微胶囊对分子量为460000的葡聚糖的渗透系数从3.7×10-8m/s降低到了1.2×10-8m/s.通过选择性交联LBL微胶囊中一个组分后去除另一组分的方法,可制备出单聚电解质组分的新结构微胶囊.例如,为了不影响微胶囊的降解性能,将壳聚糖/PAA微胶囊中的壳聚糖交联,然后在碱性溶液中缓慢释放掉PAA,得到仅由壳聚糖水凝胶组成的微胶囊.同样,通过选择性交联氢键组装薄膜中的PMAA组分,也得到了PMAA水凝胶薄膜和微胶囊.由于壳聚糖和PMAA的弱聚电解质特性,这些微胶囊都表现出pH响应性.1.2共价lbl的组装方法近几年才开始使用共价键LBL法组装构建微胶囊,主要依赖聚合物层与层之间的化学反应来实现组装.Xu等用重氮盐和酚醛树脂之间的反应,在聚苯乙烯微球上进行组装,去除模板后得到微胶囊的壁厚约为15nm.Caruso等将点击化学(Clickchemistry)引入到平面和胶体粒子表面的LBL组装(图3),将侧基分别带有叠氮基团和炔基基团的PAA在SiO2表面进行LBL组装,去核后得到微胶囊.该微胶囊的尺寸可随pH的变化而变化.组装需在pH=3.5的盐溶液中进行,以防止PAA单元去质子化后分子链间的静电排斥作用阻碍组装的进行.共价LBL组装法制备微囊的另一个优点是组装过程可以从传统的水相体系扩展到有机溶液体系.很多功能高分子要么不溶于水,要么不带有电荷,无法用传统的静电LBL组装来制备微胶囊.本课题组以氨基化的二氧化硅粒子为模板,通过氨基与环氧基的反应把PAH和聚甲基丙烯酸环氧丙酯(PGMA)层层组装在粒子表面(图4).椭圆偏振光谱测量发现,多层膜的厚度随组装层数线性增大;除第一层外,每层的厚度约为0.5nm.用氢氟酸刻蚀二氧化硅后,得到了共价组装的微胶囊.高度交联的结构使这种微胶囊在强的酸碱溶液和高温下非常稳定,并且具有很高的弹性模量(910MPa).另外一种共价组装体系是通过大分子和小分子的交替组装来实现的,即用多官能度的小分子来实现官能团的反转.本课题组通过GA介导PAH在碳酸锰粒子表面的组装.获得GA交联的PAH单组分微胶囊(图5).为降低PAH分子上氨基之间的电荷排斥作用,该组装需在pH为10的盐溶液中进行.将GA介导共价组装技术应用于聚乙烯亚胺(PEI),发现PEI的分子量可以调控所得微胶囊的囊壁厚度、形貌及截留分子量等.Li等采用相同方法制备了血红蛋白微胶囊,用循环伏安法表征发现组成微胶囊的蛋白仍保持活性;通过FRAP技术证实了这种微胶囊的通透性比传统微胶囊更好.使用这种组装方法的优势在于可以制备单组分的微胶囊,并通过组装分子的设计调控微胶囊的各种性质.1.3lbl组装的成功及保证Caruso等利用碱基对之间的特殊识别作用实现了LBL组装(图6),并获得了结构完好的微胶囊.他们合成了一系列的低聚核苷酸聚合物,包括均一型、“嵌段”型和无规型.核苷酸序列的类型对于能否成功进行LBL组装非常重要.如果组装上去的核苷酸序列刚好和前面一层完全匹配,则LBL组装不能进行;如果是“嵌段”型或“无规”型的序列,则一部分序列可以和前面组装的低聚核苷酸聚合物匹配组装,余下未匹配的序列则可用于后续层的组装.研究发现,这种多层膜的厚度和在溶液中的膨胀性能可由核苷酸序列的类型及其在膜中的取向所决定.将低聚核苷酸多层膜组装到氨基化的二氧化硅粒子上,去除模板后得到稳定的DNA中空微胶囊.