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Vol .29高等学校化学学报No .102008年10月 CHE M I CAL JOURNAL OF CH I N ESE UN I V ERSI TI ES 2086～2090交联壳聚糖水凝胶填充层状微胶囊的制备与性能范国强,仝维鋆,胡小红,高长有(教育部高分子合成与功能构造重点实验室,浙江大学高分子科学与工程学系,杭州310027)摘要 在甲基丙烯酸和乳酸接枝修饰的水溶性壳聚糖(C ML )存在下,合成了尺寸均匀的球形C ML 杂化碳酸钙微粒.通过层层组装(LBL )技术在该微粒表面形成了聚苯乙烯磺酸钠(PSS )/聚烯丙基胺盐酸盐(P AH )多层膜,去除碳酸钙微粒后得到内部含有C ML 的聚电解质微胶囊.进一步采用紫外光引发C ML 聚合,将C ML 转化为C ML 微凝胶,得到内部填充凝胶的微胶囊.通过扫描电镜、光学显微镜和透射电镜等技术表征了微胶囊的结构.与传统的LBL 微胶囊不同,凝胶填充的微胶囊干燥时尺寸收缩,但仍可保持球形;再次水化后,能够膨胀恢复其原有尺寸和形态.各种具有不同电荷性质、分子量和亲疏水性的染料分子及蛋白质均可有效地装载到微胶囊内.关键词 层层组装;微胶囊;凝胶;装载中图分类号 O631;O648 文献标识码 A 文章编号 025120790(2008)1022086205收稿日期:2008203217.基金项目:国家杰出青年基金(批准号:50425311)、国家自然科学重点项目基金(批准号:20434030)和中国博士后科学基金(批准号:20070421171)资助.联系人简介:高长有,男,博士,教授,博士生导师.主要从事生物医用材料和层状自组装研究.E 2mail:cygao@mail .hz .zj .cn 利用层层组装(LBL )技术,在可去除的胶体微粒上组装聚合物薄膜,去除模板后可得到形状、尺寸、囊壁厚度及组成可控的微胶囊[1,2].这类微胶囊的结构易于调控,并可通过选用功能性组装材料或胶囊内外修饰实现功能集成,因而在物质装载和可控传输、微反应器、微传感器及催化等许多领域中具有潜在的应用价值[3].与中空LBL 微胶囊相比,内部具有特定填充物的微胶囊可在微胶囊内外创造不同的物理化学微环境,从而实现物质的沉积或在微小空间内的化学反应,是LBL 微胶囊研究的热点之一.如填充了聚苯乙烯磺酸钠(PSS )的微胶囊在丙酮和水的混合溶液中,微胶囊的内部具有更高的水含量,从而可引起油溶性药物在微胶囊内部析出[4];这种微胶囊也具有灵敏的电荷选择性,可实现带正电荷物质的有效沉积,且排斥带负电荷物质的渗透[5,6];填充了聚烯丙基胺盐酸盐(P AH )的微胶囊由于内部具有更高的pH 值,可选择性地在微胶囊内合成磁性纳米粒子[7].凝胶填充的LBL 微胶囊在物质的高效装载方面也表现出优异的性能.Gao 等[8～11]发现内部具有凝胶状三聚氰胺甲醛树脂(MF )和PSS 复合物的微胶囊可有效地诱导各种带正电荷染料、蛋白质、酶及抗癌和抗菌药物的沉积.Balabushevich 等[12]也发现由MF 部分降解留下的凝胶状残留物可实现辣根过氧化物酶的大量装载,并可在较长时间内保持活性.但该方法存在可控性和重现性不足的问题.Zhu 等[13]将带双键的低分子量聚乙二醇(PEG )和引发剂与微胶囊混合,待PEG 和引发剂扩散到微胶囊内部后进行聚合,然后洗去微胶囊外部的聚合物,实现了PEG 凝胶的填充.这种方法的效率较低,大部分聚合的凝胶(胶囊外部)都被洗去,且需要精确控制交联程度,否则形成大块凝胶难以将微胶囊分离出来.与上述微胶囊内形成凝胶的方法不同,本文首先将水溶性壳聚糖(C ML )杂化到碳酸钙微粒中,然后以该微粒为模板组装了聚电解质多层膜,去除碳酸钙微粒后得到内部含有C ML 的微胶囊.通过紫外光引发C ML 中双键的交联聚合,最终得到了内部含有C ML 凝胶的微胶囊(见Sche me 1).C ML 采用壳聚糖、甲基丙烯酸和乳酸合成[14],在中性条件下有良好的溶解性能.对所得微胶囊的结构和性能,尤其是干燥后的形态恢复性能和物质的装载性能进行了研究.Sche m e 1 Sche ma ti c illustra ti on of the fabr i ca ti on process of gel 2f illed m i crocapsules,wh i ch show a un i que dye load i n g property1 实验部分1.1 试 剂硝酸钙[Ca (NO 3)2・4H 2O ]、碳酸钠(Na 2CO 3)、乙二胺四乙酸二钠(E DT A )、荧光素钠盐(F L ),中国医药集团上海公司;壳聚糖(Chit osan ),M w =70000～80000,济南海得贝生物有限公司;甲基丙烯酸(MAA )和乳酸(LA ),上海化学试剂有限公司;PSS (M w =70000)、P AH (M w =70000)、罗丹明6G (Rd6G )(纯度95%)、尼罗红(NR )和异硫氰酸荧光素标记的白蛋白(F I TC 2BS A ),Sig ma 2A ldrich 公司.