本發(fā)明涉及空心納米顆粒領(lǐng)域,具體涉及淀粉空心納米顆粒的制備工藝及其在食品和藥品領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù):
近年來,空心納米顆粒由于具有可調(diào)控的殼厚度,大的比表面積,高的穩(wěn)定性和裝載藥物能力等優(yōu)勢,其受到越來越多的關(guān)注,尤其是天然的生物聚合物空心納米載體,具有較高的生物相容性,因其對人體無毒無害而更受青睞。然而目前大部分的殼材料為化學(xué)合成和金屬材料,并不是十分適合用于包埋人體藥物,對于天然多糖類作為殼的空心納米顆粒的報道則較少。
淀粉是一類重要的具有生物可降解性、可再生、良好生物相容性的天然多糖類高分子材料,來源豐富,價格低廉,可以作為載體材料用于藥物的控制釋放領(lǐng)域。但是,現(xiàn)有的淀粉納米顆粒轉(zhuǎn)載率都不高,限制了它在藥物控釋領(lǐng)域的應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述淀粉納米顆粒轉(zhuǎn)載率低的缺陷,提供一種對人體無毒害的淀粉空心納米顆粒,作為載體用于包埋活性物質(zhì),其包埋效率極高,既可以減少活性物質(zhì)在加工或貯藏過程中的損失,提高其抗氧化活性,又能有效地將活性物質(zhì)輸送到人體的胃腸道位置。并通過控制釋放活性物質(zhì)提高其生物利用率,同時保持活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功效以及掩蓋其口感差等。
本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種淀粉空心納米顆粒的制備工藝,其特征在于,包括以下步驟:
(1)以CaCO3納米顆粒作為模板分散在10%酒精溶液中配制成質(zhì)量體積比為0.25-5%的CaCO3納米顆粒懸濁液,并進(jìn)行超聲分散;
(2)以直鏈含量為26-80%的淀粉制備質(zhì)量體積比為0.5-8.0%的糊化的淀粉乳,將CaCO3納米顆粒懸濁液逐滴滴加到糊化的淀粉乳中,并以500-900rpm的轉(zhuǎn)速攪拌10-20min;
(3)將步驟(2)制得的懸濁液在3-18℃以100-400rpm的轉(zhuǎn)速緩慢攪拌0.5-24h,離心,水洗沉淀,得到CaCO3@淀粉納米顆粒;
(4)將CaCO3@淀粉納米顆粒分散在乙二胺四乙酸溶液或者鹽酸溶液中,以100-400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌10-30min,離心,水洗沉淀;
(5)將沉淀冷凍干燥得到淀粉空心納米顆粒。
所述步驟(2)CaCO3納米顆粒懸濁液與糊化的淀粉乳的體積比為5:1。
所述水洗沉淀的方法為:向沉淀中加入去離子水,將沉淀旋起,3000-6000rpm離心5-10min,得到沉淀。
所述乙二胺四乙酸溶液濃度為0.2mol/L,pH為7.4,鹽酸溶液的濃度為0.2mol/L。
所述步驟(5)冷凍干燥的條件為:真空度5-10Pa,溫度-80~-60℃,時間48-72h。
所述將步驟(4)水洗后的沉淀重新分散在乙二胺四乙酸溶液中,離心,水洗沉淀1-3次。
本發(fā)明還提供一種緩釋控釋劑,以淀粉空心納米顆粒為藥物載體。
本發(fā)明還提供一種空心淀粉納米顆粒包埋藥物的方法,將水溶性藥物浸泡在濃度為0.5-5mg/mL的淀粉空心納米顆粒溶液中,藥物與淀粉空心納米顆粒的重量比為(1-3):5,25℃,攪拌8-36h,3000-3500rpm,離心5-15min,凍干,得到包埋藥物的空心淀粉納米顆粒。
所述水溶性藥物為葉黃素、蝦青素、番茄紅素、維生素E、花青素或者阿霉素。
所述凍干條件為:真空度6-13Pa,溫度-70-90℃,時間48-82h。
在淀粉空心納米顆粒的制備過程中,攪拌速度非常關(guān)鍵。在步驟(2)中,攪拌速度太慢,碳酸鈣納米顆粒容易聚集,這樣會使一層淀粉分子包裹好幾個碳酸鈣納米顆粒,使最終形成的納米顆粒比較大;淀粉分子與淀粉分子結(jié)合在一起,很難形成核殼結(jié)構(gòu)。在步驟(3)和步驟(4)中,緩慢攪拌是為了防止納米顆粒沉底,攪拌速度不能太快,快了會使淀粉不能附著在碳酸鈣表面。
