一種石墨烯/殼聚糖復合微膠囊及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及納米粒子/天然高分子復合微膠囊，具體涉及在氣-液微流控技術制備殼聚糖微膠囊時，通過原位復合技術將石墨烯引入微膠囊的膜壁，得到一種應用于藥物控制釋放的單分散石墨烯/殼聚糖復合微膠囊及其制備方法。
【背景技術】
[0002]殼聚糖(CS)是一種天然高分子物質，具有生物可降解性、生物相溶性、生物無毒性等特點，基于殼聚糖的微球或微囊越來越多的受到科學家們的重視和廣泛研宄，并被廣泛應用于細胞的包埋、酶的固定化、藥物控釋等領域。制備殼聚糖微膠囊常用的方法有乳化-交聯法、乳化-溶劑蒸發法、噴霧干燥法等，這些方法大多存在著微膠囊尺寸不均一、不可控、制備效率不高、重復性較差的缺點，通過微流控技術制備的聚合物微膠囊具有極高的尺寸單分散性和可調控性[Materials Today, 2008, 11(4): 18-27.]。目前基于液-液剪切的微流控技術已經成功應用于殼聚糖微膠囊的制備上，得到粒徑呈單分散的殼聚糖微膠囊[Soft matter, 2011, (7):4821-4829.]，但也存在后期脫除溶劑的問題。因此，我們將微流控技術與銳孔技術相結合，基于氣液剪切原理，能有效制備單分散微膠囊，并避免復雜的后處理。另一方面，單純由殼聚糖作為壁材的微膠囊存在膜壁軟、力學性能低的缺點，對后期的應用造成影響，尤其是作為藥物載體，微膠囊膜的意外破裂會導致包埋藥物的迅速釋放，從而導致人體的一系列不良藥理反應，甚至藥物中毒，這在臨床應用中是十分危險的。Jiang等人通過戊二醛交聯微膠囊膜壁中的殼聚糖，該方法有效提高微膠囊膜壁的力學性能[Small, 2011,7(17):2470-2476]。石墨烯作為一種二維平面結構的碳納米材料，具有優異的物理、化學及機械性能，如比機械強度高、表面積大及等特性。目前，石墨烯與殼聚糖復合材料作為電極的修飾材料被廣泛研宄，但還未見利用石墨稀來改善殼聚糖微膠囊的膜壁的力學性的研宄報道。
【發明內容】
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[0003]本發明所要解決的技術問題是:提供一種石墨烯/殼聚糖復合微膠囊及其制備方法，所述復合微膠囊通過氣-液微流控技術制備，在微膠囊形成的同時石墨烯被原位引入微膠囊的膜壁，石墨烯有效增強微膠囊膜壁的力學性能，并起到調節藥物釋放率的作用。
[0004]本發明解決其技術問題采用以下的技術方案:
[0005]本發明提供的復合微膠囊，是一種由石墨烯原位引入殼聚糖微膠囊的膜壁中，由此構成呈球形的石墨烯/殼聚糖復合微膠囊，其大小為300?1000 μπι，粒徑分布系數
[0006]本發明提供的復合微膠囊的制備方法，具體是:首先通過殼聚糖季銨鹽修飾石墨烯，保證石墨烯能穩定殼聚糖溶液中分散，然后基于氣-液剪切作用在自制微流控裝置中形成石墨烯/殼聚糖的混合微液滴，再滴入到陰離子表面活性劑溶液中，復凝作用使殼聚糖季銨鹽修飾的石墨烯與殼聚糖分子共同析出，形成微膠囊膜壁，從而得到石墨烯/殼聚糖復合微膠囊，石墨烯被原位引入微膠囊膜壁。
[0007]本發明可以采用以下方法制備殼聚糖季銨鹽修飾的石墨烯:
[0008]首先通過Hummers法制備氧化石墨，再取10mg氧化石墨超聲分散在30mL0.05mol/L NaOH溶液里，再加入到10mL 5mg/mL殼聚糖季銨鹽水溶液中，室溫攪拌反應2h,然后用配置好的0.1 mo I/L NaOH溶液調節上述混合溶液pH值至10后，加入0.4g質量濃度為85%的水合肼，室溫反應20min，在勻速攪拌及溫度為80°C條件下反應2 h ;最后將反應液通過0.22 μπι孔徑的混合纖維素酯濾膜進行真空抽濾，用去離子水反復洗滌多次，將所得濾餅在50°C干燥36h，得到殼聚糖季錢鹽修飾的石墨稀。
[0009]所述表面修飾所用的殼聚糖季銨鹽是2-羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖、N-三甲基殼聚糖季銨鹽、或季銨化N-(4-N，N- 二甲基氨基芐基)殼聚糖氯化物。
