W_O_W复乳溶剂蒸发法制备微胶囊的影响因素及研究新进展_曹梅

化学与生物工程2009,Vol .26No .9综述专论　Chemistry &Bioen gineering1　收稿日期:2009-05-25作者简介:曹梅(1984-),女,山西运城人,硕士研究生,主要从事微胶囊的制备及应用研究。

E -mail :caomei19840124@ 。

W /O /W 复乳溶剂蒸发法制备微胶囊的影响因素及研究新进展曹　梅,管　萍,胡小玲,陈晓佩(西北工业大学理学院应用化学系,陕西西安710129) 摘　要:重点综述了W /O /W 复乳溶剂蒸发法制备微胶囊的过程及影响因素,并结合SPG 膜乳化法阐述了其最新研究进展。

关键词:W /O /W 复乳液;复乳溶剂蒸发法;微胶囊;SPG 膜乳化法中图分类号:T Q 317 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2009)09-0001-06 微胶囊是由成膜材料包覆液滴、微粒或气体而形成的微小胶体颗粒,其粒径一般在微米级范围内[1]。

微胶囊的相关研究始于20世纪30年代,50年代取得重大成果。

90年代以来微胶囊技术的研究进展更快,其应用范围由无碳复写纸扩展到医药、食品、农药、饲料、油墨、涂料、化妆品、纺织和感光材料等各个行业。

微胶囊的制备按照成膜方法分为化学法、物理法、物理化学法。

化学法包括界面聚合法、原位聚合法、锐孔法。

物理法包括喷雾干燥法、空气悬浮法、真空蒸发沉积法、静电结合法、包结络合物法、挤压法。

物理化学法包括水相分离法、油相分离法、复相乳液法、熔化分散冷凝法、粉末床法[2]。

水溶性芯材微胶囊可采用界面聚合法、油相分离法、复相乳液法等制备,但前两者存在芯材需改性、难以获得干燥粉末产品等难题[3],而复相乳液法制备条件温和,无需相分离剂,工艺成熟,操作简单[4]。

W /O /W 复乳溶剂蒸发法是通过制备复相乳液,再挥发分散相溶剂以制备微胶囊的方法,1970年由V rancken 和Claey s 获得专利[5],在医药、食品、化妆品和分离技术等领域已有广泛的应用[6]。

水溶性酶、血红蛋白、肽及药物等生物活性物质的微胶囊化多采用W /O /W 复乳溶剂蒸发法,目前制备缓释药物微胶囊最常用的方法也正是W /O /W 复乳溶剂蒸发法。

作者总结了近年国内外有关W /O /W 复乳溶剂蒸发法制备微胶囊的研究新进展,重点综述了该方法的过程及影响因素。

1　W /O /W 复乳溶剂蒸发法制备微胶囊W /O /W 型复相乳液的形成过程如图1所示[7]。

图1　W /O /W 型复相乳液的形成过程Fig .1　The form ation process of W /O /W m ultiple emulsionW /O /W 复乳溶剂蒸发法制备微胶囊过程包括:(1)将成膜聚合物溶解在与水不混溶的有机溶剂(此溶剂的沸点比水高)中;(2)将溶有芯材的水溶液分散在上述溶液中,形成W /O 乳液;(3)将W /O 乳液加入到含有保护性胶体的水溶液中并分散开,形成W /O /W 型复相乳液;(4)蒸发溶剂,形成微胶囊。

