粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球及其製備方法和所用裝置的製作方法

2023-05-29 10:46:31

專利名稱：粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球及其製備方法和所用裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及單分散微球的製備領域，具體地說涉及一種粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球及其製備方法和所用裝置。
背景技術：
聚乙烯醇(PVA)凝膠微球具有無毒和生物相容性良好的特點，廣泛用於控制藥物釋放速度、延長作用時效、對特定組織和器官靶向釋放等方面。趙大慶等應用乳化聚合技術，以醛或硼砂為交聯劑，獲得PVA凝膠微球，但該技術只能使用低濃度的PVA溶液，致使PVA凝膠微球的力學性能不足。高素照等採用高壓靜電技術獲得PVA凝膠微球用於多孔三維細胞支架製備，此法所得PVA微球為物理交聯，經微波處理可再次溶解於水中。
PVA凝膠微球還廣泛用於進行動脈栓塞，治療惡性腫瘤、子宮肌瘤、肝血管瘤、甲狀腺功能亢進症、急性消化道出血等。通過超選擇動脈栓塞，使腫瘤供血動脈閉鎖，切斷對腫瘤細胞的營養造成腫瘤組織壞死。若微球中含有抗腫瘤藥物，則能大大提高藥物的療效，降低其毒副作用對於一些不能手術的惡性腫瘤患者，此項技術更具有特殊的意義。魏樹禮等用乳化聚合法製備了 PVA微球與5-氟尿嘧啶PVA微球，PVA微球的90. 2%微球直徑在50 100 μ m範圍平均直徑為71. 5 μ m。Boschetti等(美國專利US7, 670, 592)用乳化聚合法以甲醛為交聯劑製備的PVA凝膠微球粒徑達數百微米，採用機械攪拌法形成W/0乳液並交聯固化成微球。這種乳化聚合法在製備數十至數百微米微球時，由於控制生成粒徑均勻的液滴的難度較大，固化後所得微球粒徑分布較寬，難以獲得尺寸均一的單分散微球。而粒徑在幾十至幾百微米的聚合物微球不易被細胞吞噬，具有靶向性且負載的藥物釋放時間長，作為腫瘤治療中的藥物載體具有優勢。

發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球的製備方法。本發明的另一目的在於提供一種粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球。本發明的還一目的在於提供製備上述粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球所用的裝置。為了實現本發明的目的，本發明提供了一種粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球的製備方法，其步驟如下配製凝固浴溶液、分散相溶液和連續相溶液，控制分散相和連續相的流速和粘度，當分散相與連續相匯合後，獲得粒徑不同且直徑尺寸均一的聚乙烯醇溶液液滴，所述液滴通過固化得粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球。更具體地，該方法包括以下步驟( I)凝固浴溶液的配製按比例將含硼化合物加入醇和氨基醇的混合液中，磁力攪拌並加熱使其溶解，配製硼化合物濃度為O. 005 0. 050g · mL—1凝固浴溶液；
(2)分散相和連續相的配製將適量聚乙烯醇加入去離子水中，磁力攪拌並加熱使其溶解，配製聚乙烯醇重量百分比為29TlO%的分散相溶液；將低極性化合物與醇混合，配製低極性化合物與醇體積比為100 (Γ250的連續相溶液；(3)調整分散相和連續相的流速和粘度控制分散相流速範圍為2(T300mm
