本發(fā)明涉及緩釋技術(shù)領(lǐng)域、復(fù)雜軟膠囊領(lǐng)域及微流控技術(shù)領(lǐng)域；特別提出一種不依賴于復(fù)雜微流體芯片制備雙層結(jié)構(gòu)微膠囊的方法。

背景技術(shù)：

微膠囊是指由天然或人工合成的高分子材料研制而成的具有聚合物壁殼的微型容器或包裝物。其大小在幾微米至幾百微米范圍內(nèi)(直徑一般在5-200μm)，需要通過顯微鏡才能觀察到。微膠囊技術(shù)是一種將成膜材料(常選用熱塑性高分子材料)作為殼物質(zhì)，用固體、液體或氣體為芯物質(zhì)包覆成核殼形態(tài)結(jié)構(gòu)的膠囊的方法，殼的厚度為0.2-1.0μm。這種殼核結(jié)構(gòu)使微膠囊具有保護(hù)、阻隔性，使受外殼保護(hù)的芯物質(zhì)既不會受到外界環(huán)境的侵入影響，同時又具有不會向外界逸出的阻隔性能。

微膠囊具有十分廣泛的應(yīng)用，常應(yīng)用于藥物、化妝品、食品、印刷、涂料、微反應(yīng)器等領(lǐng)域，因為其應(yīng)用面十分廣泛，對于微膠囊研究的熱度一直居高不下，近幾年來，隨著研究的深入，各種新型的微膠囊應(yīng)運而生，例如生物兼容性的微膠囊被應(yīng)用于生產(chǎn)人造器官中，一些具有反應(yīng)活性的微膠囊被用于制備具有自愈合能力的材料中。目前單腔室微膠囊的制備技術(shù)已經(jīng)非常成熟，更多的研究集中在多腔室微膠囊的制備上

應(yīng)用微膠囊技術(shù)的主要目的：①阻隔核物質(zhì)與外界介質(zhì)，降低核物質(zhì)與介質(zhì)間的傳遞作用。②改變核物質(zhì)在介質(zhì)中的分散狀態(tài)，克服介質(zhì)與核物質(zhì)的熱力學(xué)不兼容性。③實現(xiàn)核物質(zhì)的緩釋或定位釋放。而微膠囊的功能和性質(zhì)很大程度上取決于其結(jié)構(gòu)、尺寸和膜的組成成分。例如，微膠囊的單分散性和均一性能夠保證核物質(zhì)的定量包裹和均一釋放，這也是實現(xiàn)微膠囊在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用的重要保證，因此，具有多腔室結(jié)構(gòu)的微膠囊的制備成為了現(xiàn)在的研究熱點。

常見的多腔室微膠囊的制備方法是以復(fù)雜乳液為模板，再通過進(jìn)一步的界面聚合獲得，而復(fù)乳液的制備往往要依賴于微模塊的耦合技術(shù)，通過層層包裹，制備出不同結(jié)構(gòu)的多腔室微膠囊。Weitz課題組利用兩個并流微模塊的耦合，制備出了一種生物可兼容的多腔室微膠囊，通過控制多腔室微膠囊的依次破裂釋放，避免了不同包裹物的交叉污染；Lecommandoux課題組利用同樣的裝置，多腔室微膠囊來模擬細(xì)胞及細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)。通過在不同子膠囊中獨立存放三種不同的酶，并實現(xiàn)三種酶跨子膠囊的級聯(lián)式反應(yīng)，成功的開啟了模擬細(xì)胞內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)的大門。這種微模塊耦合的技術(shù)對于管道尺寸及空間結(jié)構(gòu)要求十分精確，不僅制造成本昂貴，而且在制備過程中極其容易堵塞，操作極不方便。

對于聚酰胺微膠囊來說，其最常見的制備方法是通過界面聚合技術(shù)，但是對于界面聚合的機理現(xiàn)在仍存在爭論，但目前被廣泛接受的理論是Morgan的理論，他認(rèn)為界面聚合反應(yīng)發(fā)生在界面的有機相側(cè)，主要基于兩個方面，首先水相單體在有機相中容易溶解，而油相單體在水中的溶解度極小；其次油相中單體酰氯容易水解。由于界面反應(yīng)獨特的反應(yīng)機理，其膜靠近水相與靠近有機相的部分粗糙程度不一樣，靠近有機相的一側(cè)更為粗糙；同時溶劑的選擇也是一個重要的影響因素。所以，不能夠采用傳統(tǒng)的微模塊耦合的技術(shù)制備雙層微膠囊，因此，對于聚酰胺類來說，制備復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微膠囊仍是一個挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在于提供一種新型且簡便的制備聚酰胺多腔室微膠囊的方法，解決了傳統(tǒng)的多腔室微膠囊制備方法的成本高、操作繁瑣、條件苛刻的問題。同時，這一發(fā)明克服了溶劑對于聚酰胺膜的限制，在不改變?nèi)軇┑臈l件下，通過簡單操作制備了聚酰胺類的多腔室微膠囊。

