一種製備海藻酸鈣凝膠珠的膜乳化/內部凝膠化耦合技術的製作方法
2024-03-27 00:21:05 1
專利名稱：一種製備海藻酸鈣凝膠珠的膜乳化/內部凝膠化耦合技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製備海藻酸鈣凝膠珠的方法。具體地說，是利用膜乳化/內部凝膠化耦合技術製備海藻酸鈣凝膠珠。
海藻酸鈣凝膠珠是目前常用的細胞培養和蛋白質固定化材料，尤其是外覆高分子材料膜(如聚賴氨酸和殼聚糖)形成的微膠囊作為細胞移植的免疫隔離工具及蛋白質和多肽類生物活性物質的控制釋放載體，在生物醫學領域顯示了美好的應用前景。但是如何製備出粒徑小、粒徑在一定範圍可控、粒徑分布均勻(呈單分散)的海藻酸鈣凝膠珠，實現單分散凝膠珠的大規模生產，和在製備過程中儘可能保護生物物質活性，始終是尚未解決的技術問題。迄今為止報導的海藻酸鈣凝膠珠製備方法中，靜電法(Hommel M，Sun AM，Goosen M F A.Canadian patent No.1241598，1988)是在電場作用下將海藻酸鈉溶液擠壓通過針頭滴入二價鈣離子溶液中，形成的海藻酸鈣凝膠珠比較均勻，但粒徑較大，用作控釋載體時影響其體內分布，而且凝膠珠產率較低(ml/h)，無法實現大規模生產；乳化法(Wan L S C，Heng P W S，Chan L W.Drug J.Microencapsulation，1992，9309～316)通過海藻酸鈉和氯化鈣溶液在異辛烷中二次乳化製備出球形度好，粒徑在150μm的海藻酸鈣凝膠珠，易於實現規模生產，但攪拌產生的高剪切力不利於包埋生物物質的活性保持；乳化/內部凝膠化法(Poncelet D，Lencki R，Beaulieu C et al.I.Methodology.Appl.Microbiol.Biotechnol.，1992，3839～45、Poncelet D，Poncelet DeSmet B，Beaulieu C et al.II.Physicochemistry.Appl.Microbiol.Biotechnol.，1995，43644～650)採用難溶性鈣鹽代替氯化鈣水溶液，一次乳化即可製備出球形度好、粒徑在200～1000μm的海藻酸鈣凝膠珠，但是同樣存在高剪切力破壞作用，且凝膠珠粒徑分布較寬，無法滿足生物醫學領域應用中保持物質活性和對顆粒均勻性的要求。綜上所述，儘管現有方法均能製備出球形度好的海藻酸鈣凝膠珠，但是它們僅能在粒徑、單分散性和大規模生產中的某一個或某兩個方面符合基本要求。膜乳化技術(Muramatsu N，Nakauchi K.J.Microencapsulation，1998，15(6)715～723)是基於微孔膜的新乳化技術，它能夠製備具有單分散性的乳化液滴或微粒，工藝過程溫和，能耗低，易於大規模生產。但是，迄今尚未見到將這種膜乳化技術用於製備海藻酸鈣凝膠珠的報導。
本發明的目的是提供一種製備海藻酸鈣凝膠珠的方法，具體地說是採用膜乳化/內部凝膠化耦合技術製備海藻酸鈣凝膠珠。
為了實現上述目的，本發明將膜乳化技術引入海藻酸鈣凝膠珠製備過程，實現了膜乳化和內部凝膠化技術的集成化；選擇不同的無機膜(鎳金屬膜、氧化鋁陶瓷膜和不鏽鋼膜等)，並通過控制膜孔徑及其分布和優化過程操作參數，實現了具有一定粒徑且粒徑均勻的海藻酸鈣凝膠珠的規模生產；難溶鈣鹽在海藻酸鈉中均勻分布，保證了經膜分散得到的液滴中鈣鹽均勻性，凝膠化反應後可以製備結構均勻，形態良好的海藻酸鈣凝膠珠；整個工藝過程充分考慮了對生物物質活性的保持，可以滿足生物醫學領域應用的需求；海藻酸鈣凝膠珠乃至覆膜形成的微膠囊(如海藻酸鹽/聚賴氨酸微膠囊和海藻酸鹽/殼聚糖微膠囊)粒徑可小於100μm。