連續相流速範圍為2(T300mm · mirT1，分散相粘度範圍為l 500mPa · s，連續相粘度範圍為50 2500mPa · s ；(4)聚乙烯醇液滴的形成步驟(2)所得分散相溶液和連續相溶液匯合後，可獲得粒徑不同且直徑尺寸均一的聚乙烯醇溶液液滴；(5)液滴固化成微球收集步驟(4)所得的液滴於步驟(I)配製得凝固浴溶液中，固化反應後，所得液滴即可固化成粒徑可控的單分散聚乙烯醇水凝膠微球。其中，步驟(I)中所述的硼化合物優選為硼砂或硼酸；醇優選為異戊醇、異辛醇或 己醇；氨基醇優選為三乙醇胺或二乙醇胺；醇和氨基醇的體積比優選為2 I;所述加熱是指緩緩加熱至60°C。其中，步驟(2 )中所述低極性化合物優選為矽油、大豆油或色拉油，更優選為矽油；所述醇優選為異戊醇、異辛醇中的一種或兩種，更優選為異戊醇和異辛醇混合物；所述加熱是指緩緩加熱至90°C。步驟(5)中所述固化反應的時間為2 8小時。所述製備方法還包括步驟(6)聚乙烯醇水凝膠微球的後處理將步驟(5)所得的聚乙烯醇水凝膠微球經過過濾或潷析(傾析)後，殘留的有機溶液用有機溶劑洗滌數次，置於水溶性溶劑中浸泡數天，濾去溶劑，乾燥，即得單分散性聚乙烯醇凝膠微球。所述有機溶劑是指非極性及弱極性有機溶劑，優選為己烷、石油醚、二氯甲烷、氯仿，或己烷、石油醚、二氯甲烷、氯仿與甲醇、乙醇、丙酮等水溶性溶劑組成的混合溶劑。本發明進一步提供了上述方法製備的粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球。所述單分散聚乙烯醇凝膠微球的粒徑範圍為5(Γ600 μ m,分散係數CV小於5%。本發明更進一步提供了上述製備方法所用的微流體控制裝置，其包括分散相注射器、連續相注射器、分散相注射泵、連續相注射泵、T型三通、回收容器，所述分散相注射器和連續相注射器分別安裝在分散相注射泵和連續相注射泵上，並分別通過導管與T型三通的兩個埠相連通；所述T型三通的第三埠連通有導管，所述分散相注射器和連續相注射器中的液體在此導管匯集後流入回收容器中進行固化。其中，所述T型三通的三個埠內設有內螺紋；所述連續相注射器與T型三通連接導管的端頭外側設有與T型三通埠內螺紋相比配的外螺紋；所述分散相注射器與T型三通連接的導管為毛細管，所述分散相注射器與T型三通連接的接口處設有封閉套管，封閉套管與T型三通連接的一端外側設有與T型三通埠內螺紋相比配的外螺紋，封閉套管的端面為帶有一通孔的封閉面，所述通孔的直徑與毛細管的外直徑相匹配；所述毛細管穿過所述封閉套管插入到與所述T型三通第三埠連通的導管中；所述T型三通的第三埠連通導管的端頭外側設有與T型三通埠內螺紋相比配的外螺紋。優選的，所述連接導管優選為聚四氟乙烯管；
更優選的，所述連續相注射器與T型三通連接的導管外徑為1600um，內徑為IOOOum ;所述分散相注射器與T型三通連接的導管毛細管外徑為16(T750um，內徑為2(T540um ;所述T型三通的第三埠連通的導管外徑為1600 3200 μ m，內徑為500 1600 μ m。上述裝置製備粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球的原理如下將配製好的分散相溶液和連續相溶液分別裝入分散相和連續相注射器中，並分別置於分散相和連續相注射泵上，通過調整注射泵的推進速度以及分散相毛細管的尺寸，控制分散相和連續相的流速、流量及粘度，可獲得粒徑不同且直徑尺寸均一的聚乙烯醇溶液液滴。本發明採用微流體控制裝置製備粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球。作為分散相的聚乙烯醇溶液在注射泵的推動下流入微流體控制器中的毛細管中，在毛細管的流出埠，當分散相液體流出時，流動的連續相的粘滯力與液體之間的表面張力相互作用結果導致分散相液體在流出埠處被剪切成液滴，液滴的直徑受分散相和連續相的表面張力、粘度、流速、毛細管出口端尺寸等因素的影響，在固定上述製備參數下可以連續獲得尺寸均一的聚乙烯醇溶液液滴，經過交聯反應後即可獲得單分散性的聚乙烯醇凝膠微球。減小毛細 管直徑，增加連續相的流速或粘度，減小分散相流速，可以導致最終獲得的聚乙烯醇凝膠微球的尺寸也相應減小，故可以簡單方便地通過改變毛細管尺寸，連續相和分散相流速與粘度，實現單分散聚乙烯醇凝膠微球的可控制備。本發明製備的單分散聚乙烯醇凝膠微球表面形態較好，粒徑範圍為5(Γ600μπι;該製備裝置裝配和拆卸簡便，通過調整微流體控制器內分散相流經的毛細管尺寸，連續相和分散相流速及粘度，可以方便地對所製備微球的尺寸進行調控。微球不需加熱在常溫下即可快速交聯固化，能耗小，耗時短，成本低，拓寬了 PVA凝膠微球在醫藥領域的應用。