步驟(3),溫度不能太高,利用低溫下淀粉易回生的特性,使淀粉殼更加凝固,不易被破壞。其他步驟中沒有限定操作溫度的室溫條件下即可,以節(jié)約成本。
本發(fā)明的有益效果為:
(1)本發(fā)明通過對犧牲模板法和淀粉凝膠化,制得淀粉空心納米顆粒,此空心納米載體既可以包埋疏水的活性物質(zhì),如葉黃素、蝦青素、番茄紅素、維生素E等,也可以包埋極其不穩(wěn)定的親水物性物質(zhì),如阿霉素、花青素等,既可以減少活性物質(zhì)在加工或貯藏過程中的損失,提高其抗氧化活性,又能有效地將活性物質(zhì)輸送到人體的胃腸道位置,提高輸送效率。
(2)制備得到的淀粉空心納米顆粒,納米粒子尺寸小,粒徑在30-300nm之間,能顯著增加納米顆粒對組織的附著力。
(3)能夠有效保護(hù)具有生物活性的藥物成分如葉黃素,防止外界環(huán)境中的光、熱、pH值等對其的影響,提高藥物的穩(wěn)定性;保護(hù)藥物的活性結(jié)構(gòu)、功效,掩蔽不良風(fēng)味的釋放,避免口感差的缺陷;有效減少生物活性成分的添加量和毒副作用。
(4)制備得到的包埋藥物淀粉空心納米顆粒,具有生物相容性,生物降解性,裝載率高,成本低,pH值響應(yīng)的藥物釋放等特性,而且活性成分在模擬腸道及血液環(huán)境中具有緩釋的功效,因此可提高其生物利用率。
附圖說明
圖1為實施例1不同濃度CaCO3納米顆粒制備的淀粉空心納米顆粒透射圖;
注:圖1中a:0.25%CaCO3納米顆粒,b:1.0%CaCO3納米顆粒,c:5.0%CaCO3納米顆粒
圖2為實施例2淀粉制備淀粉空心納米顆粒透射圖;
圖3為實施例3淀粉制備淀粉空心納米顆粒透射圖;
圖4為實施例4淀粉制備淀粉空心納米顆粒透射圖;
圖5為實施例1中淀粉空心納米顆粒的熱特性圖;
注:re 1:掃描一次,re 2:掃描二次
圖6為實施例2中淀粉空心納米顆粒的X-射線衍射圖;
圖7為實施例3中淀粉空心納米顆粒的紅外圖;
注:a:CaCO3納米顆粒,b:高直鏈淀粉,c:去核前核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒,d:去核后的空心納米顆粒
圖8為實施例1中包埋阿霉素的淀粉空心納米顆粒的包埋效率圖;
圖9為實施例1中包埋阿霉素的淀粉空心納米顆粒在模擬腸液環(huán)境中的緩釋圖。
具體實施方式
為了能夠更加清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點,下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
如無特殊說明,實施例中所用試劑均通過常規(guī)商業(yè)渠道購得或者通過常規(guī)的實驗方法配制而成。
實施例1
按照如下步驟制備淀粉空心納米顆粒:
CaCO3@淀粉核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的制備:選用豌豆淀粉,制備質(zhì)量體積比為1.0%的糊化的淀粉乳;將CaCO3納米顆粒作為模板分散在10%酒精溶液中分別配制成質(zhì)量體積比為0.25%、1.0%、5.0%的CaCO3納米顆粒懸濁液,超聲5min;然后將50mLCaCO3納米顆粒懸濁液逐滴滴加到10mL糊化的淀粉乳中,轉(zhuǎn)速為800rpm,攪拌20min;隨后將所述的溶液在4℃以200rpm的轉(zhuǎn)速緩慢攪拌12h,3500rpm離心10min,水洗沉淀3次。水洗沉淀的方法為:向沉淀中加入去離子水,將沉淀旋起,3000-6000rpm離心5-10min,得到CaCO3@淀粉納米顆粒。
淀粉空心納米顆粒的制備:首先將上步驟得到的CaCO3@淀粉納米顆粒分散在50mL乙二胺四乙酸溶液(0.2mol/L,pH=7.4)中,并且在25℃攪拌20min,轉(zhuǎn)速為300rpm,3000rpm離心10min,水洗沉淀3次,具體方法參照上文。為了完全去除CaCO3納米顆粒核,將沉淀再重新分散在50mL乙二胺四乙酸溶液中,離心,水洗,重復(fù)3次;最后將沉淀冷凍干燥;冷凍干燥的條件為真空度10Pa,溫度-70℃,時間60h,得到淀粉空心納米顆粒。