首先通過微通道制備出聚酰胺單層微膠囊，再利用微膠囊膜具有較大的比表面積的性質(zhì)以及滲透性，將水導(dǎo)入微膠囊內(nèi)部，并在微膠囊內(nèi)形成水包油的結(jié)構(gòu)，同時水中加入一定量的胺，使得膠囊內(nèi)部的油水界面發(fā)生聚合反應(yīng)，從而得到聚酰胺的雙層微膠囊。并且，我們可以通過調(diào)節(jié)連續(xù)相與分散相的流速，調(diào)節(jié)微膠囊的尺度。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種制備聚酰胺雙層微膠囊的方法；利用聚酰胺微膠囊膜的表面形態(tài)學(xué)特征以及滲透性，將具有較大比表面積的微膠囊置于蒸餾水中，通過滲透作用形成雙層結(jié)構(gòu)；再引入聚合單體二元胺，制備出雙層微膠囊。

本發(fā)明的制備聚酰胺雙層微膠囊的方法步驟如下：

(1)將制備的單層微膠囊取出，流動水洗滌，然后置于蒸餾水中，水滲透進(jìn)入微膠囊膜內(nèi)，使得初層膜與油相分離，在微膠囊內(nèi)部形成水包油的結(jié)構(gòu)；

(2)向蒸餾水中再加入二元胺，二元胺溶于水中滲透進(jìn)入膜內(nèi)，在膜內(nèi)的水油界面上，與油相過量的二元酰氯發(fā)生界面聚合反應(yīng)，形成第二層膜，從而得到雙層的微膠囊。

所述步驟(1)中通過調(diào)節(jié)反應(yīng)單體的濃度及水相粘度改變單層微膠囊的比表面積。

所述步驟(2)利用微膠囊膜具有較大比表面積特性及滲透性形成雙層結(jié)構(gòu)。

所述步驟(2)通過改變水中加入二元胺的類型，制備出具有兩種不同類型膜的雙層微膠囊。

利用脂肪族或芳香族二元胺制備出單層微膠囊，通過洗滌與浸泡在單層微膠囊內(nèi)部形成水包油結(jié)構(gòu)，再向水中加入芳香族或脂肪族二元胺，芳香族或脂肪族二元胺溶于水中滲透進(jìn)入膜內(nèi)，在膜內(nèi)的水油界面上，與油相過量的二元酰氯發(fā)生界面聚合反應(yīng)，形成第二層膜，即形成具有兩種不同類型聚酰胺膜的雙層微膠囊。

具體說明如下：

(1)稱取聚乙二醇，溶于水中作為水相1，相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚乙二醇溶液中再溶解反應(yīng)單體二元胺(脂肪族二元胺：乙二胺、1、6-己二胺、1、10-十碳二元胺等或者芳香族二元胺：對苯二胺等)作為水相2；二元酰氯(如對苯二甲酰氯、間苯二甲酰氯)溶解到環(huán)己烷和氯仿的混合溶劑中作為油相，向油相中加入2％吐溫作為表面活性劑；按照圖1中注釋將油相與水相通入微通道中，制備出單層微膠囊；

(2)將制備的單層微膠囊取出，流動水洗滌，然后置于蒸餾水中，水滲透進(jìn)入微膠囊膜內(nèi)，使得初層膜與油相分離，在微膠囊內(nèi)部形成水包油的結(jié)構(gòu)；

(3)向蒸餾水中再加入二元胺(此處使用的二元胺與第一步中制備單層微膠囊的胺可以相同，也可以不同)，二元胺溶于水中滲透進(jìn)入膜內(nèi)，在膜內(nèi)的水油界面上，與油相過量的二元酰氯發(fā)生界面聚合反應(yīng)，形成第二層膜，從而得到雙層的微膠囊。

所述的方法步驟(2)中通過調(diào)節(jié)反應(yīng)單體的濃度及水相粘度改變單層微膠囊的比表面積。隨著粘度的增大，在形成膜時所受到的阻力越大，因此，所制備的單層微膠囊具有更多的褶皺，相應(yīng)的具有較大的比表面積。

