微生物的固定化海藻酸鈉因其良好的成膜、成 囊性和生物相容性已被應(yīng)用于海藻酸鈉-聚賴氨酸- 海藻酸鈉(APA)微膠囊、海藻酸鈉-殼聚糖_海藻酸 鈉(ACA)微膠囊、海藻酸鈣羧甲基纖維素鈉液芯微 膠囊以及海藻酸鈣凝膠珠體系中.特別是海藻酸鈣- 羧甲基纖維素鈉液芯微膠囊具有機(jī)械強(qiáng)度髙、生物 相容性好、壁材易得且傳質(zhì)性能好等優(yōu)點，是一種有 潛力的微膠囊體系[1].首先，液芯微囊的制備不需 甲醛等有毒物質(zhì)的固化過程,避免了噴霧干燥過程 中的高溫操作,可以通過控制成囊工藝來調(diào)節(jié)膜孔 隙率和膜厚度以及芯材在囊芯內(nèi)的良好分散，特別 適合熱敏性的蛋白類藥物以及水溶性藥物的微囊 化，并能避免突釋現(xiàn)象.其次，液芯微膠褒的 機(jī)械強(qiáng)度高于APA和ACA微膠囊,可以改善微囊 體內(nèi)移植效果，特別是肌袋內(nèi)移植破損的情況.此 外，液芯微囊傳質(zhì)性能優(yōu)于海藻酸鈣凝膠珠體系，適 合酶和微生物固定化[1，2].但是，現(xiàn)有文獻(xiàn)報道的液 芯微膠囊制備工藝不易控制且制備的微囊粒徑較大 (約3 mm),這限制了其在醫(yī)藥領(lǐng)域的臨床應(yīng)用 而用靜電噴霧法制備的微膠囊具有成囊性好、粒徑 均勻和易無菌操作等優(yōu)點，且制備的微囊粒徑可到 微米級W.本文探索了利用高壓靜電成囊裝置制備 液芯微膠囊的方法，及對其制備工藝的優(yōu)化.

1材料與儀器

1.1材料

M型海藻酸鈉（Sigma, A0682) ;G型海藻酸鈉 (Aldrich, 180947);羧甲基纖維素鈉（Fluka，21903, 黏度為 700- 1 500 MPa-s，（l%水溶液；25 X：)); CaCl2 • 2H20( Amresco);龜板(臺灣正揚(yáng)制藥有限公 司生產(chǎn)）.

1.2儀器

髙壓靜電成囊裝置(上海理工大學(xué)研制）；磁力 攪拌器(RH-KT/C，IKA);生物倒置顯微鏡及圖像 采集系統(tǒng)（Olympus, 0本）；純水器（PURELAB CLASSIC，PALL，美國）；噴霧針頭（上海統(tǒng)業(yè)電子 科技有限公司）.

2試驗方法

2.1液芯微膠囊的制備

先將配置好的一定濃度的羧甲基纖維素鈉溶 液、氯化鈣溶液和需要包裹的芯材混勻后吸人注射 器，并固定于注射泵上;然后利用高壓靜電成囊裝置 (如圖1所示），靜電噴霧法制備海藻酸鈣羧甲基纖維素鈉液芯微膠囊的工藝選優(yōu)，將混合液噴霧至不斷攪拌(磁力攪 拌)的海藻酸鈉溶液中，Ca2+與海藻酸鈉交聯(lián)反應(yīng) 形成微囊;將微膠囊濾出并清洗;再加人一定濃度的 氯化鈣溶液對微膠囊固化，過濾清洗后即得到所制 備的液芯微膠囊.

2.2微膠囊粒徑和膜厚的測暈

利用倒置顯微鏡所帶的圖像采集系統(tǒng)（DP CONTROL軟件），對制備的微膠囊樣品拍照.并在 所選取視野內(nèi),采用系統(tǒng)軟件所帶的可調(diào)節(jié)標(biāo)尺隨 即測量20個微膠囊粒徑和膜厚，取其均值.

2.3液芯微膠蠹制備工藝優(yōu)化

首先將海藻酸鈉的類型、噴霧針頭孔徑以及磁 力攪拌子形狀等因素對成囊性的影響進(jìn)行初步試驗 研究,在此基礎(chǔ)上設(shè)計正交試驗優(yōu)化工藝.試驗中選 取羧甲基纖維素鈉溶液與氯化鈣溶液的體積比為 1:1;電壓為3. 1 x kV;注射泵推進(jìn)速度為50 mm/h;固化用氯化耗液濃度為〇. 15 m〇l/L.

3結(jié)果與分析

3.1初步試驗結(jié)果與討論

3.1.1海藻酸鈉類型對成囊性的影響

海藻酸鈉由古羅糖醛酸(G)與甘露糖醛酸(M) 組成，根據(jù)其G與M含量的比例高低分為G型和 M型.試驗比較了 G型和M型兩種海藻酸鈉的成 囊性.M型海藻酸鈉在攪拌過程中易形成大量氣 泡，影響成囊，而且形成的微膠囊粘連成團(tuán)，不適合 制備液芯微膠囊.而G型海藻酸鈉具有良好的成囊 性.原因可能為Ca2+是與海藻酸納中的G片段發(fā)生 交聯(lián)，而G型海藻酸鈉G片段含量高，因而能與 Ch2 +發(fā)生較強(qiáng)的交聯(lián)反應(yīng)，具有好的成囊性.

3.1.2噴霧針頭直徑對微膠囊粒徑的影響

在其他制備條件相同的情況下，分別采用5 #、 6#和7#噴霧針頭制備微膠囊，得到微囊粒徑分別 為（1.020 ±0.084) mm、（1.318 ±0.086) mm 和 (1.449 ±0. 097)結(jié)果表明，噴霧針頭孔徑越

小，制得的微膠囊粒徑越小.

