微胶囊和微胶囊技术

mjb96 · 发表于 2007-1-19 13:19:33

微胶囊（Microcapsule，简称MC）是指一些由天然或人工合成高分子材料研制成的具有聚合物壁壳的微型容器或包装物，其外形一般呈球型。微胶囊的大小在几微米至几百微米范围内（直径一般为5-200μm），需要通过显微镜才能观察到。微胶囊技术，是指将固体、液体或气体包埋在微小而密封的胶囊中，使其只有在特定条件下才会以控制速率释放的技术。其中，被包埋的物质称为囊芯物，包括香精香料、酸化剂、甜味剂、色素、脂类、维生素、矿物质、酶、微生物、气体以及其它各种饲料添加剂。包埋囊芯物实现微囊胶化的物质称为囊材。
微胶囊制备技术起源于20世纪50年代，美国的NCR公司开创了微胶囊新技术的时代。60年代，由于利用相分离技术将物质包裹于高分子材料中，制成了能定时释放药物的微胶囊，推动了微胶囊技术的发展。近20年来，日本对微胶囊技术的大力开发和微胶囊的独特性能，更使微胶囊技术迅速发展。微胶囊化方法已经在几个不同技术领域得到了发展，作为一项高新技术，已经成为各国学者竞相研究的热点。
微胶囊的大小一般为几微米至几毫米不等，形状多样，取决于原料与制备方法。通过微胶囊技术，可以做到：
◆降低囊芯物向外界的扩散速率，减缓囊芯物与外界（氧气、光、水份等）的反应，从而保护敏感成分，防止营养损失；
◆便于囊芯物在饲料加工中的处理，比如实现囊芯物由液态向固态的转化；提高囊芯物与其它物料的混合性；提高其流动性等等；
◆控制囊芯物的释放；
◆掩盖囊芯物的异味；
◆    稀释囊芯物，即使用量很少的囊芯物也可在主料中均匀分散。
微胶囊的囊芯物与囊材
被包覆的囊芯物可以是油溶性、水溶性或混合物，其状态可以是固体、液体或气体。囊芯物与囊材的溶解性能必须是不同的，即水溶性囊芯物只能用油溶（疏水）性囊材包覆，而油溶性囊芯物只能用水溶性囊材；为实现微囊化，包囊膜的表面张力应小于囊芯物的表面张力且包裹材料不与囊芯物发生反应。
微囊的囊材是制备微囊的重要材料，囊材应当具备性质稳定；有合宜的释药速率；无毒无刺激性；可与药物配伍，不影响药理作用及含量测定；有一定的强度及可塑性，能完全包封囊芯；具有适当的粘度、渗透性、亲水性等。高分子材料是最常用的微胶囊囊材。目前，可以作为微胶囊囊材的高分子材料主要为天然高分子材料、半合成高分子材料和全合成高分子材料。天然高分子材料主要有明胶、阿拉伯胶、海藻酸盐、蛋白和淀粉等。半合成高分子材料主要有羧甲基纤维素盐(SCMC) 、邻苯二甲酸醋酸纤维素(CAP) 、乙基纤维素(MC) 、羟丙甲纤维素(HPMC) 等。全合成高分子材料主要为聚酯类，例如：聚氨基酸、聚乳酸、聚丙烯酸树脂、聚乳酸聚乙二醇嵌段共聚物等。另外，就微胶囊结构而言，从最初制备单层微胶囊，已经发展为制备双层、三层微胶囊。
  微胶囊的囊材选择对于微胶囊产品的性能往往起决定性作用。针对不同囊芯物和微胶囊的不同用途，应选用不同的囊材，选择囊材应考虑囊芯物的性质以及对周围介质的影响，同时要考虑以下几点：囊材固化，以使胶囊有一定的强度；囊材的渗透性应满足产品的使用；考虑产品的可降解性，以满足需要；不同方法制得的微胶囊壁性能也有所差异，应用界面反应以聚氨酯、聚酯、聚脲、聚酰胺、脲醛树酯为囊材的微胶囊的致密性能较好；而以物理方法制得的产品致密性差；水相溶液分离法制得的以明胶为囊材的微胶囊强度差，并且具有一定的缓释性。
微胶囊的制备技术
微胶囊的制备技术可归纳为物理化学法、物理机械法和化学法三大类。
◆    物理化学法
本法微囊化在液相中进行，囊芯物与囊材在一定条件下形成新相析出，故又称相分离法（Phaseseparation）。其微囊化步骤大体可分为囊芯物的分散、囊材的加入、囊材的沉积和囊材的固化四步。根据形成的不同新相方法，相分离法又分为单凝聚法、复凝聚法、溶剂—非溶剂法、改变温度法和干燥法。
方法包括：水相分离法、油相分离法、不加凝聚剂，通过控制温度成囊、液中干燥法、复相乳液法。
◆物理机械法
本法是将固态或液态药物在气相中进行微囊化，需要一定的设备条件。
喷雾干燥法：用于固态或液态药物的微囊化，粒径5-600μm。先将囊芯物分散在囊材的溶液中，再用喷雾法将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进行干燥固化。该方法分为：喷雾凝结法、空气悬浮法、多孔分离法。
◆    化学法
化学法是利用在溶液中单体或高分子通过聚合反应或缩合反应，产生囊膜制成微囊的方法。特点是不加凝聚剂，常先制成W/O型乳浊液，再利用化学反应交联固化。
方法包括：界面聚合法、原位聚合法、辐射交联法。
微胶囊在医药领域中的应用
制药工业是最早应用包囊技术的。在囊芯物中可加入附加剂，控制药物活性成份的缓慢释放。医用微胶囊的囊芯物多为药物活性分子，是医药用微胶囊的主体。
药物或功能性因子采用微囊技术包埋后，就会产生非常优越的性能：
(1) 提高药物的稳定性，防止空气、水分、光线等因素引起药物的变化。例如:β- 胡萝卜素接触空气中的氧气会被氧化；扑热息痛受到潮湿会被水解；维生素A 对光线敏感。制成微囊后可隔绝空气、水分和光线，使药物的稳定性明显提高。
ProbiocapTM是罗赛尔公司重点开发的益生菌“保护”技术，是一种可以提高益生菌抵抗恶劣条件的微胶囊技术。通过这项专利的创新微胶囊技术，ProbicapTM很好地保护了益生菌补充剂和益生菌食品、药品在生产和贮存中可能遇到的不利环境。该类微胶囊益生菌可以在不同领域应用：片剂就是一种易服用、受欢迎的益生菌补充形式，然而在普通片剂的生产过程中由于压缩成型这一物理因素的作用，会导致细菌存活率大大降低。在包被益生菌的测试中，制片剂加工过程中没有发现细菌存活率的降低。
(2) 掩盖药物的不良气味和味道。例如鱼油(腥)和生物碱(苦)等。制成微囊后这些令人不愉快的气味和味道都消失了。
(3) 防止药物在胃酸作用下失活，同时减少药物对胃的刺激。例如：红霉素，胰岛素等易失活；氯化钾、吲哚美辛等对胃有刺激性，它们制成微囊后，胃对药物的破坏和药物对胃的刺激性明显改善。也可制成肠溶微囊。
(4) 使液态药物转变为固态, 便于贮存、运输和使用。
(5) 减少复方药物的相互作用和配伍变化。例如阿司匹林与扑尔敏配伍，扑尔敏能加速阿斯匹林的水解。分别将其制成微囊后，再按处方剂量组配成复方制剂，就可避免药物之间的影响。
(6) 赋予药物缓释、控释性能。根据临床需要，选择专门的囊材，使药物缓慢释放(缓释制剂) 或恒速释放(控释制剂)。医药中水溶性药物的应用十分广泛，将一些水溶性药物或活性物质制成微胶囊后，能使药物缓慢释放，使药效持久，从而可减少服用次数和服用量，减少生理副作用。