其中,形成包有芯材的聚合物乳液和蒸发溶剂以固化颗粒使聚合物沉积成膜是该法的两个主要步骤。

乳液的形成决定着微胶囊的包覆率、粒度和粒径分布。

研究者对乳液形成过程中的不同影响因素进行了大量分析,关于复乳液潜在的应用已有许多文献申请专利。

蒸发溶剂时可采用加热、减压等方法,使聚合物沉积固化成微胶囊。

2　W/O/W复乳溶剂蒸发法制备微胶囊的影响因素 W/O/W复乳溶剂蒸发法制备微胶囊的影响因素主要有:壳材料的选择、保护性胶体、溶剂的选择与去除、内水相和油相体积比(水油比)等。

2.1　壳材料的选择活性物质的微胶囊化,可使其免受pH值、离子强度、光等条件的影响[8],是近年来功能材料研究领域的热点。

壳材料是微胶囊研究的核心,为实现微胶囊化架起了桥梁。

亲水性芯材的微胶囊化多采用W/O/W 复乳溶剂蒸发法,壳材宜选用疏水性合成聚合物。

壳材料对微胶囊的性能起着决定性的作用。

聚合物及其分子量或共聚物中单体的组成比不同等等,均会造成溶解参数、熔融温度、柔韧性等性质的差异,由此制备的微胶囊性质差别也很大[9]。

2.1.1　聚合物的影响不同聚合物在结构、物理化学性质等方面差异很大,对芯材的包覆率和形成微胶囊的粒度影响很大。

Lu等[10]分别以左旋聚丙交酯(PLLA)和聚己酸内酯-聚环氧乙烷共聚物(PCE)为壳材,制备了载有牛血清白蛋白(BSA)的微胶囊。

研究发现,BSA的包覆率在很大程度上取决于共聚物的亲水性,采用亲水性的PCE共聚物壳材制得的微胶囊粒度较小,包覆率低。

Liu等[11]制备微胶囊时,采用了聚丁烯碳酸及聚丁烯碳酸与ε-己内酯共聚物作为壳材,发现壳材的性质影响着微胶囊的粒度和包覆率,其中聚丁烯碳酸与ε-己内酯按最佳比例制成的共聚物作为壳材制备的微胶囊的平均粒度和包覆率分别为0.75μm和87.9%。

2.1.2　聚合物分子量的影响聚合物的分子量不同,物化性质也有差异,对微胶囊的形成及胶囊的药物释放性能影响明显。

Graves 等[12]采用W/O/W复乳溶剂蒸发法制备戊双脒微胶囊,结果表明,壳材聚丙交酯乙交酯(PLGA)的分子量、浓度以及玻璃化转变温度是影响微胶囊包覆率的主要因素,并利用线性回归方程对其原因进行了分析。

何勤等[13]采用无毒、生物相容性良好、可降解的高分子材料PLGA对自杀基因进行包覆时发现,包覆率随着PLGA分子量的增大而增大;芯材自杀基因释放速率也受PLGA分子量大小的影响,因此可以通过选择载体材料来制备不同释放速率的纳米粒。

2.1.3　共聚物中单体组成比的影响当各单体的比例不同时,制得的共聚物的物化性质有较大差异,由此制备的微胶囊的粒度和包覆率也不同。

Wong等[14]对免疫球蛋白微胶囊化的研究表明,通过调整共聚物PLGA中丙交酯与乙交酯的比例,能够使微胶囊的粒度减小、包覆率增大。

Kidcho b 等[15]在制备异硫氰酸荧光素标记的葡聚糖(FITC-dex tran)微胶囊时,重点研究了左旋聚乳酸(PLLA)、左旋乳酸-赖氨酸共聚物[Poly(L-lactic acid-co-L-ly-sine(Z))]两种壳材对FITC-dex tran释放的影响。

