CN105175753A - 一种单分散壳聚糖微球的制备方法和所用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单分散壳聚糖微球的制备方法，步骤如下：配制分散相溶液、连续相溶液和凝固浴溶液，使分散相和连续相在毛细管中汇合，毛细管中分散相与连续相的流动方向相同，控制分散相和连续相的流速和粘度，获得粒径相对均一的单分散壳聚糖液滴，所述液滴通过固化得到单分散壳聚糖微球。本发明所述方法制备的微球均一性好，可重复性强。所用装置工作可靠，制备效率高。

Description

一种单分散壳聚糖微球的制备方法和所用装置

技术领域

本发明涉及单分散微球的制备方法，特别是一种利用微流体原理量产单分散壳聚糖微球的方法。本发明还涉及利用该方法制备微球的装置。

背景技术

以高分子聚合物，特别是以壳聚糖为材料制备的微球，生物、医学和其它学科中得到越来越广泛的应用。壳聚糖微球常用于包埋药物、酶、细胞和微生物的载体。壳聚糖微球能够形成物理屏障对包埋物起到保护作用，如抵抗机械力对细胞损伤、增强细胞对外界不良环境胁迫的抵抗、防止酶变性等；生物相容性好，可以使细胞在包埋基质中自由生长，并且增强细胞代谢活性；包埋于微球中的微生物可更容易的被分离、分析和观察，如可以利用流式细胞仪对被包埋的微生物进行分选等；壳聚糖微球也可以改善包埋于其中的物质的性质，如延长其保存期、调控释放速率、屏蔽气味挥发作用等；另外还可以利用微球材料本身所具有的多种功能基团，连接具有生物活性的配基如抗体、酶等，用于生物化学分析等。

目前制备壳聚糖微球的方法均具有一定的局限性，如挤压法能制备粒度较大的微球但难制备小粒径微球；微流体法能制备直径较小的微球，但制备量少且管道易堵；膜乳化法存在对设备要求较高，制备工艺成本较高等问题。粒径均一的单分散微球的制备，尤其是要求制备条件简单温和的微球制备(如细胞包埋)，在技术上还有待于进一步改善。

发明内容

为了克服均一壳聚糖微球制备中的以上问题，本发明目的在于提供能够一种粒径均一可控的高通量的壳聚糖微球制备方法。

本发明的目的还在于提供一种制备上述粒径均一可控的高通量的制备装置。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种单分散壳聚糖微球的制备方法，包括以下步骤：配制分散相溶液、连续相溶液和凝固浴溶液，使分散相和连续相在毛细管中汇合，毛细管中分散相与连续相的流动方向相同，控制分散相和连续相的流速和粘度，获得粒径相对均一的单分散壳聚糖液滴，所述液滴通过固化得到单分散壳聚糖微球。

更具体地，该方法还包括以下步骤：

(1)分散相溶液的配制：以粘度为70cps的壳聚糖为材料，配制壳聚糖质量百分比为1.5％～6.0％之间的壳聚糖水溶液；

(2)连续相溶液的配制：选用石蜡油或植物油；

(3)凝固浴溶液的配制：配制浓度为10％三聚磷酸钠溶液；

(4)调整分散相和连续相的流速：控制分散相的流速为0.4～0.6ml/h，连续相的流速为60-80ml/h；

(5)单分散壳聚糖液滴的形成：步骤(1)配制的分散相溶液和步骤(2)配制的连续相溶液在毛细管中汇合后，控制分散相和连续相的流速和粘度，获得粒径相对均一的单分散壳聚糖液滴；