通过调控囊壁中低聚核苷酸的序列顺序,可以调控所得微胶囊去核后的收缩程度.微胶囊的收缩常伴随着囊壁厚度的增加和渗透性的降低,从而可以实现药物在微胶囊内的包埋.1.4基于主客体相互作用的微囊化主客体作用是超分子自组装中常用的一种驱动力,其中基于环糊精的主客体作用研究得较多.Huskens等利用环糊精与二茂铁分子的主客体相互作用,成功地制备了LBL主客体平面膜,并对其性质进行了深入研究.Matsui等通过环糊精与二茂铁分子的主客体作用,实现了在电流控制下,环糊精与二茂铁分子结合与分离的智能开关.因此,基于环糊精和二茂铁的主客体作用可在外界刺激的作用下,实现智能响应.为将主客体作用应用到LBL微胶囊的制备中,本课题组合成了接枝β-环糊精的PAH(PAH-g-6-β-CD)和接枝二茂铁的PAH(PAH-g-ferrocene).椭圆偏振光谱测试结果表明,薄膜的厚度随组装层数线性增大,每层厚度约为3nm.在碳酸钙微粒表面交替组装后去除模板,则得到了基于主客体相互作用的微胶囊(图7).由于这种微胶囊既有侧链上的主客体相互作用,又有主链上的相同电荷之间的静电作用,所以能够对多种外界刺激产生响应,如微胶囊的尺寸可以通过自由环糊精的浓度、pH值和盐浓度等进行调节,显示了其多重智能响应性.2ph响应性微胶囊的制备研究智能响应性是LBL组装微胶囊的最具特色的一个性能,且与微胶囊的功能和应用(如药物控制释放)密切相关.具有智能响应性的微胶囊在特定的外界刺激下,能够实现物质的选择性包埋,并实现包埋物的可控释放.目前已有相关的综述文章讨论了微胶囊的pH、溶剂极性和离子强度的响应性,此处不再重复.下面重点讨论pH响应性微胶囊的新进展及微胶囊的热、电荷、光电磁等响应性能.2.1hsa/paa的交联反应Sukhorukov等首先发现由强聚电解质PSS和弱聚电解质PAH组成的微胶囊囊壁的通透性能受pH值调控.最近的研究则更加关注完全由弱聚电解质组成的微胶囊的pH响应性.我们较早地开展了这方面的工作,成功地制备了PAA/PAH微胶囊.这种微胶囊在弱酸性条件下,表面可形成纳米孔洞结构,而用0.1mol/LHCl处理可将其完全解离.Mauser等制备了PMAA/PAH微胶囊,这种微胶囊表现出pH调控的膨胀行为.最近,本课题组以MnCO3微粒为模板,以GA为交联剂,获得了单组分(PEI)交联的PEI/PAA中空微胶囊.该微胶囊在极端pH条件下可稳定存在,尺寸不发生变化,但具有pH调控的渗透性.例如,在pH<4时,微胶囊囊壁处于“打开”的状态,大分子的荧光探针可以自由通透;当pH>6时,囊壁处于“关闭”状态,大分子不能通透.这种变化主要是由于低pH值条件下,作为交联网络结构的PEI的链段上带有过剩的正电荷,正电荷之间的排斥效应导致囊壁结构在纳米尺度范围内发生了变化,从而在囊壁上产生了通道,有利于大分子通透.该过程具有可逆性.可见,通过GA选择性交联PEI的方式,可以在微米尺度上稳定弱聚电解质微胶囊的结构,同时在纳米尺度上保留链段的pH响应性.Li等利用LBL技术制备了人血清白蛋白(HSA)/磷脂微胶囊(图8),也观察到了pH调控的渗透性.这种HSA/磷脂微胶囊在pH<4.8时,对分子量为40000的葡聚糖完全通透;而当pH>7.4时,大分子探针则不能进入.他们认为在低pH值条件下,HSA构象的变化导致微胶囊壁的磷脂双分子层变得更加无序,从而增加了渗透性能.