3.1.3磁力攪拌子形狀對成囊性的影響

試驗中發(fā)現(xiàn)，采用普通的磁力攪拌子，由于其表 面不光滑，攪拌過程中，易與容器底部的微囊產(chǎn)生摩 擦，制備的微膠囊中約有8%微囊破碎_為此，本文 設(shè)計了表面光滑的圓柱形攪拌子，制備過程中微囊 破損比例明顯降低.原因可能為液芯微膠囊在囊壁 固化前，微囊極易變形或破碎.而圓柱形攪拌子能和 容器壁更好的貼合,降低了其與微膠囊間的摩擦，從 而使微囊破損數(shù)目減少.

3.2微膠囊制備工藝優(yōu)化結(jié)果與討論

根據(jù)初步試驗結(jié)果,進(jìn)行了正交試驗研究.正交

試驗考察條件:羧甲基纖維素鈉溶液和氯化鈣溶液 的體積比為1:1;噴霧電壓為3.1 x l〇4 kV;注射泵 推進(jìn)速度為50 _/h;固化用氯化耗液質(zhì)量濃度為 0.15噴霧針頭用7 #平針頭.采用微囊平均

粒徑J和膜厚與粒徑比fc/d作為考査指標(biāo),同時結(jié) 合成囊性進(jìn)行評價.靜電噴霧法制備海藻酸鈣羧甲基纖維素鈉液芯微膠囊的工藝選優(yōu)，膜厚艱徑可表征其相對膜強(qiáng)度 高低(即微囊膜的相對厚度）.正交試驗安排及結(jié)果 分別如表1和表2所示和&分別表示海藻

酸鈉、羧甲基纖維素鈉以及氯化轉(zhuǎn)溶液的質(zhì)量濃度. 其中每組統(tǒng)計20個微囊的粒徑和膜厚取其平均值 作為此工藝條件下的粒徑和膜厚.

表1正交試驗安排及結(jié)果

Tib，1 Factws, levels and results of orthogonality expcrimaits

試驗號pJ V p/ (g.L-1) (g-L-1) (g-L-])^/mmh/d

17.510201.3270.199

27.520301,3540.303

37.530501.4070.276

410-010301.1390.270

510.020501.1450.286

610.030100.9580.139

712,510501.2740.347

812,520201.1710-178

912,530301.2050.216

 

表2方差分析結(jié)果 Tab, 2 Variance analysis of the results

方差來源偏差平方和自由度F比顯著性

dh/ddh/ddh/dcl h/d

)°a0.1190.0012239,6671.000*

Pb0.0050.006221.6676,000

Pc0.0240.027228-00027.000•K-

誤差0.0030.00122

 

根據(jù)正交試驗結(jié)果以及成囊原理分析，海藻酸 袖濃度對微囊粒徑影響最大,海藻酸鈉在低濃度和 高濃度時，微膠囊粒徑大.原因可能為在低濃度時， 海藻酸鈉要提供足夠多的結(jié)合位點給Ca2+ ,與微囊 反應(yīng)的海藻酸鈉量增大而使微囊粒徑增大;在高濃 度時,液滴周圍的海藻酸鈉含量高，與Ca2+交聯(lián)時 海藻酸鈉量多而使微囊粒徑增大隨著氯化鈣濃 度增大，制備的微膠囊粒徑和膜厚與粒徑比都增大. 羧甲基纖維素鈉濃度對微膠囊粒徑影響較小，但是 對成囊性影響較大，其濃度不易太高，否則易堵塞噴 嘴而不易成囊.

試驗得到的制備液芯微囊的最優(yōu)工藝為海藻酸鈉 質(zhì)量濃度10 g/L、氯化鈣質(zhì)量濃度30 g/L以及羧甲基 纖維素鈉質(zhì)量濃度15 g幾.在優(yōu)化的工藝條件下，分別 利用5#、6#和7#噴霧針頭制備微膠囊，制備出的微 膠囊均有良好的成囊性(如圖2所示).且優(yōu)化工藝條 件下.5 #和6 #針頭制備的麵平均粒徑小于900 ;皿

從圖2可以看出利用靜電噴霧方法，在優(yōu)化的 工藝條件下制備的液芯微膠囊圓整、成囊性好、膜厚 度高，內(nèi)外膜結(jié)構(gòu)明顯.

將龜板水煎劑與氣化鈣溶液和羧甲基纖維素鈉 溶液預(yù)混后，靜電噴霧法制備海藻酸鈣羧甲基纖維素鈉液芯微膠囊的工藝選優(yōu)，進(jìn)行靜電噴霧制得龜板微膠囊.圖3為 在最佳工藝條件下，采用6#針頭制備的中藥龜板 液芯微囊照片.從圖3可以看出，龜板液芯微膠囊圓 整、藥物龜板分散于液芯微囊中，且無藥物被包裹于 微囊膜中.試驗中測得龜板微膠囊粒徑約840 pm, 膜厚約90 fim.

4結(jié)論

研究得出應(yīng)用靜電噴霧可制備出微米級液芯微膠囊，且制得的微膠囊粒徑均勻、成囊性好.靜電噴霧制備液芯微囊的工藝優(yōu)化為海藻酸鈉質(zhì)量濃度10 g/L、氯化鈣質(zhì)量濃度30 g/L以及羧甲基纖維素鈉質(zhì)量濃度15 g/L.可以通過調(diào)整噴霧針頭孔徑來調(diào)整微膠囊粒徑.靜電噴霧制備液芯微膠囊在細(xì)胞工程、微生物和酶的固定化以及藥物制劑等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景.