使药物具有靶向功能
药物微胶囊化可制成具有靶向功能的微粒或毫微粒制剂，亦称靶向给药系统(Targeting Drug System,TDS or Targeted Drug Delivery System,TDDS)。为了提高瘤内AUC，近20年来分子靶向药物及新的给药技术的研制得到了迅速发展。有的主要基于被动靶向(Pasivetargeting)，如靠微粒大小而被肝、脾、肺及其它器官的细胞吞噬或被毛细血管所截留。有的基于主动靶向(Activetargeting)，可以在微粒表面结合带电基团、极性或非极性基团或单克隆体，也可以把磁性物质或磁性纳米粒子，加入到微囊壁或者囊腔内，则微囊成为磁性载体实现药物的靶向释放，有的被敷涂或结合可以防止生物消除作用(吞噬、血小板黏附等)的保护膜，或保护基形成转移靶向，从而使微粒、毫微粒具有靶器官、靶组织和靶细胞所要求的选择性。

前景与展望
近年来对各种各样的囊材、囊芯物及微胶囊制备方法的研究，在许多领域取得了可喜成果，纳米微囊作为该技术的延伸也开始起步，同时加强微囊在微观方面的分析研究也将成为今后的发展趋势。现在微胶囊技术已被国际上列为21世纪重点研究开发的高新技术。随着微胶囊技术的纵深发展，出现了一种静电喷雾法制备微胶囊的技术，这种方法制备的微胶囊的粒径较均匀且为纳米级，由于这一显著特点，使得这一技术受到日益广泛的关注。纳米微胶囊，它是纳米技术中纳米加工学和纳米材料学的综合，是一门交叉性学科。由于纳米微胶囊具有独特性质，使它的应用领域更为广泛。微胶囊技术也将成为本世纪的另一闪光点。目前影响微胶囊技术发展的主要因素是囊材的开发。随着人们对微胶囊认识的不断深入，随着新材料、新设备的不断出现，微胶囊技术将在人类文明发展史上大放异彩。

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