(6)液滴固化成微球：收集步骤(4)所得的液滴于步骤(3)配制好的凝固浴溶液中，固化反应后，得到单分散壳聚糖微球。

其中，步骤(2)中所述连续相溶液，优选为在石蜡油或植物油中添加表面活性剂，更为优选的是选用司盘80为表面活性剂，司盘80的质量百分比为1％。

步骤(3)中的凝固浴溶液，优选为10％三聚磷酸钠溶液。

步骤(4)中分散相流速优选为为0.5ml/h，连续相流速为70ml/h。

步骤(5)中的毛细管优选为玻璃毛细管，内径为500μm。

本发明进一步提供了上述制备方法所用的装置，包括舱盖，分散相分流微管，连续相进料管，反应微管，套筒，产物收集池，出样管，分散相进料管，隔板，排液口，套筒之间的内部腔室通过隔板的孔洞实现内部通联；分散相分馏微管与反应微管穿入隔板并与隔板密闭联接，分散相分馏微管与反应微管的内径和数量相同，位置排列一一对应，管口之间留有空隙。

优选的，所述分散相分流微管的数量为80～100个。

作为另一种优选，所述分散相分流微管的长度分别为5cm，内径为300～1000μm；反应微管的长度为8厘米。

上述装置制备单分散壳聚糖微球的原理如下：

利用恒流泵分别控制分散相和连续相，玻璃管作为连续相的流入通道，针头作为分散相的流入通道，针头位于玻璃管中轴处，分散相流入与连续相流动方向相同。当通入连续相和分散相，连续相从针头周围流过，共流两相在其之间的表面张力，连续相对分散相的粘滞拽力和作为分散相的粘性聚合物自身的粘弹性应力作用下，形成分散相微流，在末端周期性断裂形成大小均一的微滴，固化后形成单分散性聚合物微球。液滴的大小受针头孔径，连续相流速，分散相流速，以及两相间的界面张力影响，这就大大减少了微球制备对其它施加外力实验装备的要求，简化了实验装置，以一种更简便、制备条件更温和更有效的途径制备均一微球。此种方法制备的微球适合于在温和条件对细胞、微生物和酶等进行包埋，也可用于药物的包埋以进行药物的输送、药物控释。

附图说明

图1为实施例1制备的壳聚糖微液滴的光学显微图片，标尺为100μm；

图2为实施例1制备的壳聚糖微球的光学显微图片，标尺为100μm；

图3为本发明的壳聚糖微球制备装置示意图，图中1舱盖，2分散相分流微管，3连续相进料管，4反应微管，5套筒，6产物收集池，7出样管，8分散相进料管，9套筒，10套筒，11隔板，12套筒，13排液口，14隔板。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明相关内容。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，而且，在阅读了本发明的内容之后，本领域的相关技术人员与本发明相比做出的等价形式的各种改动和修改，同样落入本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

配制浓度为10％的三聚磷酸钠溶液，作为固化液。

以粘度为70cps的壳聚糖为材料，配制质量分数1.5％浓度的壳聚糖水溶液。以司盘80含量为1％的石蜡油作为连续相，上述壳聚糖溶液作为分散相，通过恒流泵控制石蜡油的流速为70ml/h，通过注射泵控制壳聚糖溶液的流速0.3ml/h。用盛有固化液的容器收集混合物，搅拌二十分钟，液滴机械搅拌的作用下从石蜡油进入固化液中固化成球，通过离心洗涤收集得到微球。微球的粒径用带有标尺的显微镜进行测量，测200个取平均值，微球的平均粒径为61μm，CV值为6.1％。

实施例2

配制浓度为10％的三聚磷酸钠溶液，并在三聚磷酸钠溶液中在添加质量分数为0.1％的海藻酸钠，共同溶混匀为固化反应液。

2.以粘度为125cps的壳聚糖为材料，配制质量分数6.0％浓度的壳聚糖水溶液。以司盘80含量为1％的石蜡油作为连续相，上述壳聚糖溶液作为分散相，通过恒流泵控制石蜡油的流速为70ml/h，通过注射泵控制壳聚糖溶液的流速0.5ml/h。用盛有固化液的容器收集混合物，壳聚糖微液滴的平均粒径为126μm；搅拌二十分钟，液滴机械搅拌的作用下从石蜡油进入固化液中固化成球，通过离心洗涤收集得到表层电吸附有海藻酸钠的壳聚糖微球。微球的粒径用带有标尺的显微镜进行测量，测200个取平均值，微球的平均粒径为117μm，CV值为5.7％。

