海藻酸鈉殼聚糖微膠囊的制備及應(yīng)用

海藻酸鈉微帶（apa）是目前研究最多、最成熟的微帶。然而，由于聚吡咯酸的價格高，生物相容性低，微帶apa的應(yīng)用受到限制。殼聚糖與聚賴氨酸結(jié)構(gòu)相似,但殼聚糖在生物相容性和資源上有明顯優(yōu)勢,逐漸成為聚賴氨酸的理想替代材料。本文著重對海藻酸鈉和殼聚糖這兩種天然聚電解質(zhì)材料制備微膠囊的原理、方法、影響因素和應(yīng)用背景進行介紹,總結(jié)海藻酸鈉/殼聚糖微膠囊(ACA)的研究方法,為進一步開發(fā)利用提供參考。1海藻酸鈉和地殼聚糖的物理和化學(xué)性質(zhì)1.1提高糖苷水凝膠的表達(dá)海藻酸鈉(sodiumalginate)是從海藻中提取的一種天然多糖類化合物,無臭無味,易溶于水,不溶于乙醇、乙醚、氯仿和酸(pH<3)。它是由古洛糖醛酸(G段)與其立體異構(gòu)體甘露糖醛酸(M段)2種結(jié)構(gòu)單元以3種方式(MM段、GG段與MG段)通過α(1-4)糖苷鍵鏈接而成的線性嵌段共聚物。在其水溶液中加入Ca2+、Ba2+等陽離子后,G單元上的Na+與二價離子發(fā)生離子交換反應(yīng),G基團堆積而成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而轉(zhuǎn)變成水凝膠。海藻酸鈉具有良好的增稠性、成膜性、穩(wěn)定性、絮凝性和螯合性,應(yīng)用相當(dāng)廣泛的。用海藻酸鈉開發(fā)緩控釋制劑已成為一個熱門的課題。1.2堿性多糖的結(jié)構(gòu)殼聚糖(chitosan)是由甲殼素經(jīng)脫乙?；磻?yīng)脫去50%以上乙?；苽涠?化學(xué)名為聚(1,4)-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡聚糖。它是天然多糖中唯一的堿性多糖,具有許多獨特的物理化學(xué)特性。因其良好的生物相容性、極小的毒性,經(jīng)濟,而倍受各國藥學(xué)研究人員的關(guān)注。在藥物制劑方面,尤其緩釋、控釋制劑領(lǐng)域,已有相當(dāng)?shù)难芯可疃群蛷V度。2海洋酸鈉和地殼聚糖微帶的制備和影響因素2.1epp-增塑化材料薛偉明等通過理論分析與試驗研究,認(rèn)為Ca2+引起海藻酸鈉凝膠機理為:1個Ca2+與海藻酸鈉分子鏈段中2個GG片段通過4個配位鍵形成配合物,即“蛋格(Egg-box)”結(jié)構(gòu)(圖1),其中,由G單元的5-COO-和2-OH參與配位鍵形成。由于殼聚糖分子鏈上有大量的伯氨基,海藻酸鈉的分子鏈上有大量的羧基,在靜電力作用下,可以通過正、負(fù)電荷吸引形成聚電解質(zhì)膜(圖2)。李沙等通過差示掃描量熱法(DSC)探討ACA的成型機理,證實各組分不是以各自獨立的形式存在于樣品中,而是發(fā)生了靜電相互作用,以新的相互結(jié)合狀態(tài)存在;Ribeiro等研究表明海藻酸鈉羧基和殼聚糖氨基之間的靜電相互作用是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的主要力量。2.2海藻酸鈉/殼聚糖微膠囊aca的制備制備海藻酸鈉膠珠最常用的方法是銳孔-凝固浴法,但該法受針頭直徑和海藻酸鈉溶液黏度的限制,制備的凝膠珠粒徑較大,為了克服這些缺點,出現(xiàn)了一些改進技術(shù)。如靜電液滴生成技術(shù),在針頭和凝膠浴之間形成靜電場,從而增加了電場力,可更容易地克服針孔內(nèi)壁的黏滯阻力及液滴自身的界面張力,由此得到顆粒更小的凝膠珠。此外,還有離心噴霧造粒法、噴霧法與高壓靜電場結(jié)合法、乳化法、氣體攪拌乳化(內(nèi)源凝膠)與膜乳化法等。聚電解質(zhì)絡(luò)合原理制備海藻酸鈉/殼聚糖微膠囊(ACA),是以海藻酸鈉(鈣)膠珠作為微膠囊的內(nèi)核,在外部要包覆聚合物膜層才能最終形成微膠囊。