微膠囊壁材的研究進展

陳 彬，王宗抗，張 敏，孟品品，張志鵬

（1. 深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司 企業(yè)博士后工作站，廣東 深圳 518105；2. 廣西植物營養(yǎng)工程技術研究中心，廣西 貴港 537000）

微膠囊技術是指使用聚合物基質將具有功能性的生物活性材料（例如疫苗、抗體、微生物、酶等）包裹制備成微觀容器的一種手段，用以確保核心材料的應用，微膠囊的尺寸大小通常為幾微米到數百微米不等［1］。這些全封閉或半透性的微膠囊由于具有控釋性、可提高芯材穩(wěn)定性和抵抗外界不良因素等優(yōu)勢，已被廣泛應用于醫(yī)藥、農業(yè)、食品等多個領域。微膠囊的功效主要是通過選擇不同的壁材來影響芯材的生理生化性能［2］。

良好的壁材能夠使芯材具有更好的生物利用度，延長芯材的半衰期而延緩其釋放，提高核心芯材的功效，還能夠保護芯材不受外部環(huán)境因素的損害［3］。微膠囊在應用中的最終性能很大程度上取決于其壁材的理化性質和分子量［4］。一般來說，壁材的分子量越大，其核心材料的釋放越慢，通過選擇優(yōu)質的壁材可以提高膠囊的包封效率，延緩芯材的釋放，從而延長芯材的儲存時間［5］。

迄今為止，研究者們的研發(fā)方向主要集中在微膠囊的控釋機制上，關于更優(yōu)質的壁材的研究則相對匱乏。筆者概述近年來微膠囊壁材的種類及其特點，并展望微膠囊技術的應用前景。

1 微膠囊壁材

理想的微膠囊殼材料應不與芯材物質發(fā)生反應，并具有適當的機械強度、溶解度、流動性、乳化性、滲透性和穩(wěn)定性［6］。常用的微膠囊壁材包括天然高分子材料、合成高分子材料和無機材料。

1.1 天然高分子壁材

常用的天然高分子壁材主要包括碳水化合物、蛋白質、蠟質或脂質。現階段海藻酸鈉是研究最多的載體材料之一，它是從海藻中提取出的一種由α-L-古羅糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸通過α（1→4）線性嵌段形成的共聚物，屬于天然多糖類化合物［7］。研究發(fā)現當海藻酸鈉遇到Ca2+等二價陽離子時，Ca2+可以取代Na+形成海藻酸鈣凝膠，表現出更佳的強度和彈性。Ca2+可與5—COO—、2—OH之間的4個配位鍵連接系統中的分子，形成“蛋盒”結構，這種三維網絡結構對維持微膠囊中藥物的活性具有關鍵作用［8］。海藻酸鈉和殼聚糖的組合是現有研究最多的微膠囊壁材組合之一，其作用原理為海藻酸鈉的—COOH 基團與殼聚糖的—NH2基團之間存在靜電作用，能夠結合在一起，形成可以包裹芯材的膜［9］。此外，環(huán)糊精也是一種天然高分子壁材，是直鏈淀粉在由芽孢桿菌產生的環(huán)糊精葡萄糖基轉移酶作用下生成的一系列低聚糖的總稱，其衍生物通常含有6 ～12 個d-吡喃糖基，其分子三維結構為環(huán)狀中空圓柱體，具有良好的親水表面和內部手性疏水性，因此可以將疏水性藥物分子裝入其中，改善藥物的溶解性，達到延長藥物療效的作用［10］。

1.2 全合成聚合物壁材

完全人工合成高分子壁材可分為非生物降解材料和生物降解材料。聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酸甲酯等作為非生物降解材料目前已被用作農藥控釋的載體［11］。生物可降解的合成聚合物主要為聚乳酸及其共聚物，聚乳酸是一種以淀粉為原料的新型可生物降解材料，被人們認為是可再生植物資源［12］。單個乳酸分子具有羥基和羧基，多個乳酸分子形成聚合物后其分子形態(tài)表現為覆蓋在一起，具有生物相容性好、無毒害和易降解等特點，被廣泛應用于藥物傳遞系統［13-14］。現階段聚乳酸和聚乳酸/乙醇酸聚合物的組合作為可生物降解完全人工合成壁材已被應用在制備具有緩釋性能的微膠囊上［15］。α-聚酯是現階段研究最廣泛的完全高分子合成壁材之一，其進入人體內后，可經過生物降解和脫酯化形成乳酸單體，再經乳酸脫氫酶氧化和內源性三羧酸循環(huán)后，最終形成二氧化碳和水，并通過肺、腎臟和皮膚排出體外［16］。LIU 等將預混膜乳化后的農藥裝填入可生物降解的聚乳酸微膠囊中，結果表明，氯化氰菊酯的裝填量和裝填效率分別達到41%和82%以上，制備成的微膠囊尺寸分別為0.68、4.60 μm。該微膠囊體系對氯化氰菊酯的持續(xù)釋放時間延長至250 h，具有較高的熱穩(wěn)定性和抑制小菜蛾幼蟲生存的功能［17］。這對開發(fā)高效、環(huán)保的農藥緩釋制劑具有重要的指導意義。

