一种壳聚糖微球及其制备方法
阅读说明：本技术 一种壳聚糖微球及其制备方法 (Chitosan microsphere and preparation method thereof ) 是由 王明哲 黄宇彬 齐延新 潘勇 郝登远 何喜东 李晓媛 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种壳聚糖微球及其制备方法；该制备方法包括以下步骤：a)将改性壳聚糖溶解于有机溶剂中,再加入交联剂,得到改性壳聚糖油溶液；再将所述改性壳聚糖油溶液加入到乳化剂水溶液中进行预乳化,得到水包油的预乳化液；b)将步骤a)得到的水包油的预乳化液进行快速膜乳化,得到的乳液再经搅拌后离心收集沉淀；最后将得到的沉淀依次经水洗和冷冻干燥,得到壳聚糖微球；所述快速膜乳化采用的膜为SPG膜,其孔径为1μm～9μm。与现有技术相比,本发明提供的制备方法采用快速膜乳化法,可以通过调节膜乳化过程参数,控制微球的大小并优化其粒径分布,最终得到粒径分布均一的壳聚糖微球。(The invention provides a chitosan microsphere and a preparation method thereof; the preparation method comprises the following steps: a) dissolving modified chitosan in an organic solvent, and adding a cross-linking agent to obtain a modified chitosan oil solution; adding the modified chitosan oil solution into an emulsifier aqueous solution for pre-emulsification to obtain an oil-in-water pre-emulsion; b) carrying out rapid membrane emulsification on the oil-in-water pre-emulsion obtained in the step a), and then, stirring the obtained emulsion and centrifuging to collect precipitates; finally, sequentially washing and freeze-drying the obtained precipitate to obtain chitosan microspheres; the membrane adopted by the rapid membrane emulsification is an SPG membrane, and the aperture of the membrane is 1-9 μm. Compared with the prior art, the preparation method provided by the invention adopts a rapid membrane emulsification method, and can control the size of the microspheres and optimize the particle size distribution of the microspheres by adjusting the parameters of the membrane emulsification process, so as to finally obtain the chitosan microspheres with uniform particle size distribution.)
技术领域
本发明涉及微球制备技术领域，更具体地说，是涉及一种壳聚糖微球及其制备方法。
背景技术
壳聚糖，又称脱乙酰甲壳质、可溶性甲壳素，是天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，是一类具有良好的生物相容性和细胞亲和性可再生、易降解的环境友好的高分子材料。甲壳素在自然界分布广泛，储量仅次于纤维素，是第二大天然高分子，取之不尽用之不竭。壳聚糖已经越来越多的被应用于化学化工、生物医药领域。但是，天然的壳聚糖溶解性差，机械强度低，化学稳定差，加工成型困难，大大限制了其应用。经过化学改性的壳聚糖衍生物的性质能得到极大改善，为其广泛应用奠定基础。
壳聚糖的分子链上具有大量的游离氨基和羟基，可以通过氧化、醚化、酯化、烷基化、卤化、交联、接枝共聚等手段对其进行化学改性。通过对其化学改性，可以破坏壳聚糖的晶体结构，使其具有更好的溶解性，为其后期加工提供了便利
壳聚糖微球具有微孔结构，可以吸附液态物质；其主链上存在的大量羟基和氨基，可作为离子螯合反应位点，被认为是一种理想的离子吸附剂；经酶降解时，微球的骨架崩解前其形状能保持很长的一段时间，使其作为药物载体具有极好的保护与缓释药物的性能。进十几年来，壳聚糖微球作为药物载体、吸附剂，越来越受到人们的重视。