實施例2
按照如下步驟制備淀粉空心納米顆粒:
CaCO3@淀粉核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的制備:選用綠豆淀粉,制備質(zhì)量體積比為1.5%糊化的淀粉乳;將CaCO3納米顆粒作為模板分散在10%酒精溶液中配制成質(zhì)量體積比為5%CaCO3納米顆粒懸濁液,超聲5min;然后將50mLCaCO3納米顆粒懸濁液逐滴滴加到糊化的淀粉乳中,轉(zhuǎn)速為800rpm,攪拌20min;隨后將所述的溶液在4℃以200rpm的轉(zhuǎn)速緩慢攪拌8h,3500rpm離心10min,水洗沉淀3次,水洗沉淀的方法為:向沉淀中加入去離子水,將沉淀旋起,3000-6000rpm離心5-10min,得到CaCO3@淀粉納米顆粒。
淀粉空心納米顆粒的制備:首先將上步驟得到的CaCO3@淀粉納米顆粒分散在50mL濃度為0.2mol/L的鹽酸溶液中,并且在25℃攪拌20min,轉(zhuǎn)速為300rpm,3000rpm離心10min,水洗沉淀3次;為了完全去除CaCO3納米顆粒核,將沉淀再重新分散在50mL乙二胺四乙酸溶液中,離心,水洗,重復(fù)3次;最后將沉淀冷凍干燥,冷凍干燥條件為真空度10Pa,溫度-70℃,時間60h,得到淀粉空心納米顆粒。
實施例3
按照如下步驟制備淀粉空心納米顆粒:
CaCO3@淀粉核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的制備:選用直鏈含量65-75%的高直鏈淀粉,制備質(zhì)量體積比為0.5%的糊化的淀粉乳;將CaCO3納米顆粒作為模板分散在10%酒精溶液中配制成質(zhì)量體積比為5%CaCO3納米顆粒懸濁液,超聲5min;然后將50mLCaCO3納米顆粒懸濁液逐滴滴加到10mL糊化的淀粉乳中,轉(zhuǎn)速為800rpm,攪拌20min;隨后將所述的溶液在4℃以400rpm的轉(zhuǎn)速緩慢攪拌4h,3000rpm離心5min,水洗沉淀2次,水洗沉淀的方法為:向沉淀中加入去離子水,將沉淀旋起,3000-6000rpm離心5-10min,得到CaCO3@淀粉納米顆粒;
淀粉空心納米顆粒的制備:首先將上步驟得到的CaCO3@淀粉納米顆粒分散在50mL乙二胺四乙酸溶液(0.2mol/L,pH=7.4)中,并且在25℃攪拌20min,轉(zhuǎn)速為300rpm,3000rpm離心5min,水洗沉淀2次;為了完全去除CaCO3納米顆粒核,將沉淀再重新分散在50mL乙二胺四乙酸溶液中,離心,水洗,重復(fù)2次;最后將沉淀冷凍干燥(真空度5Pa,溫度-60℃,時間48h)得到淀粉空心納米顆粒。
實施例4
按照如下步驟制備淀粉空心納米顆粒:
CaCO3@淀粉核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的制備:選用普通玉米淀粉,制備質(zhì)量體積比為2.0%糊化的淀粉乳;將CaCO3納米顆粒作為模板分散在10%酒精溶液中配制成質(zhì)量體積比為5%CaCO3納米顆粒懸濁液,超聲5min;然后將50mLCaCO3納米顆粒懸濁液逐滴滴加到10mL糊化的淀粉乳中,轉(zhuǎn)速為800rpm,攪拌20min;隨后將所述的溶液在4℃以100rpm的轉(zhuǎn)速攪拌24h,6000rpm離心10min,水洗沉淀3次,得到CaCO3@淀粉納米顆粒;
淀粉空心納米顆粒的制備:首先將上步驟得到的CaCO3@淀粉納米顆粒分散在50mL乙二胺四乙酸溶液(0.2mol/L,pH=7.4)中,并且在25℃攪拌20min,轉(zhuǎn)速為300rpm,6000rpm離心10min,水洗沉淀3次;為了完全去除CaCO3納米顆粒核,將沉淀再重新分散在50mL乙二胺四乙酸溶液中,離心,水洗,重復(fù)3次;最后將沉淀冷凍干燥(真空度8Pa,溫度-80℃,時間72h)得到淀粉空心納米顆粒。
實施例5
按照如下步驟制備包埋阿霉素的淀粉空心納米顆粒:
將實施例1中CaCO3納米顆粒濃度為5.0%制得的淀粉空心納米顆粒用pH為7.4的1mol/L磷酸緩沖溶液制成1mg/mL的溶液。