所述的方法步驟(3)中，利用微膠囊膜具有較大比表面積特性及滲透性形成雙層結(jié)構(gòu)。微膠囊的膜具有較大滲透性，胺可以溶于水中進(jìn)入膜內(nèi)，當(dāng)單層的微膠囊在水中形成雙層結(jié)構(gòu)后，再加入二元胺，則二元胺會隨水進(jìn)入膜內(nèi)，與內(nèi)部油核中過量的二元酰氯發(fā)生反應(yīng)，從而在膜內(nèi)形成第二層聚酰胺膜。

所述的方法步驟(3)中，通過改變水中加入二元胺的類型，制備出具有兩種不同類型膜的雙層微膠囊。利用脂肪族(或芳香族)二元胺制備出單層微膠囊，通過洗滌與浸泡在單層微膠囊內(nèi)部形成水包油結(jié)構(gòu)，再向水中加入芳香族(或脂肪族)二元胺，芳香族(或脂肪族)二元胺溶于水中滲透進(jìn)入膜內(nèi)，在膜內(nèi)的水油界面上，與油相過量的二元酰氯發(fā)生界面聚合反應(yīng)，形成第二層膜，即可形成具有兩種不同類型聚酰胺膜的雙層微膠囊。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)利用微膠囊的形態(tài)學(xué)特征制備了多腔室的微膠囊，與微通道耦合的方法更方便操作，生產(chǎn)成本也更低。

(2)這種制備方法具有通用性，可適用于具有界面聚合反應(yīng)的不同類型的聚合物微膠囊。

(3)可以通過改變反應(yīng)條件，改變單層微膠囊的比表面積，可制備多種不同結(jié)構(gòu)的微膠囊。

(4)這種方法制備出的雙層微膠囊與單層微膠囊在緩釋性能上有很大差別。

附圖說明

圖1為聚酰胺多腔室微膠囊的制備流程圖。

圖2為實施例1制備的單層微膠囊其相對應(yīng)的雙層結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡圖。尺度條為500μm。

圖3為實施例2制備的雙層微膠囊及其相對應(yīng)的破壞掉外層囊殼后的微膠囊光學(xué)顯微鏡圖。尺度條為500μm。

圖4為實施例3制備的微膠囊膜的SEM圖以及與其相對應(yīng)的雙層結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡圖。尺度條為500μm。

圖5為實施例4制備的單、雙層微膠囊的光學(xué)顯微鏡圖。尺度條為500μm。

圖6為實施例5單、雙層微膠囊釋放曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

1、稱取聚乙二醇，溶于水中作為水相1，水相2中與水相1中含有相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚二乙醇，同時溶解有反應(yīng)單體二元胺(本發(fā)明以1、6-己二胺和對苯二胺為例具體說明)；二元酰氯(本發(fā)明以對苯二甲酰氯為例具體說明)溶解到環(huán)己烷和氯仿的混合溶劑中作為油相，向油相中加入2％吐溫作為表面活性劑，調(diào)節(jié)二元胺與二元酰氯的摩爾比，使得二元酰氯過量。水相1和水相2通過PVC管道進(jìn)入裝置，油相通入連接有點膠針的四氟管。首先水相與油相在按照圖1中通入微通道中，首先水相1與油相接觸，將油相分散成液滴，并隨水相1到達(dá)下游，與水相2匯合。液滴中溶解的反應(yīng)單體二元酰氯與水相2中溶解的反應(yīng)單體二元胺發(fā)生界面聚合反應(yīng)，制備出單層微膠囊。

2、將制備的單層微膠囊取出，流動水洗滌多次，然后置于蒸餾水中，水滲透進(jìn)入微膠囊膜內(nèi)，使得初層膜與油相分離，在微膠囊內(nèi)部形成水包油的結(jié)構(gòu)。

3、向蒸餾水中再加入二元胺，二元胺溶于水中滲透進(jìn)入膜內(nèi)，在膜內(nèi)的水油界面上，與油相中過量的二元酰氯發(fā)生界面聚合反應(yīng)，形成第二層膜，從而得到雙層的微膠囊。