以上这些pH响应性的微胶囊体系,都可用来包埋大分子.在药物释放领域,一种模式是在低于人体正常生理pH值(7.4)的部位释放出其中的包埋物质.人体中的胃、肿瘤的微环境、发炎和缺血的部位、细胞内的溶酶体和分泌小泡等pH值都低于7.4.但除了胃外,其它部位的pH值与正常体液相差不大.这就要求聚电解质微胶囊的pH响应性应非常灵敏,能够对微小的pH值变化(例如0.5个单位)产生响应.目前还没有具备这个特性的聚电解质微胶囊.2.2pss/pdadmac微胶囊的影响作为反应或包埋/释放的载体,微胶囊常经受高温的处理,因此其结构对温度的响应性能也非常重要.我们最先研究了加热对微胶囊性质的影响.结果表明,微胶囊对热的反应与其囊壁组成密切相关,而模板的影响较小.例如,PSS/PAH微胶囊在热处理情况下,表现为尺寸的减小与囊壁厚度的增大,而PSS/聚二烯丙基甲基铵盐酸盐(PDADMAC)微胶囊经热处理后体积则发生膨胀.最近,Köhler等详细地研究了加热对PSS/PDADMAC微胶囊的影响.发现当PSS为最外层时,微胶囊受热收缩,最终可以形成完全实心的微粒;当PDADMAC为最外层时,微胶囊受热膨胀,最终完全解离.微胶囊的膨胀或收缩取决于两种作用力的相对强度:(1)PEM与水的表面张力,PEM总是倾向于缩小表面积,以降低总的表面能,表现为微胶囊的收缩;(2)微胶囊壁内的电荷之间的作用,过量的同种电荷倾向于增加彼此之间的距离,表现为微胶囊的膨胀.升高温度使聚电解质多层膜经历了玻璃化转变,增加了链段的运动能力,可以进行相应的结构重排.研究结果表明,当PSS为最外层的时候,微胶囊壁内正负电荷基本平衡,微胶囊倾向于收缩而减小表面能;而当PDADMAC为最外层时,囊壁内有大量过剩的正电荷,这时电荷之间的排斥起主导作用,微胶囊倾向于膨胀.由于微胶囊收缩时同时伴随着囊壁变厚,从而截留分子量变小,甚至可以将小分子包埋在微胶囊内部,这为物质的包埋提供了一种简便的方法.但该方法并不适用于受热易变性的生物活性物质的包埋.制备温度响应的聚电解质微胶囊的另外一种思路是用含有温敏链段的聚合物作为组装材料.Glinel等合成了含有聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)的嵌段聚电解质.LBL组装制备得到的微胶囊随着温度的升高尺寸变小,渗透性降低.但这种温度响应性没有可逆性,变化幅度小,且不能排除微胶囊受热引起的尺寸收缩效应的影响.2.3带负电的微胶囊某些具有特殊结构的微胶囊具有电荷响应,即可以依据分子所带电荷的性质进行筛分.Da¨a¨hne等通过原位聚合在微胶囊内合成了带负电荷的聚电解质,该微胶囊可以完全排斥带负电的小分子染料.我们首先发现水溶性的物质可以自发沉积到以三聚氰胺-甲醛树脂(MF)为核的微胶囊内(图9),并认为在这种微胶囊内存在带负电的MF降解产物与PSS的复合物.在此基础上,我们又设计合成了PSS掺杂的碳酸钙微粒[CaCO3(PSS)].在该微粒表面LBL组装所需层数的PAH和PSS后去除碳酸钙,得到了内含PSS的微胶囊(图10).在这种微胶囊中,带负电荷的强聚电解质PSS吸附到微胶囊的囊壁内部,形成一层稳定的复合物层,而一部分PSS则处于自由状态.这种微胶囊可以完全阻隔带负电的探针分子的渗透,而强烈地吸引带正电荷的探针在内部的富集.