分別配制濃度為0.2mg/mL、0.3mg/mL、0.4mg/mL、05mg/mL和0.6mg/mL的阿霉素溶液,將不同濃度的阿霉素溶液分別加入到5mL淀粉空心納米顆粒的溶液中,25℃攪拌24h,3000rpm離心10min,凍干,凍干條件為真空度10Pa,溫度-80℃,時間72h,得到包埋藥物的空心淀粉納米顆粒。
性能檢測:
1、對實施例1-4所制備的淀粉空心納米顆粒進(jìn)行性能檢測:
(1)淀粉空心納米顆粒的大小及形態(tài)
將實施例1制得的不同CaCO3納米顆粒的淀粉空心納米顆粒懸浮液,滴于帶有碳支持膜的銅網(wǎng)上,再將銅網(wǎng)冷凍干燥測定。圖1為實施例1不同濃度的CaCO3納米顆粒制得的淀粉空心納米顆粒的透射圖,如圖1可見,不同濃度的CaCO3納米顆粒制備的淀粉空心納米顆粒的形狀和粒徑大小不一樣,當(dāng)CaCO3納米顆粒的濃度為0.25%時,淀粉空心納米顆粒為桿狀,粒徑大小為30-100nm,殼的厚度為10nm;當(dāng)CaCO3納米顆粒的濃度為1.0%時,淀粉空心納米顆粒為梭狀,粒徑大小為200-300nm,殼的厚度為5nm;當(dāng)CaCO3納米顆粒的濃度為5.0%時,淀粉空心納米顆粒為球狀,粒徑大小為20-100nm,殼的厚度為10nm。
圖2、圖3和圖4分別為實施例2、實施例3和實施例4制得的淀粉空心納米顆粒的透射圖,如圖2和圖3可見,綠豆淀粉和高直鏈淀粉制備的空心納米顆粒都是介孔材料的,圖4為玉米淀粉制備的空心納米顆粒,其形貌類似于蛋殼結(jié)構(gòu),粒徑大約為50-100nm。
(2)淀粉空心納米顆粒的熱特性
將實施例1制得的淀粉空心納米顆粒放入坩堝中,加入兩倍去離子水,在25-125℃進(jìn)行測量。如圖5的圖譜所示,淀粉空心納米顆粒的焓值大于純的豌豆淀粉且峰值溫度高,表明淀粉空心納米顆粒的結(jié)構(gòu)比原淀粉更加致密。
(3)X-射線衍射圖譜檢測:將實施例2制得的淀粉空心納米顆粒干粉平衡水分到20%,檢測2θ=5–40°的圖譜。如圖6的X-射線衍射圖譜表明,CaCO3納米顆粒核完全去除以及淀粉空心納米顆粒的晶體結(jié)構(gòu)顯著增加。
(4)傅里葉紅外光譜檢測:將實施例3制得淀粉空心納米顆粒干粉以溴化鉀為背景進(jìn)行紅外光譜分析,如圖7的紅外圖譜表明,淀粉成功地涂層在CaCO3納米顆粒的表面。
2、對實施例5所制備的包埋阿霉素的淀粉空心納米顆粒進(jìn)行性能檢測:
(1)實施例5包埋阿霉素的淀粉空心納米顆粒的裝載效率測定
對包埋阿霉素的淀粉空心納米顆粒的溶液進(jìn)行裝載效率測定,利用紫外分光光度計測定離心后上清液中未包埋的阿霉素的吸光度,通過阿霉素的標(biāo)準(zhǔn)曲線測定出阿霉素的含量,從而計算出淀粉空心納米顆粒的裝載效率。計算公式為:(總的阿霉素的添加量-上清液中阿霉素的量)/總的阿霉素添加量。
如圖8所示,包埋不同濃度阿霉素的淀粉空心納米顆粒的裝載效率都高于90%,表明淀粉空心納米顆粒具有高裝載效率。
(2)腫瘤、血液環(huán)境緩釋模擬
取實施例5得到的包埋阿霉素的淀粉空心納米顆粒干粉,分別溶解在pH5.8(模擬腫瘤環(huán)境)0.01mol/L醋酸緩沖液和pH7.4(模擬血液環(huán)境)0.01mol/L的磷酸緩沖溶液中,制成濃度為10mg/mL的溶液,置于12kDa的透析袋中。將透析袋分別置于0.01mol/L醋酸和磷酸緩沖溶液中,于200rpm的磁力攪拌器中攪拌不同時間,通過阿霉素標(biāo)準(zhǔn)曲線,用紫外分光光度計測定不同時間累計釋放的阿霉素含量。圖9為模擬腫瘤和血液環(huán)境中的緩釋圖,可見淀粉空心納米顆粒具有非常顯著的緩釋效果,在腫瘤中的釋放明顯比血液中的釋放要快。
以上所述的實施例僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述,并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定,在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn),均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。