紫外光引发剂{Irgacure 2959:22Hydr oxy 212[42(hydr oxyethoxy )phenyl ]222methyl 212p r opanone },Ciba Speciality Che m icals 公司.实验用水为三次蒸馏水.用水溶性碳二亚胺将MAA 和LA 接枝到壳聚糖上,得到水溶性壳聚糖(C ML ),选用MAA 和LA 的接枝率分别为46%和33%的C ML 进行掺杂实验[15].1.2 凝胶填充微胶囊的制备取50mL 0105mol/L Na 2CO 3溶液,加入100mg C ML,溶解后于超声下迅速加入等体积的0105mol/L Ca (NO 3)2溶液,超声10s .于室温静置30m in,得C ML 掺杂的碳酸钙微粒[CaCO 3(C ML )].分别将PSS 和P AH 溶解于015mol/L NaCl 溶液中,配成2mg/mL 的溶液.取200mg CaCO 3(C ML )微粒于离心管中,加1mL PSS 溶液,轻微振荡使CaCo 3(C ML )微粒分散,孵化10m in;以1500r/m in 的转速离心1m in,用水洗涤沉淀,重复3次.然后向组装了一层PSS 的微粒中加入1mL P AH 溶液,使微粒重新分散,孵化10m in,轻微振荡,然后以1500r/m in 的转速离心1m in,用水洗涤沉淀3次.重复以上过程,直到组装了5个双层的PSS/P AH.向所得核壳结构的胶体微粒中加入足量的011mol/L EDT A,反应15m in 后,以3000r/m in 的速度离心1m in,倾去上清液.重复以上过程3～5次,以彻底去除碳酸钙,去核后的微胶囊分散于含2%(质量分数)的紫外光引发剂(Irgacure 2959)的乙醇溶液中,在365n m 紫外灯下反应30m in,然后将所得微胶囊收集于离心管中,用乙醇洗涤5次,再用水洗3次后备用.将一部分微胶囊分别于40℃的真空烘箱中干燥或用冷冻干燥法干燥保存.1.3 荧光探针的装载取10mg 干燥微胶囊于离心管中,加入1mL 100μg/mL 的Rd6G,NR,F L 或F I TC 2BS A 荧光探针溶液(NR 溶解于丙酮中,其它均为水溶液),分散均匀,在37℃轻微振荡,孵化24h .然后通过离心除去上清液,水洗3次以去除未装载的荧光物质(NR 用丙酮洗涤).通过测定上清液的紫外吸收值,再与对应的标准曲线对照,得到上清液中的荧光探针的量;将初始溶液中荧光探针的量减去上清液中的荧光探针的量,得到探针物质在胶囊中的装载量.1.4 微粒与微胶囊的形貌表征将CaCO 3(C ML )微粒或微胶囊稀释液滴在经H 2O 2/H 2S O 4(3∶7,体积比)处理过的玻璃片上,室温7802 No .10 范国强等:交联壳聚糖水凝胶填充层状微胶囊的制备与性能下过夜自然干燥.喷金后采用SI R I O N 2100型扫描电子显微镜对样品进行观察,并用附带的E DAX 对样品进行元素分析.将去核交联后所得微胶囊用环氧树脂固化后超薄切片,置于喷有碳膜的铜网上,在透射电子显微镜(TE M ,JE OL JE M 2200CX )下观察,加速电压100kV.1.5 微胶囊的光学显微镜观察为统计微粒和微胶囊的尺寸,将微粒或微胶囊的悬浮液滴于载玻片上进行取图,然后用I m age J 图形软件测定微粒和微胶囊的平均直径,得到50个微粒或微胶囊的平均值.分别取一定体积的微胶囊,与荧光染料溶液混合,24h 后离心洗去多余的荧光染料,在荧光显微镜下观察荧光染料的分布.2 结果与讨论2.1 CML 掺杂的碳酸钙微粒[CaCO 3(C ML )]的制备近年来,合成特定尺寸和结构的CaCO 3微粒已有很多研究.不同的大分子物质可以作为添加物,调控形成的碳酸钙微粒的尺寸和形态结构,同时所添加的大分子物质也被包埋到CaCO 3微粒中[16].本课题组通过在壳聚糖分子链上接枝甲基丙烯酸(MAA )和乳酸(LA )得到了带双键的水溶性的壳聚糖衍生物(C ML )[14,15].在C ML 作用下,快速沉淀制得了C ML 掺杂的CaCO 3微粒.图1(A )是CaCO 3(C ML )的扫描电镜图片,所得微粒呈球形,表面较光滑,直径约为(618±013)μm.CaCO 3(C ML )微粒的EDAX 谱表明有N 元素,证明了C ML 的存在.CaCO 3(C ML )的TG A 曲线[图1(B )]上,在350～700℃之间发生的热失重对应于C ML 的热分解;由此计算得到CaCO 3(C ML )微粒中C ML 的含量约为8%.由于CaCO 3的保护作用,CaCO 3(C ML )中C ML 的降解温度比纯C ML 的高.F i g .2 SE M i m age(A)and TGA curves(B)of CaCO 3(CML )parti cles(a )and C ML (b )2.2 CML 凝胶填充微胶囊的制备与表征F i g .3 O pti ca l i m age(A)and SE M i m age(B)of the CML gel 2f illed m i crocapsules以CaCO 3(C ML )为模板,通过LBL 组装得到核壳结构的胶体颗粒,组装后用011mol/L EDT A 去核,由于壳聚糖的分子量较大且黏度较高,不易穿透囊壁,因此被包埋(至少部分)在微胶囊内部[17].