且这种选择性非常敏感,对仅仅标记了少量带电染料分子的葡聚糖也表现出灵敏的筛选作用(图11).通过改变探针电荷性质或屏蔽电荷作用,都可以实现分子渗透行为的转变.我们进一步采用Donnan平衡模型结合Manning反离子浓缩理论,模拟并解释了各种条件下带电荷的小分子探针在微胶囊内外的分布平衡.2.4微胶囊的表征Tao等首先将一种光敏性的染料刚果红组装到微胶囊上,得到的微胶囊用可见光照射2h可使微胶囊的囊壁结构发生微小的变化,导致其对大分子的渗透性增加.最近,Katagiri等研究发现,带有苯环的聚电解质组装的微胶囊在365nm紫外光的照射下,会发生明显的收缩,而囊壁中不含有苯环结构的微胶囊则几乎不发生变化.他们认为苯环吸收了紫外光并发生了化学变化.Bedard等合成了接枝有偶氮苯的聚电解质并组装了微胶囊,这种微胶囊在紫外光的照射下也会发生收缩,这是由于偶氮苯吸收光能转化为热能而导致囊壁结构重组,但缺少直接的证据.Skirtach等和Caruso等将染料分子或金属纳米粒子组装到微胶囊壁内,当激光照射到微胶囊上时,这些物质能够吸收近红外区的激光,产生局部瞬间的高温而破坏囊壁,释放出所包埋物质(图12).Shchukin等利用电化学的方法也实现了包埋物质的释放.他们通过热收缩的方法将对电化学刺激敏感的聚己基紫精[Poly(hexylviologen),PHV]和荧光标记的葡聚糖同时包埋到微胶囊内,然后将这种微胶囊固定到修饰有聚吡咯的电极上.循环伏安法的测量结果表明,外加的电化学信号可以导致微胶囊壁渗透性的变化,从而引起PHV和葡聚糖的释放.但这种由电势导致的物质释放的机理还没有得到令人信服的解释.Lu等将磁性纳米微粒组装到微胶囊囊壁中.通过外加交变磁场使纳米粒子转动,从而影响胶囊壁的微结构,增加囊壁对大分子的渗透性.这种磁场控制的渗透性的变化也有望用于药物的可控释放.但要使渗透性发生变化,必须将这种微胶囊暴露在较强的交变磁场(1200Oe,150Hz)下30min,但这会导致微胶囊周围温度(30℃)的上升,因此,可能造成对包埋药物和周围组织的不良影响.2.5覆盖物的氧化Vancso等合成了含有二茂铁重复单元的聚阳离子和聚阴离子,并用这两种聚电解质制得了中空微胶囊.二茂铁被FeCl3氧化后在囊壁内引入过量的正电荷,导致微胶囊的膨胀并伴随渗透性的增大.通过还原性物质破坏囊壁中起稳定作用的二硫键和通过酶的降解改变囊壁的通透性质,同样可以实现包埋物质的释放.3新型微胶囊的合成在医疗实践中,为了达到较好的治疗效果,常要求微囊化药物的释放能达到定点、定位并保持合适的浓度.这就要求微胶囊具有靶向功能,可以在病灶部位富集,提高药物的使用效率.更进一步的要求是微胶囊最好具有触发式的释放功能.这样,药物在输送到病灶部位的过程中不会损失,在到达目标位置后,可由特殊的内在或外在刺激诱导囊壁打开实现药物的释放.LBL组装技术可以方便地将各种功能性构筑单元引入到微胶囊囊壁中,并对微胶囊的内部和外表面进行修饰,这赋予了LBL微胶囊的多重功能性,例如靶向、智能响应及生物相容等.近年来将这种新型微胶囊作为物质包埋与控释载体的研究十分活跃,成果丰富.3.1lbl包埋法将药物或酶等微粒作为模板,直接进行LBL组装,得到核壳结构的微粒.通过控制囊壁的组成、厚度和溶液性质来调控药物的释放行为.其包埋过程简单实用,但也有很大的局限性,如不能用于水溶性物质的包埋,对难以制备成微粒的物质无法包埋.Caruso等利用此方法最早实现了酶晶体的包埋.