具體地說，本發明的一種海藻酸鈣凝膠珠的製備方法，其特徵在於是採用膜乳化/內部凝膠化耦合方法，即將含有難溶性鈣鹽的海藻酸鈉水溶液經膜分散進入含有表面活性劑的液體石蠟中乳化，然後降低體系pH值使難溶性鈣鹽解離釋放出鈣離子，引發凝膠化反應生成海藻酸鈣凝膠珠。
在上所述的製備方法中，其特徵在於乳化體系是含有0.1～2.0g/L難溶性鈣鹽碳酸鈣的海藻酸鈉1～3％(w/v)水溶液為分散相，含有0.5～5.0％(v/v)表面活性劑Span85或Span80的液體石蠟為分散介質。
還有，在上所述的製備方法中，其特徵在於凝膠化體系是以難溶鈣鹽碳酸鈣為凝膠化鈣源均勻分散於海藻酸鈉溶液中，通過加入0.1～0.5％(v/v)冰乙酸降低乳化體系pH值引發凝膠化反應。
還有，在上所述的製備方法中，其特徵在於膜為管式無機膜，凝膠珠粒徑是膜平均孔徑的2～10倍。
還有，在上所述的製備方法，其特徵在於無機膜為鎳金屬膜、銅金屬膜、不鏽鋼膜或氧化鋁陶瓷膜。
還有，在上所述的製備方法，其特徵在於操作壓力在0.05～0.30MPa，分散介質流速在200～2000ml/min.範圍調節。
按上述的本發明的海藻酸鈣凝膠珠的製備方法，具有下述特點1.本發明系統中無機膜組件是控制乳化液滴，甚至海藻酸鈣凝膠珠質量的關鍵部件之一。分散相和包埋物在較小壓力作用下通過具有一定直徑的膜孔，既實現了小粒徑和均勻性液滴和凝膠珠的製備，又避免了攪拌乳化過程中高剪切力對包埋物的破壞作用。
2.本發明系統中分散相儲液罐中帶有攪拌器。當分散相中含有包埋物(如蛋白質和多肽類生物活性物質)時，低速攪拌可以在儘可能不破壞生物物質活性的同時保證其和難溶性鈣鹽顆粒在海藻酸鈉溶液中均勻分散，從而達到良好的包埋效果。
3.本發明系統中分散相儲液罐和乳化液儲液罐中帶有恆溫器。根據包埋物性質調節恆溫器，可以在整個凝膠珠製備過程中為保持生物物質活性提供適宜的溫度。
4.本發明系統中採用蠕動泵維持分散介質的流動狀態。在對包埋物生物活性無較大破壞的情況下，可以為水油兩相充分乳化且液滴穩定存在提供適宜的分散介質流速。
5.本發明系統中對膜孔徑、操作壓力和分散介質流速等參數進行調節，可以實現溫和條件下一定粒徑且粒徑均勻的海藻酸鈣凝膠珠的規模生產。
下面參照附圖及實施例對本發明的技術給予進一步的說明。
圖1為本發明的膜乳化內部凝膠化技術流程示意圖；如圖1所示的膜乳化/內部凝膠化技術流程，在恆溫器1內的以海藻酸鈉和難溶性鈣鹽的混懸液為分散相，在壓力作用下透過無機膜3孔分散為均勻的小粒徑液滴，立刻在被從乳化槽2經蠕動泵所泵入的含有表面活性劑的液體石蠟中乳化，形成油包水型(w/o)乳化液，然後降低體系pH值使難溶性鈣鹽解離釋放出鈣離子，從而引發凝膠化反應生成海藻酸鈣凝膠珠。
實施例1將內徑5.2mm，外徑7.0mm，膜平均孔徑5.3μm的金屬鎳膜安裝在圖1流程的膜組件中，連接好管路，在分散相儲液罐中加入1.2％(w/v)海藻酸鈉溶液和1.5mg/ml碳酸鈣顆粒，開動攪拌混合均勻並維持恆溫，加壓至0.05MPa，同時啟動蠕動泵，使分散介質儲液罐中含有1.0％(v/v)表面活性劑Span85的液體石蠟以400ml/min.的速率流動，分散相體積佔乳化液體積5％時，向形成的乳化液中加入0.1％(v/v)冰乙酸引發凝膠化反應，可以製備出粒徑較小(平均直徑＜50μm)且均勻、球形度好的海藻酸鈣凝膠珠。