目前，常用的制备壳聚糖微球的方法有离子凝胶法、中和沉淀法和乳化交联法等。离子凝胶法是通过离子交联剂将壳聚糖大分子链通过化学键作用联结起来，形成网状或体型的微球。中和沉淀法是通过调节壳聚糖溶液的pH值，使壳聚糖沉淀出来，制备壳聚糖微球。乳化交联法是将壳聚糖溶于稀酸溶液，再加入到含有表面活性剂的油相里，经过搅拌、超声或均相乳化得到稳定地油包水乳液，最后加入交联剂进行交联而得到壳聚糖微球；常用的交联剂有甲醛、戊二醛等。
以上方法制备的壳聚糖微球普遍存在着粒子尺寸不均一，条件要求苛刻，难以调控微球的粒径及其分布等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种壳聚糖微球及其制备方法，本发明提供的制备方法可以通过调节膜乳化过程参数，控制微球的大小并优化其粒径分布，最终得到粒径分布均一的壳聚糖微球。
本发明提供了一种壳聚糖微球的制备方法，包括以下步骤：
a)将改性壳聚糖溶解于有机溶剂中，再加入交联剂，得到改性壳聚糖油溶液；再将所述改性壳聚糖油溶液加入到乳化剂水溶液中进行预乳化，得到水包油的预乳化液；
b)将步骤a)得到的水包油的预乳化液进行快速膜乳化，得到的乳液再经搅拌后离心收集沉淀；最后将得到的沉淀依次经水洗和冷冻干燥，得到壳聚糖微球；所述快速膜乳化采用的膜为SPG膜，其孔径为1μm～9μm。
优选的，步骤a)中所述有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯、正己烷和环己烷中的一种或多种。
优选的，步骤a)中所述交联剂选自戊二醛、三偏磷酸钠、三聚磷酸钠、环氧氯丙烷、多巴和单宁中的一种或多种。
优选的，步骤a)中所述改性壳聚糖油溶液中，改性壳聚糖的浓度为1mg/ml～200mg/ml；所述改性壳聚糖与交联剂的质量比为1：(0.1～0.5)。
优选的，步骤a)中所述乳化剂水溶液由乳化剂溶解到水中制备而成；所述乳化剂水溶液中乳化剂的质量浓度为0.5％～10％。
优选的，步骤a)中所述改性壳聚糖油溶液与乳化剂水溶液的体积比为1：(5～200)。
优选的，步骤a)中所述预乳化的过程在搅拌下进行；所述搅拌的转速为60r/min～2000r/min，时间为0.5min～30min。
优选的，步骤b)中所述快速膜乳化的过程具体为：
将所述水包油的预乳化液倒入快速膜乳化装置中，在0.08MPa～1.5MPa的惰性气体压力下过膜1次～10次，得到粒径均一的水包油乳液。
优选的，步骤b)中所述搅拌的转速为60r/min～2000r/min，时间为1h～24h。
本发明还提供了一种壳聚糖微球，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。
本发明提供了一种壳聚糖微球及其制备方法；该制备方法包括以下步骤：a)将改性壳聚糖溶解于有机溶剂中，再加入交联剂，得到改性壳聚糖油溶液；再将所述改性壳聚糖油溶液加入到乳化剂水溶液中进行预乳化，得到水包油的预乳化液；b)将步骤a)得到的水包油的预乳化液进行快速膜乳化，得到的乳液再经搅拌后离心收集沉淀；最后将得到的沉淀依次经水洗和冷冻干燥，得到壳聚糖微球；所述快速膜乳化采用的膜为SPG膜，其孔径为1μm～9μm。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用快速膜乳化法，可以通过调节膜乳化过程参数，控制微球的大小并优化其粒径分布，最终得到粒径分布均一的壳聚糖微球。
同时，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的制备方法得到的壳聚糖微球的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2提供的制备方法得到的壳聚糖微球的扫描电镜图；
图3为本发明实施例3提供的制备方法得到的壳聚糖微球的扫描电镜图；
图4为本发明实施例4提供的制备方法得到的壳聚糖微球的扫描电镜图；
图5为对比例提供的制备方法得到的壳聚糖微球的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种壳聚糖微球的制备方法，包括以下步骤：
a)将改性壳聚糖溶解于有机溶剂中，再加入交联剂，得到改性壳聚糖油溶液；再将所述改性壳聚糖油溶液加入到乳化剂水溶液中进行预乳化，得到水包油的预乳化液；
b)将步骤a)得到的水包油的预乳化液进行快速膜乳化，得到的乳液再经搅拌后离心收集沉淀；最后将得到的沉淀依次经水洗和冷冻干燥，得到壳聚糖微球；所述快速膜乳化采用的膜为SPG膜，其孔径为1μm～9μm。
本发明首先将改性壳聚糖溶解于有机溶剂中，再加入交联剂，得到改性壳聚糖油溶液。在本发明中，所述改性壳聚糖由壳聚糖经化学改性得到；所述改性壳聚糖优选选自壳聚糖、羧甲基壳聚糖和羟丙基壳聚糖中的一种或多种，更优选为羧甲基壳聚糖或羟丙基壳聚糖。