将得到的微胶囊分散在含质量分数为2%的紫外光引发剂(Irgacure2959)的乙醇溶液中,在365nm 紫外灯下[18,19],引发C ML 分子中碳2碳双键的聚合交联反应,得到C ML 凝胶.凝胶填充的微胶囊在水溶液中分散良好,其尺寸和碳酸钙模板相似[图3(A )].与普通LBL 中空微胶囊干燥后形成坍塌的折叠结构不同,该微胶囊干燥后仍保持较完整的球形结构[图3(B )],但尺寸略有收缩.E DAX 测试未能探测到Ca离子的峰,证明碳酸钙模板已被完全去除.微胶囊在干燥状态下能保持完好的球形结构归因于凝胶的填充,使得微胶囊具有足够的强度抵抗干燥时的毛细力等作用.为了进一步研究微胶囊的内部结构,对微胶囊进行包埋切片,用TE M 观察.由图4(A )可见,8802高等学校化学学报 Vol .29 微胶囊在包埋切片的过程中受剪切力的作用被拉伸而呈现椭圆形.C ML 凝胶在微胶囊内部的分布较均匀,形成多孔结构,充满了整个胶囊.从放大图[图4(B )]上能清楚地看到凝胶呈现连续的网络状结构,中间有不规则的纳米级孔洞.F i g .4 TE M i m ages of overv i ew of a m i crocapsule (A )and h i gher magn i f i ca ti on(B)of the i n nerstructure of the gel 2f illed m icrocapsules F i g .5 Change of the d i a m eters of the gel 2f illed m i crocapsules i n respon se to dry i n g and hydra ti on2.3 凝胶填充微胶囊的性能由于这种微胶囊内部填充有C ML 水凝胶,完全干燥时,微胶囊虽不至于因毛细力作用而坍塌,但因水分的丢失而使尺寸有所减小(图5).例如,微胶囊在40℃下干燥时,其尺寸从原来的6182μm 减小到4164μm.但干燥后收缩的微胶囊重新分散在水中以后,能快速恢复原有形态,且尺寸基本上达到其原有水平.该过程可循环进行(图5),水凝胶是一类能够吸收大量水的物质,吸水后体积会发生膨胀;此外,在中性条件下,C ML 分子上带有微量的正电荷,在水化状态下能够产生一定的排斥力使分子链更为舒展.这些特殊的结构确保了微胶囊在水化后尺寸和形态的恢复.经冷冻干燥处理的微胶囊,可以更好地保持其尺寸而不发生收缩,且略有增大;经水化处理后,微胶囊的尺寸减小(图5).由于冷冻过程中水的结晶在一定程度上导致微胶囊尺寸的变大;水化后发生分子链松弛,释放应力使胶囊尺寸恢复.由此可以推测,通过调节C ML 的掺杂量及其分子中双键的含量或者交联条件等实现对微胶囊的强度、干燥后塌陷程度和恢复程度等进行调控.不论荧光探针分子的电荷、亲疏水性和分子量大小,它们都能很快地在该微胶囊内沉积.图6是不同荧光探针在微胶囊中沉积后的荧光显微镜照片,表明各种荧光物质不仅能渗透进入微胶囊内,而且在胶囊内部分布均匀.F i g .6 Fluorescence m i croscopy i m ages of the m i crocapsules i n cuba ted i n Rd6G(A),F L (B),F I TC 2BSA(C)soluti on s and NR(D )acetone soluti on,respecti vely荧光显微镜照片的亮度与仪器参数(曝光时间、黑白平衡等)密切相关.高浓度的荧光分子还存在荧光猝灭问题.因此我们用紫外吸收定量测定了探针在微胶囊内部的沉积量.由于C ML 带有微量的正Table 1 L oad i n g eff i c i ency of d i fferen t fluorescen t dyes Dye Charge Molecular weight Loading rati o (%) Rd6G +47943.2 F L -31880.5 NR 3037644.1 F I T C 2BS A- 6.6×10425.9 3I n acet one s oluti on .电荷,因此带负电的荧光素钠(F L )有最高的沉积量(达80%)(表1);尽管F I TC 2BS A 在中性pH值下也带负电荷,但由于其分子量较大,且存在聚合物膜的阻隔作用,装载效率最低.中性的NR 在有机溶剂中和带正电的Rd6G 中有相当的装载效率(达到40%以上),说明该微胶囊体系9802 No .10 范国强等:交联壳聚糖水凝胶填充层状微胶囊的制备与性能0902高等学校化学学报 Vol.29 中还存在其它作用力,如疏水作用或C ML凝胶的吸收作用.综上所述,本文采用LBL组装技术和原位光引发聚合制备了一种水凝胶填充的微胶囊.这种微胶囊制备过程简单、结构调控方便,能够干燥贮存,且水化后能恢复其原有形态和尺寸.该微胶囊能高效率地装载多种物质,尤其是带负电荷的物质,对中性和带正电荷的物质也有较高的装载效率.因此,这种层状组装微胶囊具有更大的应用前景.参 考 文 献[1] Donath E.,Sukhorukov G. 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B..J.Phys.Che m.B[J],2003,107:86—90[8] Gao C.Y.,Donath E.,M hwald H.,et al..Ange w.Che m.I nt.Ed.