圖I為實施例I製備的聚乙烯醇微球的光學顯微圖片，標尺為200 μ m ;圖2為實施例2製備的聚乙烯醇微球的光學顯微圖片，標尺為200 μ m ;圖3為實施例3製備的聚乙烯醇微球的光學顯微圖片，標尺為200μπι ;圖4為實施例4製備的聚乙烯醇微球的光學顯微圖片，標尺為200 μ m ;圖5為實施例5製備的聚乙烯醇微球的光學顯微圖片,標尺為200 μ m ；圖6為本發明微流體控制裝置示意圖；圖7為本發明微流體控制裝置A部位放大示意圖；圖中，1-1連續相注射泵；1_2分散相注射泵；2_1連續相注射器；2_2分散相注射器；3_毛細管；4_連續相導管；5-T型三通；6_輸出導管；7_聚乙烯醇溶液液滴；8-回收容器；9_凝固浴；10_封閉套管；11_分散液滴。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明相關內容。需要指出的是，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，而且，在閱讀了本發明的內容之後，本領域相關技術人員可以對本發明做出各種改動或修改，這些等價形式同樣落入本申請所附權利要求書所限定的範圍。
實施例I將O. 5g硼砂加入到IOmL異戊醇與5mL三乙醇胺的混合物中，磁力攪拌並緩緩加熱至60°C使其溶解，配製成凝固浴溶液。將I. Og聚乙烯醇加入到含有12. 5mL去離子水的燒杯中，磁力攪拌並緩緩加熱至90°C使其溶解，製得分散相溶液；將30mL矽油與20mL異辛醇混合均勻，獲得連續相溶液。將上述分散相溶液和連續相溶液分別裝入ImL和50mL的注射器中，置於兩臺推進泵上，連接微流體控制器，設置分散相流速為26mm · mirT1，粘度160mPa · s,連續相流速為200mm · mirT1,粘度540mPa · s,毛細管尺寸為外徑/內徑165/98 μ m,開啟微流體控制裝置，製備單分散聚乙烯醇溶液液滴；收集生成的液滴於裝有上述凝固浴溶液的培養皿中，緩緩攪拌室溫下固化反應4h，液滴即可固化成聚乙烯醇水凝膠微珠。經過簡單的潷析後，殘留的有機溶液用氯仿與乙醇的I : 1(體積比)混合液洗滌4次，再用乙醇洗滌2次後，置於 乙醇中浸泡4天，濾去乙醇，乾燥，即得單分散聚乙烯醇凝膠微球。圖I為所得微球的光學顯微圖片，可以看出微球粒徑均一，具有單分散性，粒徑為50 μ m。實施例2將O. 5g硼砂加入到IOmL異戊醇與5mL三乙醇胺的混合物中，磁力攪拌並緩緩加熱至60°C使其溶解，配製成凝固浴溶液。將I. Og聚乙烯醇加入到含有12. 5mL去離子水的燒杯中，磁力攪拌並緩緩加熱至90°C使其溶解，製得分散相溶液；將30mL矽油與20mL異辛醇混合均勻，獲得連續相溶液。將上述分散相溶液和連續相溶液分別裝入ImL和50mL的注射器中，置於兩臺推進泵上，連接微通道反應器後，設置分散相流速為72mm · mirT1,粘度160mPa · s,連續相流速為127_ · mirT1，粘度540mPa · s,毛細管尺寸為外徑/內徑245/98 μ m,開啟微流體控制裝置，製備單分散聚乙烯醇溶液液滴；收集生成的液滴於裝有上述凝固浴溶液的培養皿中，緩緩攪拌室溫下固化反應4h，液滴即可固化成聚乙烯醇水凝膠微珠。經過簡單的潷析後，殘留的有機溶液用氯仿與乙醇的I : 1(體積比)混合液洗滌4次次，再用乙醇洗滌2次後，置於乙醇中浸泡4天，濾去乙醇，乾燥，即得單分散聚乙烯醇凝膠微球。圖2為所得微球的光學顯微圖片，可以看出微球粒徑均一，具有單分散性，粒徑為270 μ m。實施例3將O. 5g硼砂加入到IOmL異戊醇與5mL三乙醇胺的混合物中，磁力攪拌並緩緩加熱至60°C使其溶解，配製成凝固浴溶液。將I. Og聚乙烯醇加入到含有12. 5mL去離子水的燒杯中，磁力攪拌並緩緩加熱至90°C使其溶解，製得分散相溶液；將30mL矽油與20mL異辛醇混合均勻，獲得連續相溶液。將上述分散相溶液和連續相溶液分別裝入ImL和50mL的注射器中，置於兩臺推進泵上，連接微通道反應器後，設置分散相流速為264mm · mirT1,粘度160mPa · s,連續相流速為46mm · mirT1,粘度540mPa · s,毛細管尺寸為外徑/內徑360/225 μ m,開啟微流體控制裝置，製備單分散聚乙烯醇溶液液滴；收集生成的液滴於裝有上述凝固浴溶液的培養皿中，緩緩攪拌下室溫下固化反應4h，液滴即可固化成聚乙烯醇水凝膠微珠。經過簡單的潷析後，殘留的有機溶液用氯仿與乙醇的I : 1(體積比)混合液洗滌4次次，再用乙醇洗滌2次後，置於乙醇中浸泡4天，濾去乙醇，乾燥，即得單分散聚乙烯醇凝膠微球。圖3為所得微球的光學顯微圖片，可以看出微球粒徑均一，具有單分散性，粒徑為580 μ m。