實施例1

配制5％的聚乙二醇溶液作為水相1，水相2是將1、6-己二胺溶解于5％聚乙二醇溶液中，1、6-己二胺的濃度為0.05mol/L；將對苯二甲酰氯溶解到環(huán)己烷與氯仿的混合溶液中作為油相，控制1、6-己二胺與對苯二甲酰氯的濃度比為1:2，對苯二甲酰氯的濃度為0.10mol/L，向油相中加入1％的吐溫80作為表面活性劑；調(diào)節(jié)水相1和水相2的流速為0.5mL/Min，油相流速為10μL/Min；將三相流體同時通入微流體裝置中，經(jīng)過聚合反應(yīng)，制備單層微膠囊。

將制備的單層微膠囊取出，流動水洗滌兩次，然后將其置于蒸餾水中，通過滲透作用，水進(jìn)入微膠囊膜內(nèi)，再向水中加入1、6-己二胺，1、6-己二胺與油核中過量的對苯二甲酰氯反應(yīng)，形成雙層膜的微膠囊。圖2為實施例1制備的單層微膠囊其相對應(yīng)的雙層結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡圖，從圖中我們可以看出，單層微膠囊表面十分粗糙，充滿褶皺，如圖2a。將該條件下制備的微膠囊置于水中，在較短的時間內(nèi)，即可在膠囊內(nèi)部形成水包油的結(jié)構(gòu)，這說明該條件下的單層微膠囊具有較大的比表面積。當(dāng)再向水中加入1、6-己二胺后，即可形成雙層微膠囊。

實施例2

配制5％的聚乙二醇溶液作為水相1，水相2是將對苯二胺溶解于5％聚乙二醇溶液中，對苯二胺的濃度為0.05mol/L；將對苯二甲酰氯溶解到環(huán)己烷與氯仿的混合溶液中作為油相，控制對苯二胺與對苯二甲酰氯的濃度比為1:2，對苯二甲酰氯的濃度為0.10mol/L，向油相中加入1％的吐溫80作為表面活性劑；調(diào)節(jié)水相1和水相2的流速為0.5mL/Min，油相流速為10μL/Min；將三相流體同時通入微流體裝置中，經(jīng)過聚合反應(yīng)，制備單層微膠囊。

將制備的單層微膠囊取出，流動水洗滌兩次，然后將其置于蒸餾水中，通過滲透作用，水進(jìn)入微膠囊膜內(nèi)，再向水中加入1、6-己二胺，1、6-己二胺與油核中過量的對苯二甲酰氯反應(yīng)，形成具有兩種不同類型聚酰胺膜的雙層膜的微膠囊。圖3為實施例2制備的雙層微膠囊及其相對應(yīng)的破壞掉外層囊殼厚的微膠囊光學(xué)顯微鏡圖。圖中雙層微膠囊的外層殼為聚對苯二甲酰對苯二胺，內(nèi)層殼為聚對苯二甲酰己二胺。

實施例3

配制1％的聚乙二醇溶液作為水相1，水相2是將1、6-己二胺溶解于1％聚乙二醇溶液中，1、6-己二胺的濃度分別為0.01mol/L、0.03mol/L、0.05mol/L；將對苯二甲酰氯溶解到環(huán)己烷與氯仿的混合溶液中作為油相，控制1、6-己二胺與對苯二甲酰氯的濃度比為1:2，對應(yīng)的對苯二甲酰氯的濃度分別為0.02mol/L、0.06mol/L、0.10mol/L，向油相中加入1％的吐溫80作為表面活性劑；調(diào)節(jié)水相1和水相2的流速為0.5mL/Min，油相流速為10μL/Min；將三相流體同時通入微流體裝置中，經(jīng)過聚合反應(yīng)，制備三組不同單體濃度下的聚酰胺的單層微膠囊。

將制備的單層微膠囊取出，流動水洗滌兩次，然后將其置于蒸餾水中，通過滲透作用，水進(jìn)入微膠囊膜內(nèi)，再向水中加入1、6-己二胺，1、6-己二胺與油核中過量的對苯二甲酰氯反應(yīng)，形成雙層膜的微膠囊。圖4為實施例3制備的微膠囊膜的SEM圖以及與其相對應(yīng)的雙層結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微鏡圖，其中圖a和圖d對應(yīng)的1、6-己二胺的濃度(C_HDMA)為0.01mol/L，對苯二甲酰氯(C_TPC)的濃度為0.02mol/L；圖b和圖e對應(yīng)的C_HDMA＝0.03，C_TPC＝0.06；圖c和圖f對應(yīng)的C_HDMA＝0.05，C_TPC＝0.10。從圖中我們可以看出，當(dāng)單體濃度較低時，微膠囊表面十分粗糙，充滿褶皺，如圖4a，將該條件下制備的微膠囊置于水中，在較短的時間內(nèi)，即可形成雙層結(jié)構(gòu)，這說明該條件下的微膠囊具有較大的延展彈性和滲透性；隨著聚合單體濃度的增加，微膠囊膜表面形態(tài)趨于平整光滑，如圖4c，但相應(yīng)的延展彈性逐漸降低，置于水中相同的時間，不能夠形成雙層的結(jié)構(gòu)，如圖4f。

