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微球:具有无限可能性的微小粒子


目录:

1.简介

2.制备方法

3.应用领域

 

1. 简介

微球(microsphere)是指药物分散或被吸附在高分子、聚合物基质中而形成的微粒分散体系制备微球的载体材料很多,主要分为天然高分子微球(如淀粉微球,白蛋白微球,明胶微球,壳聚糖等)和合成聚合物微球(如聚乳酸微球)。微球是一种微小的球形结构,通常由纳米级的材料制成。它们的直径通常在几微米到几百微米之间,因此被称为微球的制造技术已经得到了广泛的应用。

图1 微球示意图

 

2. 制备方法

微球制备是一种常用的实验技术,用于制备具有特定形状和尺寸的微小颗粒或微球。目前,有乳化挥发法、相分离法、喷雾干燥法、乳液聚合法、热熔挤出法微流控技术等方法来制备微球。下面就让小编来介绍一下这几种方法。

 

2.1 乳化挥发法

乳化溶剂挥发法简便实用,因此最为常用。乳化溶剂挥发法分为单乳法和复乳法,其原理是将不相混溶的两种液体通过机械搅拌或超声乳化方式制成乳剂,被分散成乳滴的液体为内分散相,分散乳滴的液体为外连续相,内分散相溶剂挥发除去,成球材料析出,自动固化成微球,内分散相的溶剂必须在外连续相中具有一定的溶解度和挥发性。乳化挥发法主要包括 O/ W (水包油)乳化法、O1 / O2 乳化法、复乳-液中干燥法。O/ W 乳化法适合脂溶性药物微球的制备,后两种方法常用于水溶性药物微球的制备。

 

(1)O/ W 乳化法

将溶有药物和聚乳酸的有机溶剂 ,加入到含有乳化剂的水相中 ,通过机械搅拌或超声波形成 O/ W 型乳剂 ,除去内相有机溶剂 ,聚乳酸与药物沉积形成微球。

 

(2)O1 / O2 乳化法

将溶解了药物和聚合物的有机相在不相混溶的含乳化剂的有机相中进行乳化 ,可制备微球。

 

(3)复乳-液中干燥法

此法是在传统的乳化溶剂挥发法的基础上改进而成 ,把药物的水溶液或混悬液加入到溶有聚合物的有机溶剂中 ,搅拌或超声振荡使成初乳 ( W/ O 型) ,再将初乳转入到含有稳定剂的水溶液中 ,匀化成复乳 ( W/ O/ W 型) ,除去有机溶剂 ,固液分离 ,洗涤干燥即得。人们还发明了 W/ O/ O、W/ O/ O/ O 等多种复乳法。

 

2.2 相分离法

相分离法是在药物、聚合物的混合溶液中加入相分离剂来降低聚合物的溶解度,使其包裹药物、形成载药小液滴,然后转移到另一种有机非溶剂中,固化微球。

图2 空白微球制备示意图

 

2.3 喷雾干燥法

喷雾干燥法制备微球是将液体原辅料喷雾到热干燥介质中,使原辅料在喷雾干燥仪中转变成干粉的一种方法。具体的制备过程可分为三步:雾化器将原辅料溶液雾化成小液滴 → 干燥气体使小液滴固化干燥 → 将干燥颗粒从干燥介质中分离出来。

图3 喷雾干燥法制备微球示意图

 

2.4 乳液聚合法

乳液聚合法是借助乳化剂的作用,在机械搅拌或振荡下,单体在水中形成乳液而进行的聚合。

 

2.5 热熔挤出法

热熔挤出法是将药物同聚合物或其他辅料进行熔融混合,得到均匀分布的条块状产品,再对其进行研磨,得到颗粒状微球。通过控制熔融温度和研磨条件可以调整微球的粒径大小和药物分布。

 

2.6 微流控技术

微流控技术是一项可应用于微球制备的新技术,基本原理是使互不相溶的两相溶液在微通道中交汇,在外力或流动的剪切力的作用下被分割成微米级乳液液滴,最后挥去溶剂固化得到微球。微流控技术是聚合物微球制备的一种优选途径。

 

微流控技术制备微球一般分为两步:

(1)乳滴形成, 即单体或聚合流体在微流控通道中乳化形成液滴;

(2)乳滴固化或聚合,乳化形成的乳滴随后经原位固化(在微通道内)生成微球,固化方式主要包括聚合、冻结和溶剂蒸发等。

 

迄今为止,微流控技术制备微球或乳滴最常用的乳化装置主要有 3 种:含台阶式微通道、T型垂直交错微通道及流体聚焦微通道的微流控装置。

图4 台阶式微通道乳化装置示意图

 

图5 T型垂直交错微通道乳化装置示意图

图6 流体聚焦微通道乳化示意图

 

3. 应用领域

微球的应用极其广泛,几乎渗透到所有的产业:无论是医药、食品安全检测、医疗诊断,还是水处理、节能环保、石油化工等都离不开先进的微球材料。

 

3.1 在医学领域:

(1)药物制备成微球后可达到下述目的:掩盖药物不良气味及口味,如鱼肝油、生物碱类等;提高药物的稳定性,如易氧化的β-胡萝素、对水气敏感的阿司匹林等;使液态药物圆体化便于应用与储存,如油类、香料、脂溶性维生素等;对缓释或控释药物,可采用惰性基质、薄膜、可生物降解材料、亲水性凝胶等制成微球或微囊,可使药物控释或缓释,再制成拉释或缓释制剂;使药物浓集于靶区。

 

(2)微球还被用于制造药物输送系统。这些微球可以被注射到人体内,然后释放药物。由于微球的大小和形状口以被精确控制,因此可以将药物输送到需要的位置,从而提高药物的疗效。此外,微球还可以用于制造人工血管和组织工程。

图7 医学领域

 

3.2 在食品安全检测领域:

微球由于有极高的比表面积和特殊的表面基团使得微球具有选择性吸附功能,因此特殊功能化的多孔的微球可以把牛奶里的三聚氰胺,蔬菜里农药残留,血液的有害物质像大海捞针一样把极其微量的有害物质捕获出来,使我们能精确检测到这些有害物质的含量。另外微球还是高效液相色谱和气相色谱柱的心脏, 而高效液相色谱和气相色谱是当今检测和分析有害物质的最重要手段之一。

图8 食品安全检测领域

 

3.3 在水处理领域:

功能性的微球可以除去水里有机杂质和金属离子成分,可制备用在半导体工业、医药、核工业等的超纯水,也可用于净化日常饮用水。水为人类洗涤了污秽,微球却可以铲除水里的污秽,到达净化水的目的。

 

3.4 在医疗诊断领域:

功能化微球如磁性微球,多色荧光编码微球可广泛地应用于免疫分析,进行多样品或多标靶的高通量检测。由于微球的使用,使我们可以更快速,方便地进行疾病检测和诊断。

 

3.5 在化工领域:

微球已广泛地添加到油漆、涂料、造纸、塑料以改善产品的抗刮性,提高产品的耐磨性,及光学性能。

 

总之,微球材料应用非常广泛,几乎渗透到所有的领域,科学家不断地开发出新技术来赋予微球新的光、电、磁、等各种功能,使它为人类创造无限可能,以满足现代产业关键材料和技术的需求。

 

参考文献:

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