實施例4將O. 5g硼砂加入到IOmL異戊醇與5mL 二乙醇胺的混合物中，磁力攪拌並緩緩加熱至60°C使其溶解，配製成凝固浴溶液。將L Og聚乙烯醇加入到含有IOmL去離子水的燒杯中，磁力攪拌並緩緩加熱至90°C使其溶解，製得分散相溶液；將30mL大豆油與30mL異戊醇混合均勻，獲得連續相溶液。將上述分散相溶液和連續相溶液分別裝入ImL和50mL的注射器中，置於兩臺推進泵上，連接微流體控制器，設置分散相流速為72mm · mirT1，粘度IlOmPa · s，連續相流速為140mm · min—1，粘度540mPa · s,毛細管尺寸為外徑/內徑245/98 μ m,開啟微流體控制裝置，製備單分散聚乙烯醇溶液液滴；收集生成的液滴於裝有上述凝固浴溶液的培養皿中，緩緩攪拌室溫下固化反應5h，液滴即可固化成聚乙烯醇水凝膠微珠。經過簡單的潷析後，殘留的有機溶液用氯仿與乙醇的I : 1(體積比)混合液洗滌4次，再用乙醇洗滌2次後，置於乙醇中浸泡4天，濾去乙醇，乾燥，即得單分散聚乙烯醇凝膠微球。圖4為所得微球的光學 顯微圖片，可以看出微球粒徑均一，具有單分散性，粒徑為240 μ m。實施例5將O. 5g硼砂加入到50mL異戊醇與25mL三乙醇胺的混合物中，磁力攪拌並緩緩加熱至60°C使其溶解，配製成凝固浴溶液。將I. Og聚乙烯醇加入到含有12. 5mL去離子水的燒杯中，磁力攪拌並緩緩加熱至90°C使其溶解，製得分散相溶液；將30mL色拉油與30mL異辛醇混合均勻，獲得連續相溶液。將上述分散相溶液和連續相溶液分別裝入ImL和50mL的注射器中，置於兩臺推進泵上，連接微流體控制器，設置分散相流速為72mm · mirT1，粘度75mPa · s，連續相流速為140mm · min—1，粘度540mPa · s,毛細管尺寸為外徑/內徑245/98 μ m,開啟微流體控制裝置，製備單分散聚乙烯醇溶液液滴；收集生成的液滴於裝有上述凝固浴溶液的培養皿中，緩緩攪拌室溫下固化反應3h，液滴即可固化成聚乙烯醇水凝膠微珠。經過簡單的潷析後，殘留的有機溶液用氯仿與乙醇的I : I (體積比)混合液洗滌4次，再用乙醇洗滌2次後，置於乙醇中浸泡4天，濾去乙醇，乾燥，即得單分散聚乙烯醇凝膠微球。圖5為所得微球的光學顯微圖片，可以看出微球粒徑均一，具有單分散性，粒徑為315 μ m。實施例6如圖6和圖7所示，一種微流體控制裝置，其包括分散相注射器2-2、連續相注射器2-1、分散相注射泵1-2、連續相注射泵1-1、T型三通5、回收容器8，所述分散相注射器2-2和連續相注射器2-1分別安裝在分散相注射泵1-2和連續相注射泵1-1上，並分別通過導管與T型三通5的兩個埠相連通；其中，T型三通5的第三埠連通有導管，所述分散相注射器和連續相注射器中的液體在此導管中匯集後流入回收容器。其中，所述T型三通5三個埠內設有內螺紋；所述連續相注射器2-1與T型三通5連接導管的端頭外側設有與T型三通5埠內螺紋相比配的外螺紋；所述分散相注射器2-2與T型三通5連接的導管為毛細管3，所述分散相注射器2-2與T型三通5連接的接口處設有封閉套管10，封閉套管10與T型三通5連接的一端外側設有與T型三通5埠內螺紋相比配的外螺紋，封閉套管10的端面為帶有一通孔的封閉面，所述通孔的直徑與毛細管的外直徑相匹配；所述T型三通5的第三埠連通導管的端頭外側設有與T型三通5埠內螺紋相比配的外螺紋。 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。·
權利要求
1.一種粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球的製備方法，其步驟如下配製凝固浴溶液、分散相溶液和連續相溶液，控制分散相和連續相的流速和粘度，當分散相與連續相匯合後，獲得粒徑不同且直徑尺寸均一的聚乙烯醇溶液液滴，所述液滴通過固化得粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球。