该酶晶体(直径约10μm)在4<pH<6的范围内不易溶解,因而可以在该条件下进行LBL包埋,而在其余的pH条件下则可以释放.用这种方法包埋的酶晶体能很好地保持其活性;囊壁可以保护酶不被蛋白酶所降解.Caruso等也将此方法用于低分子量的有机物质如芘和荧光素二乙酸酯(FDA)的包埋.Qiu等以布洛酚为模型药物,研究了聚电解质层数和不同的聚电解质对释放性能的影响.Sukhorukov等和Shi等分别研究了用LBL直接包埋的荧光素和芘微粒的释放性能.Sukhorukov等发现只有当聚电解质层数达到8～10层时,聚电解质囊壁才可能起到控制荧光素缓释的作用,增加聚电解质的层数可以减缓荧光素的释放速度.Shi等对芘的释放研究也得到了类似的结论,并同时发现在组装聚电解质前用于分散芘晶体的两亲性分子对芘的释放也有很大影响.最近,Tong等以茚甲新(Indomethacin)微粒为模板,研究了聚电解质薄膜组装时的温度对药物释放的影响,发现将组装时的温度从20℃提高到60℃可以有效地减慢药物的释放速度.高温组装也可减缓酶对囊壁的降解.其原因是在较高温下组装,可以得到较厚的囊壁,使膜结构内的缺陷减少.3.2蛋白质对微胶囊活性的影响预吸附和共沉淀包理与释放的共同之处是首先将待包埋的药物和作为模板的微粒结合.预吸附法是利用多孔结构的微粒实现对药物的吸附;而共沉淀法是在制备模板时将待包埋的药物作为添加剂整合到模板中.以多孔碳酸钙或SiO2为模板,先将多孔微粒与大分子如蛋白质的溶液混合,蛋白质则被大量吸附到多孔微粒中,由该模板得到的微胶囊内所含有的蛋白质仍保持一定的活性.Akashi等采用磺酸化的葡聚糖和壳聚糖为组装材料,在吸附了BSA的多孔SiO2上形成了多层膜,去核后得到了包埋有BSA的微胶囊.利用壳聚糖酶可以缓慢降解囊壁,实现BSA的缓释.Kreft等在制备碳酸钙微粒时,将DNA和蛋白酶作为添加剂添加到反应溶液中,DNA和蛋白酶被共沉淀到碳酸钙微粒中.采用聚精氨酸和聚天冬氨酸为组装材料,得到了内部包埋有DNA和蛋白酶的多肽微胶囊(图13).由于蛋白酶可以逐渐降解囊壁,导致内部包埋的DNA被逐渐释放出来.通过调节蛋白酶的浓度,可以控制微胶囊内的蛋白酶含量,进而调控囊壁的降解速度及DNA的释放时间.3.3微胶囊的生物活性物质在微胶囊内包埋的另一个重要方法是先得到微胶囊,在微胶囊内预包埋诱导物,然后诱导待包埋物在微胶囊内的沉积或高浓度富集.该方法虽然对所包埋物质的电荷性质、溶解度或pH依赖性上有较高要求,但具有很高的包埋效率和广泛的适用性,制备好的微胶囊载体可用于多种物质的包埋.我们利用自沉积将酶、小分子抗癌药物和抗菌药沉积到微胶囊内,研究了温度、盐浓度及pH等对包埋和释放行为的影响.结果表明,这些因素主要通过改变包埋药物与微胶囊内的MF/PSS复合物的相互作用而改变药物的释放行为.Tong等在以聚苯乙烯和MF微粒为模板,壳聚糖和海藻酸钠为囊壁材料的微胶囊体系中也发现自沉积现象,并用于小分子药物和胰岛素的包埋和缓释.自沉积药物的包埋简单实用,释放可通过多种因素调节,故在药物可控释放等领域的应用前景更为广阔.为了提高包埋的可控性,本课题组采用聚电解质掺杂的碳酸钙胶体微粒为模板,得到了内部包埋聚电解质的微胶囊.