實施例2將內徑8.0mm，外徑10.0mm，膜平均孔徑0.6μm的氧化鋁陶瓷膜安裝在圖1流程的膜組件中，連接好管路，在分散相儲液罐中加入1.2％(w/v)海藻酸鈉溶液和1.5mg/ml碳酸鈣顆粒，開動攪拌混合均勻並維持恆溫，加壓至0.15MPa，同時啟動蠕動泵，使分散介質儲液罐中含有1.0％(v/v)表面活性劑Span85的液體石蠟以400ml/min.的速率流動，分散相體積佔乳化液體積5％時，向形成的乳化液中加入0.1％(v/v)冰乙酸引發凝膠化反應，可以製備出粒徑較小(平均直徑＜50μm)且均勻、球形度好的海藻酸鈣凝膠珠。
由上述可知，本發明的製備方法具有下述突出的優點。
1.分散相始終處於均勻的混懸液狀態，形成的海藻酸鈣凝膠珠結構均勻，且保證了包埋物在凝膠珠中分布均勻。
2.分散相經無機膜分散乳化是一個溫和過程，避免了攪拌乳化過程產生的高剪切力對生物物質活性的破壞。
3.膜乳化形成的液滴和內部凝膠化形成的海藻酸鈣凝膠珠粒徑均一，且粒徑＜50μm。
4.海藻酸鈣凝膠珠乃至覆膜形成的微膠囊粒徑在100～1μm範圍可控。
5.過程條件溫和，能耗低，易於規模生產。
權利要求
1.一種海藻酸鈣凝膠珠的製備方法，其特徵在於是採用膜乳化/內部凝膠化耦合方法，將含有難溶性鈣鹽的海藻酸鈉水溶液經膜分散進入含有表面活性劑的液體石蠟中乳化，然後降低體系pH值使難溶性鈣鹽解離釋放出鈣離子，引發凝膠化反應生成海藻酸鈣凝膠珠。
2.按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於乳化體系是含有0.1～2.0g/L難溶性鈣鹽碳酸鈣的海藻酸鈉1～3％(w/v)水溶液為分散相，含有0.5～5.0％(v/v)表面活性劑Span85或Span80的液體石蠟為分散介質。
3.按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於凝膠化體系是以難溶鈣鹽碳酸鈣為凝膠化鈣源均勻分散於海藻酸鈉溶液中，通過加入0.1～0.5％(v/v)冰乙酸降低乳化體系pH值引發凝膠化反應。
4.按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於膜為管式無機膜，凝膠珠粒徑是膜平均孔徑的2～10倍。
5.按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於無機膜為鎳金屬膜、銅金屬膜、不鏽鋼膜或氧化鋁陶瓷膜。
6.按照權利要求1所述的製備方法，其特徵在於操作壓力在0.05～0.30MPa，分散介質流速在200～2000ml/min.範圍調節。
全文摘要
一種海藻酸鈣凝膠珠的製備方法,是採用膜乳化/內部凝膠化耦合方法。即將含有難溶性鈣鹽的海藻酸鈉水溶液經無機膜分散進入含有表面活性劑的液體石蠟中乳化,然後降低體系pH值使難溶性鈣鹽解離釋放出鈣離子,引發凝膠化反應生成海藻酸鈣凝膠珠。利用上述方法所製備的海藻酸鈣凝膠珠乃至覆膜形成的微膠囊粒徑在100～1μm範圍可控,且過程條件溫和,能耗低,易於規模生產。
文檔編號B01J13/06GK1373000SQ0110436
公開日2002年10月9日 申請日期2001年2月28日 優先權日2001年2月28日
發明者劉袖洞, 馬小軍, 劉群 申請人:中國科學院大連化學物理研究所