2.如權利要求I所述的方法，其具體包括以下步驟 (1)凝固浴溶液的配製按比例將含硼化合物加入醇和氨基醇的混合液中，磁力攪拌並加熱使其溶解，配製硼化合物濃度為O. 005 0. 050g · mL—1凝固浴溶液； (2)分散相和連續相的配製將適量聚乙烯醇加入去離子水中，磁力攪拌並加熱使其溶解，配製聚乙烯醇重量百分比為29TlO%的分散相溶液；將低極性化合物與醇混合，配製低極性化合物與醇體積比為100 (Γ250的連續相溶液； (3)調整分散相和連續相的流速和粘度控制分散相流速範圍為2(T300mm· mirT1，連續相流速範圍為2(T300mm · mirT1，分散相粘度範圍為l 500mPa · s，連續相粘度範圍為50 2500mPa · s ； (4)聚乙烯醇液滴的形成步驟(2)所得分散相溶液和連續相溶液匯合後，可獲得粒徑不同且直徑尺寸均一的聚乙烯醇溶液液滴； (5)液滴固化成微球收集步驟(4)所得的液滴於步驟(I)配好的凝固浴溶液中，固化反應後，液滴即可固化成粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟(I)所述的硼化合物為硼砂或硼酸；醇為異戊醇、異辛醇或己醇；氨基醇為三乙醇胺或二乙醇胺；醇和氨基醇的體積比為2 I ；步驟(I)所述加熱是指緩緩加熱至60°C。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟(2)中所述低極性化合物為矽油、大豆油或色拉油；所述醇為異戊醇、異辛醇中的一種或兩種；步驟(2)所述加熱是指緩緩加熱至90。。。
5.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟(5)中所述固化反應的時間為21小時。
6.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述製備方法還包括步驟(6)聚乙烯醇水凝膠微球的後處理將步驟(5)所得的聚乙烯醇水凝膠微球經過過濾或潷析後，殘留的有機溶液用有機溶劑洗滌數次，置於水溶性溶劑中浸泡數天，濾去溶劑，乾燥，即得單分散性聚乙烯醇凝膠微球。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述水溶性溶劑為甲醇、乙醇、丙酮中的一種或幾種；所述有機溶劑是指非極性及弱極性有機溶劑。
8.權利要求Γ7任意一項所述製備方法得到的粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球。
9.如權利要求8所述的單分散聚乙烯醇凝膠微球，其特徵在於，所述單分散聚乙烯醇凝膠微球的粒徑範圍為5(Γ600 μ m,分散係數CV小於5%。
10.製備權利要求8所述凝膠微球所用的微流體控制裝置，其包括分散相注射器、連續相注射器、分散相注射泵、連續相注射泵、T型三通、回收容器，所述分散相注射器和連續相注射器分別安裝在分散相注射泵和連續相注射泵上，並分別通過導管與T型三通的兩個埠相連通；所述T型三通的第三埠連通有導管，所述分散相注射器和連續相注射器中的液體在此導管匯集後流入回收容器進行固化。
全文摘要
本發明涉及一種粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球的製備方法，其步驟如下配製分散相溶液和連續相溶液，控制分散相和連續相的流速、流量及粘度，當分散相與連續相匯合後，可獲得粒徑不同且直徑尺寸均一的聚乙烯醇溶液液滴，所述液滴通過固化得粒徑可控的單分散聚乙烯醇水凝膠微球。本發明還涉及了粒徑可控的單分散聚乙烯醇凝膠微球的製備裝置及其所獲得的單分散聚乙烯醇凝膠微球。本發明製備的微球表面形態較好，粒徑範圍為50~600μm；所用製備裝置裝拆簡便，通過改變毛細管尺寸或控制連續相與分散相流速或粘度，可實現單分散聚丙烯醯胺微球尺寸可控制備，粒徑分布係數CV小於5%。
文檔編號B01J13/14GK102895927SQ20121040713
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者常振旗, 韋正友 申請人:中國科學技術大學