殼聚糖/海藻酸鈉生物微膠囊的研究進展
佚名
關鍵詞: 殼聚糖;海藻酸鈉;生物微膠囊 摘要殼聚糖作為一種陽離子聚電解質,由于其良好的生物相容性、原料易得及價格便宜而倍受從事生物微膠囊的工作者的關注。本文綜述了殼聚糖和海藻酸鈉制備生物微膠囊的原理、、因素和背景。
自從A.M.Sun發明海藻酸鈉-聚賴氨酸-海藻酸鈉(APA)生物微膠囊(簡稱微膠囊)以來,微膠囊技術廣泛用于人工器官研制,動植物細胞、微生物及酶固定化,藥物控制釋放[1],使得微膠囊在生物醫學工程以及其它生物技術領域具有了廣泛的應用前景。 制備微膠囊的原理有多種,其中通過聚電解質絡合原理制備微膠囊是采用較多的一種。通過這種原理制備微膠囊的顯著優點是制備過程溫和,微囊化的生物活性物質在制備過程中活性損失很少或不損失。通過這種原理制備微膠囊所選用的陰、陽離子聚電解質材料也有多種,本文著重介紹殼聚糖和海藻酸鈉這兩種天然聚電解質材料制備微膠囊的原理、方法、影響因素和應用背景。 1 殼聚糖和海藻酸鈉反應原理 殼聚糖是通過甲殼素脫乙酰化制備的天然高分子直鏈多糖,化學名稱為(1-4)-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡聚糖。海藻酸鈉是存在于褐藻類中的天然高分子,從其結構上看是由β-1,4結構的D型甘露糖醛酸的鈉鹽(M)和α-1,4結構的L型古羅糖醛酸的鈉鹽(G)共聚而成。由于殼聚糖分子鏈上有大量的伯氨基,海藻酸鈉的分子鏈上有大量的羧基,所以殼聚糖和海藻酸鈉可以通過正、負電荷吸引形成聚電解質膜,反應簡圖如下: 2 制備方法 采用上述原理制備殼聚糖/海藻酸鈉微膠囊,在制備方法上,可以分為一步法[2~17]、兩步法[18]和復合法[19]。 2.1 一步法 采用一步法主要有兩種方式。一種方式是將殼聚糖和氯化鈣的混合溶液直接滴入海藻酸鈉溶液中反應形成微膠囊;最終得到了含有殼聚糖沉積層、殼聚糖/海藻酸鈉絡合層和海藻酸鈣凝聚層共三層,內部是液態的微膠囊[2—4]。另外一種方式是反向操作,即將海藻酸鈉溶液滴入殼聚糖和氯化鈣的混合溶液中形成微膠囊[4—17]。 2.2 兩步法 這種合成方法類似于傳統的APA微膠囊的制備方法。過程簡述如下[18]: (1)海藻酸鈉溶液滴入氯化鈣溶液形成海藻酸鈣凝膠珠; (2) 海藻酸鈣凝膠珠再和殼聚糖反應形成微膠囊; 2.3 復合法 復合法是在上述兩種方法基礎上建立起來的,先制備殼聚糖/海藻酸鈉微膠囊,然后再以雙功能團分子對微膠囊的表面進行修飾,制備過程如下[19]: (1) 海藻酸鈉溶液乳化、凝膠化; (2)凝膠化海藻酸鹽與殼聚糖進行反應形成微膠囊; (3)微膠囊用戊二醛、1,6-己二異氰酸脂或苯四甲酸二酐溶液進行表面交聯。 上述三種制備方法各有優缺點。一步法的顯著優點是制備方法簡單,成囊速度快,微囊化物質不容易在制備過程中流失,比較適合于蛋白分子的微囊化。但是,由這種方法制備的微膠囊球性度和光潔度較差,制備過程中微膠囊之間容易粘接。兩步法制備的微膠囊球性度和光潔度好,但是制備過程相對繁瑣;而且,在制備海藻酸鈣膠珠時,微囊化物質容易流失,因此,這種方法相對而言更適合于細胞的微囊化。復合法制備的微膠囊強度較好,但也存在著制備過程繁瑣這樣的缺點,而且制備條件激烈。因此,這種方法較適合于對環境不很敏感的某些微生物進行微囊化。 3 影響微膠囊性能的主要因素 在殼聚糖/海藻酸鈉微膠囊的研究中,主要考察的因素有:殼聚糖分子量、pH值和溶液濃度等。這些因素對微膠囊性能的影響程度主要是通過對微膠囊的強度和控釋性來表征的。 3.1 殼聚糖分子量對微膠囊強度與控釋性的影響 從Polk等[5]和Goosen等[18]的實驗可以得出這樣一個結論:殼聚糖分子量對微膠囊的強度和控釋性的影響是最主要的。