以这种微胶囊为载体,研究了抗癌药物柔红霉素(DNR)和阿霉素(DOX)的浓度、离子强度和温度等条件对药物在微胶囊内沉积的影响.定量分析结果表明,在更高的药物初始浓度和盐浓度下可将更多的药物包埋到微胶囊中,根据投料浓度不同,微胶囊中的药物浓度比投料浓度高50～400倍.研究了不同层数的微胶囊对DNR和DOX的控释性能,表明在最初4h内,药物自微胶囊中的释放遵循扩散控制机理.为了制备生物相容性更好的微胶囊,本课题组以羧甲基纤维素钠(CMC)为掺杂聚电解质,采用天然多糖在碳酸钙微粒表面形成多层膜,去核后所得微胶囊再经GA交联.在保留自沉积性能的同时,通过体外细胞培养证明该微胶囊具有良好的生物相容性.采用包埋DOX的完全由多糖制备的微胶囊进行老鼠试验,即将HepG2肝癌细胞种植到裸鼠右前肢腋下产生肿瘤,采用载药微胶囊进行治疗.经过4个星期体内培养,显示包埋的DOX(抑制率40.3%)比游离的DOX(抑制率30.6%)具有更好的治疗效果.此外,本课题组以两端带有氨基的PEG作为间隔基,将叶酸接枝到聚电解质微胶囊表面,利用癌细胞表面过量表达叶酸受体的性能,实现了叶酸修饰微胶囊对癌细胞的特异性黏附,并初步评价了叶酸修饰微胶囊包埋阿霉素后对人肝癌细胞HepG2生长的抑制作用.3.4基于pss/pah微胶囊的物质释放当含有药物的微胶囊被靶向定位到病灶部位时,人们希望胶囊内的药物能爆释出来,在短时间内实现有效杀伤;或在微胶囊到达细胞内后,以爆释的方式释放所运输的物质.实现微胶囊内物质爆释的最直接方法是短时间内破坏囊壁.目前已有多种方法可通过囊壁的破坏实现爆释,具体可分为直接接触式和远程控制.直接接触式通常利用溶液传递的化学信号来破坏囊壁,实现物质的释放.Caruso等利用巯基修饰的PMAA和PVP通过氢键组装得到微胶囊,氧化后生成的二硫键可以使这种微胶囊在生理pH条件下保持稳定.加入还原剂后则可导致微胶囊在生理pH条件下迅速分解,释放出包埋的物质.DeSmedt等合成了一种带有对葡萄糖敏感的共聚物用于微胶囊的制备,得到的微胶囊在5mg/mL葡萄糖溶液中5min内完全降解.他们进一步采用可水解的高分子作为囊壁材料组装得到微胶囊,这种微胶囊被细胞吞噬后由于囊壁组分被细胞内的酶水解而发生崩解.内部凝胶降解产生的高渗透压也可用来崩解微胶囊壁,实现物质释放.DeSmedt等采用交联的葡聚糖水凝胶作为模板,组装得到PSS/PAH微胶囊.在pH为9时,葡聚糖水凝胶水解产生的降解产物不能透过囊壁,产生高渗透压而使微胶囊发生崩解,从而将包埋在水凝胶中的大分子模型药物爆释出来.由于通过调控水凝胶的交联点密度可以调控其降解的速度,而微胶囊囊壁的组成和层数都会影响其机械性能,所以调节这些因素可以调控微胶囊崩解发生的时间点.激光和超声破坏囊壁也可实现物质的远程控制释放.Skirtach等将金属纳米粒子组装到微胶囊壁内.人体组织对近红外区的激光吸收很少,因此能最大限度地穿透人体组织.但金属粒子能吸收近红外区的激光,产生局部高温破坏囊壁.将这种微胶囊与癌细胞共培养,并利用激光打破被吞入细胞内的微胶囊,从而实现了模型药物的精确控制释放.最近Shchukin等报道了利用超声破坏微胶囊囊壁,实现物质释放的方法.将含有磁性的Fe3O4纳米粒子的PAH/PSS微胶囊在500W的功率下,超声5s释放出被包埋物质.这些远程控制释放的手段十分有助于微胶囊在医学上的应用.4微生物的结构表征.微胶囊