结果表明,壳材中赖氨酸摩尔分数为6.5%时,制得的微胶囊释放速率最慢。

这主要是因为该条件下形成了表面光滑的大微胶囊,其中包含许多粒径很小的微胶囊,这种结构延缓了药物的释放。

此外,增加乳液中共聚物的用量,能够增大油相粘度,阻止内水相芯材向外水相迁移,提高微胶囊的包覆率[16]。

牛文强等[17]采用具有较好生物降解性和相容性的PLA/PEG/PLA三嵌段共聚物制备载药纳米胶囊时发现,共聚物的浓度越高,纳米胶囊对胰岛素的包覆率越高。

聚合物溶液粘度的变化对微胶囊的粒度也会产生影响,粘度越大,微胶囊粒度越大、表面也越粗糙[18]。

2.2　保护性胶体的选择在微胶囊制备过程中,一般需要在反应介质中添加保护性胶体。

常用的保护性胶体包括表面活性剂和稳定剂。

保护性胶体可在液滴的表面形成一层保护层,减少液滴凝聚,对液滴的形成非常重要。

不使用保护性胶体会导致微胶囊的产率急剧下降,保护性胶体用量不足时,亦会发生逆向转化,使芯材释放出来,形成仅由聚合物构成的小球[3]。

2.2.1　表面活性剂的影响在W/O/W复乳溶剂蒸发法制备微胶囊时,内水相和外水相应选用不同类型的表面活性剂作为保护性胶体。

一般根据表面活性剂的亲水亲油平衡值(H LB)来选择。

内水相应选择W/O型乳化剂(H LB<9)来稳定芯材,外水相应选择O/W型乳化剂(H LB >9)来提高外水相的粘度,防止芯材从内水相扩散到外水相[19]。

Span系列(W/O型乳化剂)是常用的内水相保护性胶体,Tw een系列(O/W型乳化剂)是常用的外水相保护性胶体,通常这两种乳化剂配合使用效果更好。

不同系列的Span和Tw een乳化剂对微胶囊粒度和包覆率的影响不同。

Khoee等[20]在采用W/O/W复乳溶剂蒸发法制备纳米胶囊时,详细讨论了Span(60、20)和Tw een (60、20)两种不同系列乳化剂对纳米胶囊粒度以及包覆率的影响。

结果表明,Span60和Tw een60配合使用制得的纳米胶囊粒度明显小于Span20和Tw een20配合使用时制得的胶囊,在最佳Span60和Tw een60用量下纳米胶囊包覆率可达76.8%。

由于芯材、壳材的不同,使用Span 和Tw een 两种乳化剂的最佳系列组合也不一样。

Zhu 等[21]在利用聚乳酸(PLA )包覆胰岛素制备纳米胶囊的研究中发现,使用Span20和Tw een20作为乳化剂制备的纳米胶囊的药物包覆率高于使用Span85和Tw een85的,在最佳Span20和Tw een20用量下药物包覆率可达71.4%。

以上研究表明,保护性胶体Span 和Tw een 两种乳化剂的配合使用,选择合理的系列和用量能够有效改善胶囊的粒度和包覆率。

2.2.2　稳定剂的影响若仅使用乳化剂,由于水相粘度低,乳液滴易发生团聚。

通常还需要在水相中加入大分子稳定剂来提高水溶液粘度,形成一层薄的保护层,防止乳液滴团聚的发生。

W /O /W 复乳溶剂蒸发法制备微胶囊时采用的大分子稳定剂主要有聚乙烯醇(PVA )、明胶。

通常内水相加入稳定剂PVA 或明胶,可增大内水相粘度进而提高微胶囊的包覆率。

Emma 等[22]研究发现,在内水相中加入PVA 不仅使药物包覆率增大,微胶囊内部还会产生许多弯曲分散的孔道,使药物释放速率减慢,提高了药用价值。

Jiao 等[23]采用W /O /W 复乳溶剂蒸发法对肝素进行微胶囊化的研究表明,内水相中加入明胶减少了肝素向外水相渗透,增大了肝素的包覆率。

外水相中加入PVA ,对微胶囊的粒度、表面粗糙度以及释放速率均有影响。

H ong 等[24]采用W /O /W 复乳溶剂蒸发法包覆香精水溶液的研究显示,外水相中PVA 含量为1%时制得的微胶囊平均粒度为13.0μm ,球形不规则、表面粗糙,香精释放速率相对较慢;外水相PVA 含量为2%时制得的微胶囊平均粒度为5.2μm ,表面光滑,形状规则,香精释放速率相对较快。

两种不同含量PVA 制得的微胶囊扫描电镜图见图2。

H ong 等[25]采用W /O /W 复乳溶剂蒸发法制备聚丙交酯/聚琥珀酸丁二酯微胶囊的研究显示,以分子量10000、含量2.0%的PVA 作为外水相稳定剂时,制备的微胶囊粒度较小且粒径分布较窄,热性能好、表面光滑、释放速率稳定。

采用PVA 作为稳定剂具有乳液稳定性好、应用广泛的优点。

但PVA 一般较难从微胶囊中去除,会影响包覆率或降低微胶囊的产量,并影响产品的纯度。