海藻酸鈉/殼聚糖微囊的研究進展

冉 青，劉信平*，張 馳，向戌連

(1.湖北民族學院化學與環境工程學院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族學院生物科學與技術學院，湖北 恩施 445000）

殼聚糖（chitosan，CS） 是自然界存在的唯一天然堿性多糖,具有生物降解性、無毒性、抑菌性、生物黏著性和生物相容性，是一種聚陽離子電解質[1]。海藻酸鈉（sodium alginate，SA） 是具有良好的生物活性和可降解性的聚陰離子多聚糖，利用正負電荷之間的靜電引力作用制備出的海藻酸鈉/殼聚糖微囊具有良好的生物相容性，生物可降解性，無毒性一級能夠表現出不同的親水或疏水性，其用作藥物、氨基酸和乳酸菌類等活性物質的載體在生物醫學領域的研究取得了較大的進展。本文綜合國內外文獻，介紹了海藻酸/殼聚糖微囊的生物特性，制備方法及其在生物醫學領域的應用。

1 海藻酸鈉及殼聚糖微囊的特性

1.1 殼聚糖的理化性質

殼聚糖 (Chitosan)是由甲殼素經過濃堿熱處理去除部分N-乙酰基團而來的天然高分子材料。可以通過改變甲殼素的脫乙酰度來改變殼聚糖的溶解度和溶解性質[2]。殼聚糖在酸溶液中產生大量的帶正電荷的伯氨基。CS是一種環保型的可再生天然高分子堿性多糖，擁有優良的生物可降解性和生物相容性，在作為組織工程支架材料方面有著良好的應用前景，易被加工成微囊和多孔支架。CS作為唯一的天然高分子陽離子多糖，無毒、無致敏、無致突變、無溶血作用，在骨組織、傷口愈合、組織再生以及修復等方面起著重要的作用，是一種理想的組織再生材料[3-4]。殼聚糖中的羧基和氨基可以和許多固化劑如戊二醛、二縮水甘油醚、二丙烯酸酯等交聯，進一步提高其化學穩定性。

1.2 海藻酸鈉的理化性質

海藻酸鈉是從生活在寒帶或溫帶海岸的褐藻或海帶中提取的由A-L-古羅糖醛酸和1,4-聚BD-甘露糖醛酸組成的一種天然線性陰離子多糖碳水聚合物[5]。SA易溶于水，作為一種優秀的膠凝劑和增稠劑，被廣泛應用于化學、制藥和環保等領域。由于其具有良好的生物相容性，低毒性,無免疫原性，作為組織工程材料和藥物緩控釋材料在生物及醫學領域被廣泛應用[6-7]。

2 海藻酸鈉/殼聚糖微囊的制備方法

海藻酸鈉-殼聚糖微囊制備方法是通過海藻酸鈉、殼聚糖、氯化鈣凝膠化、交聯劑固化制備的SA-CS微膠囊,是以聚電解質復合結構為壁材,以海藻酸鈉為囊芯物的微膠囊，SA-CS微膠囊的制備方法主要有一步法、兩步法和復合法這三種方式。

2.1 一步法

一步法制備SA-CS微膠囊主要分為兩種方式[8,9]。一種方式是將殼聚糖和氯化鈣的混合溶液直接緩慢滴入海藻酸鈉水溶液中進行反應；最終得到了內部為液態，外部含殼聚糖沉淀層、殼聚糖/海藻酸鈉絡合層和海藻酸鈣凝聚層的微膠囊。因此固體藥物能夠均勻的分散在微囊內層中。另外一種方式是反向操作,即將海藻酸鈉的水溶液滴入預先制備好的殼聚糖和氯化鈣的混合溶液中形成內部為液態的微膠囊。