通过更改连续相和分散相的流速，可以制备粒径在25～600μm之间制备带有海藻酸钠膜的壳聚糖微球。

实施例3

如图3所示，一种制备壳聚糖微球的装置，为玻璃毛细管和不锈钢框架组两个主要部分，仪器竖直实用，顶部为聚合物进料分流区域，将成球聚合物均匀分流为若干股平行微流；中部为成球反应区域，使分散相成球聚合物在连续相的作用下形成为液滴；底部为液滴聚集收集区域，通过一个出口将液滴输送到固化单元。

具体包括：1舱盖，2分散相分流微管，3连续相进料管，4反应微管，5套筒，6产物收集池，7出样管，8分散相进料管，9套筒，10套筒，11隔板，12套筒，13排液口，14隔板。分散相分流微管长度为5厘米，连续相进料管长度为10厘米，均为玻璃毛细微管，两者管径一致，两者在不锈钢框架的固定下处于共轴位置，且两者之间有适当间隙。连续相和分散相流速用恒流泵注射泵控制，分散相通过针头通入同向流动的连续相中。在装置末端收集含有分散相液滴的油相，通过固化单元固化便得到粒径分散均一的微球。

Claims (10)

1.一种单分散壳聚糖微球的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：

配制分散相溶液、连续相溶液和凝固浴溶液，使分散相和连续相在毛细管中汇合，毛细管中分散相与连续相的流动方向相同，控制分散相和连续相的流速和粘度，获得粒径相对均一的单分散壳聚糖液滴，所述液滴通过固化得到单分散壳聚糖微球。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法的具体步骤如下：

1)分散相溶液的配制：以粘度为70cps的壳聚糖为材料，配制壳聚糖质量百分比为1.5％～6.0％之间的壳聚糖水溶液；

2)连续相溶液的配制：选用石蜡油或植物油；

3)凝固浴溶液的配制：配制浓度为5％～10％的三聚磷酸钠溶液；

4)调整分散相和连续相的流速：控制分散相的流速为0.4～0.6ml/h，连续相的流速为60-80ml/h；

5)单分散壳聚糖液滴的形成：步骤1)配制的分散相溶液和步骤2)配制的连续相溶液在毛细管中汇合后，控制分散相和连续相的流速和粘度，获得单分散壳聚糖液滴；

6)液滴固化成微球：收集步骤5)所得的液滴于步骤3)配制好的凝固浴溶液中，固化反应后，得到单分散壳聚糖微球。

3.如权利要求2所述的方法，其特征是，所述的步骤2)中在石蜡油或植物油中添加表面活性剂。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的表面活性剂为司盘80。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的步骤3)中的三聚磷酸钠的浓度为10％。

6.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤4)中分散相流速为0.5ml/h，连续相流速为70ml/h。

7.如权利要求2所述的方法，其特征是，步骤5)中的毛细管为玻璃毛细管，内径为500μm。

8.使用权利要求1所述方法制备壳聚糖微球的装置，包括舱盖(1)，分散相分流微管(2)，连续相进料管(3)，反应微管(4)，套筒D(5)，产物收集池(6)，出样管(7)，分散相进料管(8)，套筒A(9)，套筒B(10)，隔板A(11)，套筒C(12)，排液口(13)，隔板B(14)；其中，套筒B(10)和套筒C(12)的内部腔室通过隔板A(11)的孔洞实现内部通联；分散相分馏微管(2)与反应微管(4)穿入隔板并与隔板密闭联接，分散相分馏微管(2)与反应微管(4)的内径和数量相同，位置排列一一对应，管口之间留有空隙。

9.如权利要求8所述的装置，其特征是，所述分散相分流微管(2)的数量为80～100个。

10.如权利要求8所述的装置，其特征是，所述分散相分流微管(2)的长度为5cm，内径为300～1000μm；反应微管(4)的长度为8cm。