[0010]所述自制微流控裝置由以下方法制成:先將一端拉成錐形的圓形毛細管插入方形毛細管中，圓形毛細管的錐端從方形毛細管的一端伸出0.8-1.2mm,圓形毛細管的未拉錐端通過聚四氟乙烯管與注射器連接，方形毛細管的另一端通過PVC管與氮氣瓶相連，最后所有的連接處通過環氧樹脂膠固定密封。
[0011]所述方形毛細管的內徑和圓形毛細管的外徑相同，圓形毛細管的內徑為400?600 μm、外徑為800?1000 μm、錐端出口直徑為100?300 Um0
[0012]本發明可以通過復凝機理形成石墨烯/殼聚糖復合微膠囊，并采用以下方法將殼聚糖季銨鹽修飾的石墨烯原位引入到殼聚糖微膠囊的膜壁中:
[0013](I)將殼聚糖加入到0.2mol/L的醋酸溶液中，在室溫下攪拌2h，以充分溶解殼聚糖，攪拌后靜置lh，以消除溶液中的氣泡，得到殼聚糖溶液濃度為l_2wt% ；
[0014](2)將5mg殼聚糖季銨鹽修飾的石墨烯分散在1mL水中，然后將殼聚糖溶液與石墨烯分散液按10:1-10:4的體積比混合，超聲波震蕩使其分散均勻，得到混合分散液；
[0015](3)將混合分散液吸入到一次性注射器中作為內相溶液，通過LP215型微量注射泵控制通入到微流控裝置的圓形毛細管中，惰性氣體作為外相流體通入到圓形與方形毛細管的間隙中，微流控裝置垂直放置，由于氣液剪切力的作用，殼聚糖溶液在裝置出口形成單分散的殼聚糖/石墨烯混合微液滴，并滴入到放置在其正下方的陰離子表面活性劑溶液中，得到石墨烯/殼聚糖復合微膠囊；其中，內相溶液流速為I?3mL/h，氣體的流速在0.5 ?L 0L/mino
[0016]所述陰離子表面活性劑溶液為十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉溶液，溶液濃度為I?4wt%。
[0017]所述惰性氣體為空氣、氮氣或惰性氣體。
[0018]所述石墨烯/殼聚糖復合微膠囊用于制備負載藥物的石墨烯/殼聚糖復合微膠費O
[0019]本發明可以采用以下方法制備負載藥物的石墨烯/殼聚糖復合微膠囊:將水溶性藥物溶解到殼聚糖和石墨烯的混合分散液中，作為內相溶液，最后按照權利要求6所述方法制備負載藥物的石墨烯/殼聚糖復合微膠囊。
[0020]所述內相溶液中殼聚糖初始濃度為l_2wt%，殼聚糖季銨鹽修飾的石墨烯分散液的初始濃度為5wt%。負載的藥物在24h內的釋放率可在63-89%范圍內調節。
[0021]本發明提供的石墨烯/殼聚糖復合微膠囊，與現有技術相比，其優點在于:
[0022]其一，在微膠囊形成的同時，石墨烯被原位引入到微膠囊的膜壁中，有效增強了復合微膠囊膜壁的力學性能；
[0023]其二，制備的復合膠囊粒徑具有單分散性特點，調節氣體相的流速可以殼聚糖微膠囊的尺寸，該變石墨烯用量能起到調節復合微膠囊對包復藥物釋放率的作用。
[0024]其三，結合了微流控技術和銳孔技術的優點，操作簡單，條件溫和，重現性高。
【附圖說明】
[0025]圖1是復合微膠囊的三位立體電鏡圖(放大倍數50倍)。
[0026]圖2是復合微膠囊的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例和附圖對本發明作進一步的描述，當然下述實施例不應理解為對本發明的限制。
[0028]實施例1:
[0029]本實施例提供的是一種由石墨烯原位引入殼聚糖微膠囊的膜壁中，由此構成呈球形的石墨稀/殼聚糖復合微膠囊，其大小為300?1000 μm，粒徑分布系數< 6%。
[0030]石墨烯被引入微膠囊膜壁中，石墨烯有效增強了復合微膠囊膜壁的力學性能，并能調節復合微膠囊對負載藥物的釋放率。
[0031]實施例2:
[0032]本實施例提供的復合微膠囊的制備方法，首先通過殼聚糖季銨鹽修飾石墨烯，保證石墨烯能穩定殼聚糖溶液中分散，然后基于氣-液剪切作用在自制微流控裝置中形成石墨烯/殼聚糖的混合微液滴，再滴入到陰離子表面活性劑溶液中，復凝作用使殼聚糖季銨鹽修飾的石墨烯與殼聚糖分子共同