實施例4

配制1％、5％、10％的聚乙二醇溶液作為水相1，水相2是將1、6-己二胺溶解于不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚乙二醇溶液中，1、6-己二胺的濃度分別為0.05mol/L；將對苯二甲酰氯溶解到環(huán)己烷與氯仿的混合溶液中作為油相，控制1、6-己二胺與對苯二甲酰氯的濃度比為1:2，對應(yīng)的對苯二甲酰氯的濃度分別為0.10mol/L，向油相中加入1％的吐溫80作為表面活性劑；調(diào)節(jié)水相1和水相2的流速為0.5mL/Min，油相流速為10μL/Min；將三相流體同時通入微流體裝置中，經(jīng)過聚合反應(yīng)，制備三組不同單體濃度下的聚酰胺的單層微膠囊。

將制備的單層微膠囊取出，流動水洗滌兩次，然后將其置于蒸餾水中，通過滲透作用，水進(jìn)入微膠囊膜內(nèi)，再向水中加入1、6-己二胺，1、6-己二胺與油核中過量的對苯二甲酰氯反應(yīng)，形成雙層膜的微膠囊。圖5為實施例4制備的微膠囊的光學(xué)顯微鏡圖，5a和5d為聚乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％時制備的微膠囊；5b和5e對應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％；5c和5f對應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％。從圖5a、b、c中我們可以看到，當(dāng)水相粘度較低時微膠囊的表面較為平整，隨著水相粘度的增加，微膠囊表面褶皺增多，出現(xiàn)明顯的形變，這是由于隨著粘度的增大，在形成膜時所受到的阻力越大，因此，所制備的單層微膠囊具有更多的褶皺，相應(yīng)的具有較大的比表面積。從圖5d、e、f中看到，當(dāng)聚乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％時，微膠囊的比表面積不足以使其形成雙層結(jié)構(gòu)，蒸餾水可以進(jìn)入聚酰胺膜內(nèi)，但是不足以分離油相與膜層，只形成一個個小水滴，隨著粘度的繼續(xù)增大，內(nèi)外徑比值逐漸減小，可以制備出不同結(jié)構(gòu)的雙層微膠囊。但是，隨著粘度的增大，微膠囊的形變也越來越大，從圖5f中我們可以看到，當(dāng)聚乙二醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％時，外層微膠囊呈現(xiàn)為梭狀。

實施例5

配制5％的聚乙二醇溶液作為水相1，水相2是將1、6-己二胺溶解于5％聚乙二醇溶液中，1、6-己二胺的濃度為0.05mol/L；將對苯二甲酰氯溶解到環(huán)己烷與氯仿的混合溶液中作為油相，同時溶解0.05mol/L分散藍(lán)，控制1、6-己二胺與對苯二甲酰氯的濃度比為1:2，對苯二甲酰氯的濃度為0.10mol/L，向油相中加入1％的吐溫80作為表面活性劑；調(diào)節(jié)水相1和水相2的流速為0.5mL/Min，油相流速為10μL/Min；將三相流體同時通入微流體裝置中，經(jīng)過聚合反應(yīng)，制備單層微膠囊。取出部分干燥留用。

將制備的單層微膠囊取出，流動水洗滌兩次，然后將其置于蒸餾水中，通過滲透作用，水進(jìn)入微膠囊膜內(nèi)，再向水中加入1、6-己二胺，1、6-己二胺與油核中過量的對苯二甲酰氯反應(yīng)，形成雙層膜的微膠囊。將制備的雙層微膠囊取出，干燥，稱取相同質(zhì)量的雙層和單層微膠囊，以丙酮為萃取劑測其緩釋性能。圖6為實施例5單、雙層微膠囊釋放曲線圖。從圖中我們可以看出單層微膠囊的釋放開始勻速釋放，很快地進(jìn)入到過渡階段，并且達(dá)到平衡階段；而雙層微膠勻速釋放階段比單層微膠囊要長，且達(dá)到平衡階段所需時間也較長，所以雙層微膠囊在緩釋方面有更好的表現(xiàn)。