2.2 兩步法

兩步法亦稱預凝膠溶解法，這種方法與傳統的APA微膠囊制備方法類似[10]。其制備過程簡述如下：第一步是將海藻酸鈉溶液分散到氯化鈣溶液中通過鈣化形成海藻酸鈣凝膠微粒;第二步是將第一步制備的海藻酸鈣凝膠微粒分別用殼聚糖、海藻酸鈉溶液進行包覆成膜，形成微膠囊,以此制備的微膠囊內層為海藻酸鈣凝膠微粒層，外部是殼聚糖-海藻酸鈉復凝聚層。采用兩步法制備的微膠囊形狀較圓整，表面較光滑,由于其生產工藝復雜,且在生產過程當中微囊化致使內部芯材易于流失,因此,兩步法適于制備細胞微囊。

2.3 復合法

復合法主要是基于上述兩種方法，首先制備SA-CS復合凝膠微囊，然后用雙功能團分子對復合凝膠微囊表面進行修飾[11]。其制備過程如下：第一步將SA水溶液乳化后再凝膠化；第二步將凝膠化的海藻酸鹽分散在CS醋酸溶液中乳育形成凝膠微囊；第三步用戊二醛、二縮水甘油醚或甲酸二酐溶液固化凝膠微囊。復合法制備的凝膠微囊內部是海藻酸鈣凝膠微粒，中間層是SA-CS復凝聚層，外層是CS與固化劑形成的交聯層。

2.4 三種制備方法的優缺點

上述制備SA-CS微囊的三種方法各有優缺點。一步法制備過程簡單，成囊速度快，微囊化物質在制備過程中不易損失，常應用于蛋白質分子的微囊化，但由于此方法制備過程中反應迅速，微囊之間易粘連，從而致使制備的微囊球型度和光潔度較差；兩步法制備的微膠囊球型度和光潔度較好，但制備過程較為繁雜，且制備過程中微囊化物質易于流失。復合法制備的微囊化學穩定性強，但制備工藝復雜，而且制備條件激烈，故此方法適用于非敏感型物質的微囊化。

3 海藻酸鈉/殼聚糖微囊在生物醫學領域的應用

3.1 SA-CS微載體

傳統口服藥或靜脈注射藥物在生物體內代謝較快，療效低，并且具有一定的毒副作用，因此需頻繁使用來提高藥物的生物利用度。藥物釋放系統以藥物性質為基礎，依附合理的載體，可以保護藥物活性，延長藥物在病灶處的作用時間，實現長期穩定的藥物釋放，從而提高藥效[12]。Maestrelli等[13]研制了頭孢克肟陰道給藥用殼聚糖海藻酸微球，克服了頭孢克肟口服給藥的困難。Jin Jia[15]制備的含有殼聚糖、海藻酸鈉和膠原蛋白三種天然生物成分的復合微球具有止血的作用，可以促進傷口愈合，且無明顯的溶血反應。更重要的是，CSCM可以在體內降解而不影響生理、生物化學和組織。

3.2 SA-CS微載體在骨組織工程中的應用

骨組織工程借助工程學和生物學方法研制新型骨修復材料。近年來，SA-CS微載體因具有更小的異物反應，毒副作用小，抗菌性和骨傳導在骨組織工程領域備受關注[16]。Marsich等[11]以聚陰離子 (海藻酸鹽)和聚陽離子 (乳糖改性殼聚糖，幾丁質)二元多糖混合物為原料，制備了一種能夠維持軟骨細胞表型，特別是能夠刺激和促進軟骨細胞的生長和增殖的新型生物活性支架材料。陳慧敏[16]等將成骨細胞特異性識別多肽與海藻酸鈉/殼聚糖水凝膠 (SA/CS Gel)復合植入兔顱骨缺損區促進骨組織重建和再生。

4 展望

SA和CS來源廣泛，成本低。SA/CS微囊以其無毒性、良好的生物相容性、良好的生物可降解性已被廣泛應用于藥物控釋和骨組織工程,并取得了一定的進展。然而由于SA/CS微囊存在著材料機械強度不足的缺點,微囊制劑并未在臨床上得到廣泛應用。因此,應加快研究改進微囊制備工藝,完善SA/CS微囊的機械性能，以便推進微囊制劑的產業化進程。