1.3 半合成聚合物壁材

半合成的高分子壁材主要為纖維素衍生物，通常作為藥用高分子輔料或藥物微膠囊壁材。在纖維素衍生物中，乙基纖維素是應用最廣泛的藥物控釋載體材料，它是由纖維素與硫酸二乙酯或氯乙酯醚化反應制得，具有綠色安全、無致敏性、成膜性良好等特點，已被廣泛應用在藥物載體上［18-19］。乙基纖維素微膠囊的作用原理為在不溶于水的溶劑中使用乙基纖維素，其溶解度會隨溫度降低而降低，常溫下幾乎不溶，在高溫條件下，助劑溶解在溶劑中，作為乙基纖維素的非溶劑。在冷卻過程中，發(fā)生相分離，實現乙基纖維素包覆在芯材周圍形成微膠囊［20］。目前，乙基纖維素已成功應用于磺胺惡唑、茶堿、阿司匹林、維生素D2、葉酸、塞來昔布、鮭魚降鈣素、荷蘭酰胺等藥物的微膠囊化。乙基纖維素作為微膠囊壁材還可用于控制水溶性藥物的釋放，EL-HABASHY 等為了降低吡羅昔康的致潰瘍性，使用不同的穩(wěn)定劑，采用蒸發(fā)法制備了載有吡羅昔康的乙基纖維素基微膠囊，其研究結果表明，納米顆粒粒徑和包封率分別達到了240 nm和85.29%，吡羅昔康的緩釋時間達到了12 h，與吡羅昔康混懸液相比，包膜后的吡羅昔康能夠明顯抑制大鼠胃潰瘍的發(fā)生，潰瘍指數平均下降66%，為非甾體抗炎藥物治療提供了新的技術手段［21］。

1.4 無機材料壁材

無機材料通常具有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，因此常被應用在生物降解和環(huán)境保護領域［22］。現階段可作為微膠囊壁材的無機材料主要有層狀雙金屬氫氧化物、碳酸鈣和磷酸鹽等［23］。層狀雙金屬氫氧化物是一種陰離子型的黏土化合物，它能夠與客體藥物通過靜電作用、氫鍵、范德華力等方式結合，主體和客體經過有序排列，結合物具有分子容器的特點。周圍介質中的陰離子可以緩慢地進入層狀雙金屬氫氧化物和目標物，以達到緩慢釋放藥物的作用。磷酸鈣作為無機壁材之一，常應用在陶瓷制造、藥品、動物飼料添加劑和塑料穩(wěn)定劑等行業(yè)中［24］。PETROV等開發(fā)了一種以多孔碳酸鈣微粒子為壁材，α蛋白酶為芯材的微膠囊，結果表明，相比于原始樣品，以碳酸鈣為壁材制備的微膠囊能夠保留芯材中約85%的酶活［25］。

2 總結與展望

微膠囊技術已廣泛應用在醫(yī)療、食品、工業(yè)、農業(yè)等多個領域，其壁材通常為無毒無害、綠色健康、具有良好物理化學活性的高分子材料，為那些過去不易使用的活性產品提供了覆膜外套，從而形成更加穩(wěn)定的微膠囊產品。雖然微膠囊具有無可比擬的優(yōu)勢，但其在未來仍面臨許多應用和理論問題，例如，微膠囊技術仍缺乏統一的標準或準確的鑒定方法，微膠囊壁材存在生物安全性問題，微膠囊芯材的釋放機制不明確等。現階段學者們仍在不斷努力研發(fā)開拓微膠囊技術，探索更為優(yōu)質安全的微膠囊壁材，相信在不久的將來，微膠囊技術將為人們帶來更大的經濟效益和社會價值。