其方法可分為一步法、兩步法和復(fù)合法。2.2.1海藻酸鈉微囊組主要有2種方式:一種方式是將殼聚糖和氯化鈣的混合溶液直接滴入海藻酸鈉溶液中,最終形成含海藻酸鈣凝聚層、殼聚糖/海藻酸鈉絡(luò)合層、殼聚糖沉淀層3層膜,內(nèi)部是液態(tài)的微膠囊。王娜等采用此法制備ACA,固定化木聚糖酶,使酶的熱穩(wěn)定性、重復(fù)操作穩(wěn)定性和貯藏穩(wěn)定性有了明顯提高。另一種方式是反向操作,即將海藻酸鈉溶液滴入殼聚糖和氯化鈣的混合溶液中形成微膠囊,這種方式較為常用。付加雷等用此法制備干擾素-tau(IFN-tau)微囊,得到的載藥微囊外層較致密、內(nèi)芯較疏松,最外層是沉淀出的殼聚糖外層,一般不含IFN-tau;中層是均勻分散有IFN-tau的殼聚糖/海藻酸鈉的復(fù)合膜;內(nèi)芯是均勻分散有IFN-tau的海藻酸鈣芯料。陶呈斐等用此法制備酮咯酸氨丁三醇海藻酸鈉微囊,優(yōu)化工藝條件后制得的微囊包封率達(dá)到90%,載藥量44%,在水中的釋藥行為符合Higuchi方程。熊何健等對茶多酚的包埋;李強等對八角茴香油的包埋;程超等對鴨跖草黃酮類物質(zhì)的包埋,均采用這種方式制備海藻酸鈉/殼聚糖微膠囊。2.2.2發(fā)酵劑和培養(yǎng)基類似于傳統(tǒng)的APA微膠囊的制備方法,首先將海藻酸鈉溶液滴到氯化鈣溶液中鈣化成核,然后分別用殼聚糖、海藻酸鈉溶液進行包覆成膜。陳愛政等用ACA固定化細(xì)胞發(fā)酵木糖醇;付穎麗等用ACA固定化培養(yǎng)大腸桿菌;張杰等用ACA固定化克雷伯氏桿菌;白雪蓮等用ACA固定化蘋果酒酵母;熊鷹等用ACA包埋人卵巢癌細(xì)胞;張武杰等用ACA包埋載間充質(zhì)干細(xì)胞;劉利萍等用ACA包埋姜油樹脂,而他們制備ACA的方法均采用兩步法。2.2.3殼聚糖氨基的制備復(fù)合法是在一步法和兩步法基礎(chǔ)上建立起來的,先制備海藻酸鈉/殼聚糖微膠囊,然后再以雙功能團分子(常用戊二醛、1,6-己二異氰酸脂或苯四甲酸二酐溶液)對微膠囊的表面進行修飾,形成殼聚糖和雙功能團分子的交聯(lián)層。孫萬成等研究了ACA作為固定化磷脂酶A1的載體,加入1%戊二醛在4℃環(huán)境進行表面修飾10h,殼聚糖氨基可與戊二醛基形成shiff氏堿,在膠囊表面形成一層致密的保護膜。3種制備方法各有其優(yōu)缺點:一步法制備方法簡單,成囊速度快,微囊化物質(zhì)不容易在制備過程中流失,比較適合于蛋白分子的微囊化,但制得的微膠囊球性度和光潔度較差,微膠囊之間容易黏接;兩步法制備的微膠囊球性度和光潔度好,但制備過程相對繁瑣,并且在制備海藻酸鈣膠珠時,微囊化物質(zhì)容易流失,相對而言更適合于細(xì)胞的微囊化;復(fù)合法制備的微膠囊強度較好,理化性質(zhì)更穩(wěn)定,但制備方法更復(fù)雜,反應(yīng)條件激烈,因此不適用于敏感物質(zhì)的微囊化。2.3微膠囊膜的通過性和透性影響ACA性能的主要因素有:殼聚糖分子量、pH值、溶液濃度、海藻酸鈉濃度和成囊反應(yīng)時間等。微膠囊性能,如強度性能、膜滲透性能、生物相容性、對包埋細(xì)胞或酶的保護性能等,是決定其能否成功應(yīng)用的前提,其中以強度性能和膜的滲透性能最為關(guān)鍵。殼聚糖相對分子質(zhì)量主要是通過影響膜厚來影響微膠囊的膜強度和其他性能。楊明珠等使用殼低聚糖代替高分子量殼聚糖,直接與海藻酸鈉靜電復(fù)合制備微膠囊,殼低聚糖空間位阻減小,更易擴散到海藻酸鈉中形成厚膜。改變殼低聚糖溶液pH值和成膜反應(yīng)時間,用倒置相差顯微鏡觀察并計算膜厚,用回旋式振蕩器、AG-10TA萬能測試儀對微膠囊膜力學(xué)強度進行檢測,用牛血清白蛋白做蛋白釋放對膜通透性等性能進行檢測,檢測結(jié)果表明:用殼低聚糖在溶液pH值為7時制備出的微膠囊力學(xué)性能較好;此種微膠囊膜的通透性在較短成膜時間下主要受到膜厚的影響;當(dāng)成膜時間延長,膜的致密度則成為其主要影響因素。