在本发明中，所述有机溶剂优选选自二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯、正己烷和环己烷中的一种或多种，更优选为二氯甲烷、乙酸乙酯、二氯乙烷或三氯甲烷。本发明对所述有机溶剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、乙酸乙酯、正己烷和环己烷的市售商品即可。
在本发明中，所述交联剂优选选自戊二醛、三偏磷酸钠、三聚磷酸钠、环氧氯丙烷、多巴和单宁中的一种或多种，更优选为三偏磷酸钠。本发明对所述交联剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述戊二醛、三偏磷酸钠、三聚磷酸钠、环氧氯丙烷、多巴和单宁的市售商品即可。
在本发明中，所述改性壳聚糖油溶液中，改性壳聚糖的浓度优选为1mg/ml～200mg/ml，更优选为50mg/ml～200mg/ml；所述改性壳聚糖与交联剂的质量比优选为1：(0.1～0.5)，更优选为1：0.25。
之后，本发明将所述改性壳聚糖油溶液加入到乳化剂水溶液中进行预乳化，得到水包油的预乳化液。
在本发明中，所述乳化剂水溶液优选由乳化剂溶解到水中制备而成；所述乳化剂水溶液中乳化剂的质量浓度优选为0.5％～10％，更优选为2％～5％。
在本发明中，所述乳化剂选自聚乙烯醇、明胶、Span 85、Tween 80和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种，更优选为聚乙烯醇或Span 85。本发明对所述乳化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述聚乙烯醇、明胶、Span 85、Tween 80和聚乙烯吡咯烷酮的市售商品即可。
在本发明中，所述改性壳聚糖油溶液与乳化剂水溶液的体积比优选为1：(5～200)，更优选为1：(10～75)。
在本发明中，所述预乳化的过程优选在搅拌下进行；所述搅拌采用本领域技术人员熟知的机械搅拌的技术方案即可。在本发明中，所述搅拌的转速优选为60r/min～2000r/min，更优选为800r/min～1900r/min；所述搅拌的时间优选为0.5min～30min，更优选为1min～8min。
得到所述水包油的预乳化液后，本发明将得到的水包油的预乳化液进行快速膜乳化，得到的乳液再经搅拌后离心收集沉淀；最后将得到的沉淀依次经水洗和冷冻干燥，得到壳聚糖微球。
在本发明中，所述快速膜乳化采用的膜为SPG膜(Ise Chemical Company，Japan)，即为shirasu多孔玻璃膜；其孔径为1μm～9μm。
在本发明中，所述快速膜乳化的过程优选具体为：
将所述水包油的预乳化液倒入快速膜乳化装置中，在0.08MPa～1.5MPa的惰性气体压力下过膜1次～10次，得到粒径均一的水包油乳液；
更优选为：
将所述水包油的预乳化液倒入快速膜乳化装置中，在0.2MPa～0.5MPa的惰性气体压力下过膜5次～10次，得到粒径均一的水包油乳液。
本发明对所述惰性气体的具体种类和来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售惰性气体即可。
在本发明中，所述搅拌的转速优选为60r/min～2000r/min，更优选为360r/min～1100r/min；所述搅拌的时间优选为1h～24h，更优选为10h～17h；本发明对所述搅拌的温度没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的室温即可。
在本发明中，所述水洗的次数优选为1次～8次；本发明对所述冷冻干燥的具体参数没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的使水洗后的沉淀形成干燥的固体粉末的冷冻干燥参数即可。
本发明提供的制备方法采用快速膜乳化法，可以通过调节膜乳化过程参数，控制微球的大小并优化其粒径分布，最终得到粒径分布均一的壳聚糖微球；同时，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。
本发明还提供了一种壳聚糖微球，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。本发明提供的制备方法制备得到的壳聚糖微球，可以通过膜乳化过程参数来调控和控制粒径的大小，并优化其粒径分布。
本发明提供的壳聚糖微球可以作为油溶性药物的药物载体，可以包埋磁性粒子、羟基磷灰石等无机粒子，也可以作为吸附剂用于吸附溶液中重金属离子(所述重金属离子包括Cr6+、U6+、Co3+、Hg2+、Mn4+、Pb2+、Cu2+等)，具有广阔的应用前景。
为了进一步得到载药的改性壳聚糖微球，上述制备方法优选还包括：
在步骤a)得到改性壳聚糖油溶液之前，加入油溶性药物。
在本发明中，所述油溶性药物包括但不限于以下药物：化疗药物(顺铂、氟尿嘧啶、阿霉素、紫杉醇、长春新碱、地塞米松)、维生素(维生素A、D、E、F、K)、阿司匹林、姜黄素、阿托伐他汀、脂溶性农药(阿维菌素、敌敌畏、吡虫啉)；所加油溶性药物与改性壳聚糖的质量比优选为1：(0.5～10)，更优选为1：1。
此外，为了进一步获得磁性的改性壳聚糖，上述制备方法优选还包括：
在步骤a)得到改性壳聚糖油溶液之前，加入油溶性Fe3O4。
在本发明中，所加油溶性Fe3O4与改性壳聚糖的质量比优选为1：(5～500)，更优选为1：10。
本发明提供了一种壳聚糖微球及其制备方法；该制备方法包括以下步骤：a)将改性壳聚糖溶解于有机溶剂中，再加入交联剂，得到改性壳聚糖油溶液；再将所述改性壳聚糖油溶液加入到乳化剂水溶液中进行预乳化，得到水包油的预乳化液；b)将步骤a)得到的水包油的预乳化液进行快速膜乳化，得到的乳液再经搅拌后离心收集沉淀；最后将得到的沉淀依次经水洗和冷冻干燥，得到壳聚糖微球；所述快速膜乳化采用的膜为SPG膜，其孔径为1μm～9μm。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用快速膜乳化法，可以通过调节膜乳化过程参数，控制微球的大小并优化其粒径分布，最终得到粒径分布均一的壳聚糖微球。
同时，本发明提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，具有广阔的应用前景。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例中所述的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述的试剂和生物材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
制备改性壳聚糖微球：
(1)将羧甲基壳聚糖溶解于二氯甲烷中，配成50mg/ml的溶液，其中加入羧甲基壳聚糖质量25％的三偏磷酸钠；在1800r/min的搅拌速度下，将上述溶液加入到50倍体积的质量浓度2％的聚乙烯醇水溶液里，搅拌1分钟，得到预乳液。
(2)将步骤(1)所得预乳液倒入快速膜乳化装置里，在0.2MPa惰性气体压力下过膜5次；得到的乳液在360r/min的速度下室温搅拌10h；再离心收集产物，产物水洗数次后，冷冻干燥，得到平均粒径为500nm的微球。
本发明实施例1提供的制备方法得到的壳聚糖微球的扫描电镜图参见图1所示。
实施例2
制备改性壳聚糖微球：
(1)将羟丙基壳聚糖溶解于乙酸乙酯中，配成100mg/ml的溶液，其中加入羧甲基壳聚糖质量25％的三偏磷酸钠；在800r/min的搅拌速度下，将上述溶液加入到10倍体积的质量浓度5％的聚乙烯醇水溶液里，搅拌1分钟，得到预乳液。
(2)将步骤(1)所得预乳液倒入快速膜乳化装置里，在0.2MPa惰性气体压力下过膜5次；得到的乳液在400r/min的速度下室温搅拌10h；再离心收集产物，产物水洗数次后，冷冻干燥，得到平均粒径为1μm的微球。
本发明实施例2提供的制备方法得到的壳聚糖微球的扫描电镜图参见图2所示。
实施例3
制备载药壳聚糖微球：
(1)将羧甲基壳聚糖溶解于二氯乙烷中，配成200mg/ml的溶液，其中加入羧甲基壳聚糖质量25％的三偏磷酸钠；将与羧甲基壳聚糖质量比为1：1的地塞米松溶解于上述羧甲基壳聚糖溶液里；在1200r/min的搅拌速度下，将上述溶液加入到60倍体积的质量浓度为2％的Span 85水溶液里，搅拌8分钟，得到预乳液。
(2)将步骤(1)所得预乳液倒入快速膜乳化装置中，在0.5MPa惰性气体压力下过膜10次；得到的乳液在600r/min的速度下室温搅拌16h；再离心收集产物，产物水洗数次后，冷冻干燥，得到平均粒径为2μm的载药微球；且该载药微球大小均一，粒径分布窄。
本发明实施例3提供的制备方法得到的壳聚糖微球的扫描电镜图参见图3所示。
实施例4
制备磁性微球：
(1)将羟丙基壳聚糖溶解于三氯甲烷中，配成150mg/ml的溶液，其中加入羧甲基壳聚糖质量25％的三偏磷酸钠；将油溶性的Fe3O4按照与壳聚糖质量比为1：10的比例加入到上述羟丙基壳聚糖溶液里；在1900r/min的搅拌速度下，将上述溶液加入到75倍体积的质量浓度为2％的聚乙烯醇水溶液里，搅拌4分钟，得到预乳液。
(2)将步骤(1)所得预乳液倒入快速膜乳化装置中，在0.2MPa的惰性气体压力下过膜10次；得到的乳液在1100r/min的速度下室温搅拌17h；再离心收集产物，产物水洗数次后，冷冻干燥，得到平均粒径为5μm的磁性微球；且该磁性微球大小均一，且粒径分布窄。
本发明实施例4提供的制备方法得到的壳聚糖微球的扫描电镜图参见图4所示。
对比例
将羧甲基壳聚糖溶于二氯乙烷中，配成200mg/ml的溶液，其中加入羧甲基壳聚糖质量25％的三偏磷酸钠；在1200r/min的搅拌速度下，将上述溶液加到60倍体积的质量浓度为2％的Span 85水溶液里，搅拌8分钟；再将得到的乳液在600r/min的速度下室温搅拌16h；离心收集产物，产物水洗数次后，冷冻干燥，得到微球大小不均一，粒径分布宽。
对比例提供的制备方法得到的壳聚糖微球的扫描电镜图参见图5所示。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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