于煒婷等以激光共聚焦掃描顯微鏡為研究手段,原位直觀地考察了在不同pH條件下,ACA聚電解質(zhì)膜的絡(luò)合程度和蛋白擴散情況。結(jié)果表明:當(dāng)殼聚糖溶液的pH值由3.50增加到6.50,微膠囊膜的絡(luò)合深度呈現(xiàn)高-低-高的趨勢,而微膠囊膜的膨脹性能呈現(xiàn)低-高-低的趨勢,模型蛋白通過微囊膜的擴散呈現(xiàn)低-高-低的趨勢,拐點均出現(xiàn)在pH=4.00和5.50處。劉映薇等考察了微膠囊類型、海藻酸鈉黏度和殼聚糖分子量對微膠珠/囊通透性的影響。結(jié)果表明:不同類型微膠珠/囊的通透性依次為海藻酸鈉(A)微膠珠>海藻酸鈉/殼聚糖(AC)微膠囊>海藻酸鈉-殼聚糖-海藻酸鈉(ACA)微膠囊;海藻酸鈉黏度越高,殼聚糖分子量越大,微膠珠/囊的通透性越低。邢楠等對海藻酸鈣-殼聚糖微膠囊的牛血清白蛋白(BSA)雙向通透性能進行了定量和定性的初步研究,考察了微膠囊的組成成分及海藻酸鈉、殼聚糖的溶液濃度對BSA通透性能的影響。結(jié)果表明:海藻酸鈣/殼聚糖微膠囊在pH1.5～2.0時通透性減弱,pH6.8時通透性增強,且海藻酸鈣微膠囊通透性大于海藻酸鈣/殼聚糖微膠囊;海藻酸鈣/殼聚糖微膠囊中殼聚糖濃度越小,通透性越好;海藻酸鈉濃度的影響不顯著。2.4殼聚糖/海藻酸鈉微球?qū)δM菌液穩(wěn)定性的影響壁材的性質(zhì)決定了微膠囊化產(chǎn)品對環(huán)境的耐受性,試驗證明海藻酸鈉屬于腸溶性壁材,故海藻酸鈉/殼聚糖微膠囊具有一定的耐酸性和腸溶性,可以對包埋物進行控制釋放。蔣愛民等以海藻酸鈉為壁材,制備嗜酸乳桿菌微膠囊,產(chǎn)品具有較好的耐酸性和腸溶性。陳洪興等以海藻酸鈉/殼聚糖為壁材,制備雙歧桿菌微膠囊,并對其耐胃酸性、常溫貯存穩(wěn)定性和低溫貯存穩(wěn)定性進行觀察,與未包埋的菌液進行比較均有顯著提高。趙武奇等研究了殼聚糖/海藻酸鈉微球?qū)t景天苷的控制釋放,將制備的微球放入模擬胃液中釋放2h,再放入模擬小腸液釋放8h,得出了緩釋效果最佳的微球制備工藝條件。Vandenberg等對海藻酸鈉/殼聚糖微膠囊在生產(chǎn)過程和模擬胃/腸液中影響蛋白質(zhì)釋放的一些理化因素進行了研究。張峻等對殼聚糖/海藻酸鈉包理法制備葡萄多酚微膠囊的工藝進行研究,考察微膠囊在模擬胃液和腸液環(huán)境中的控制釋放效果。結(jié)果表明:在pH6.0的條件下制備的微膠囊比pH5.0時制備的微膠囊對葡萄多酚具有更好的控釋效果;被包埋物分子量越大,持續(xù)釋放時間越長。Silva等用內(nèi)源乳化法制備了殼聚糖/海藻酸鈉微球,包封親脂性標(biāo)記物,殼聚糖作為外層涂膜,可以增加機械強度和微球在模擬腸液中的穩(wěn)定性。標(biāo)記物在模擬胃環(huán)境中釋放很少,轉(zhuǎn)移到模擬腸液中迅速釋放,無殼聚糖涂層的微球釋放更徹底,可能是由于標(biāo)記物黏附到殼聚糖涂層上,具有較慢釋放速率的涂層微球更適合作為油溶性藥物的運輸載體。3海藻酸鈉/殼聚糖微囊的制備工藝海藻酸鈉/殼聚糖生物微膠囊作為一個優(yōu)良的緩釋給藥系統(tǒng),具有良好的生物相容性和機械強度,原料易得、價格便宜,制備工藝簡單且可工業(yè)化生產(chǎn)而倍受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注。目前,海藻酸鈉/殼聚糖微膠囊的應(yīng)用研究已經(jīng)涉及藥物控制釋放、動植物細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞和酶的固定化以及生化物質(zhì)分離等領(lǐng)域,成為醫(yī)學(xué)、生物、材料、制藥、食品等多學(xué)科的研究熱點,具有廣泛的應(yīng)用前景。雖然隨著對海藻酸鈉、殼聚糖這類天