[J],2002,41:3789—3793[9] Gao C.Y.,L iu X.Y.,Shen J.C.,et al..Che mun.[J],2002,17:1928—1929[10] L iu X.Y.,Gao C.Y.,Shen J.C.,et al..Macr omol.B i osci.[J],2005,5:1209—1219[11] Mao Z.W.,Ma L.,Gao C.Y.,et al..J.Contr ol.Release[J],2005,104:193—202[12] Balabushevich N.G.,Ti ourina O.P.,Vol odkin D.V.,et al..B i omacr omolecules[J],2003,4:1191—1197[13] Zhu H.G.,McShane mun.[J],2006,14:153—155[14] Hong Y.,Mao Z.W.,W ang H.L.,et al..J.B i omed.Mater.Res.[J],2006,79:913—922[15] Hu X.,Zhou J.,Zhang N.,et al..J.Mech.Behavi or of B i omed.Mater.[J],2008,1:352—359[16] Colfen H..Curr.Op in.Coll oid I n.[J],2004,4:23—31[17] Sukhorukov G. B.,B rumen M.,Donath E.,et al..J.Phys.Che m.B[J],1999,103:6434—6440[18] Gruber H.F..Pr og.Poly m.Sci.[J],1992,17:953—1044[19] Senich G. A.,Fl orin R.E..J.Macr omolec.Sci.[J],1984,24:239—257Fabr i ca ti on and Properti es of Ch itos an Hydrogel F illedM ultil ayer M i crocapsulesF AN Guo2Q iang,T ONG W ei2Jun,HU Xiao2Hong,G AO Chang2You3(Key L aboratory of M acro m olecular Synthesis and Functionalization,M inistry of Education,D epart m ent ofPolym er Science and Engineering,Zhejiang U niversity,Hangzhou310027,China)Abstract I n a s oluti on containing water s oluble chit osan(C ML)derivative which was obtained by grafting lactic acid and methacrylic acid,CaCO3m icr oparticles doped with the C ML[CaCO3(C ML)]were fabricated. Layer2by2layer asse mbly of polystyrene sulf onate s odiu m salt(PSS)and poly(allyla m ine hydr ochl oride)(C ML)m icr oparticles t o f or m core2shell particles.Core re moved by (P AH)was then conducted on the CaCO3dis odium ethylenedia m inetetraacetate dihydrate yielded the PSS/P AH multilayerm icr ocap sules having the C ML in their interi ors.The C ML hydr ogel was for med in situ by a phot oinduced cr osslinking.The as2p repared m i2 cr ocap sules p reserved the m icr oscop ic mor phol ogy of their te mp late particles.Unlike the traditi onal multilayer m icr ocap sules,these C ML hydr ogel filled m icr ocap sules re mained their s pherical shape after drying,but their size was decreased fr om618μm t o416μm.The cap sule size and shape were recovered after hydrati on.These m icr ocap sules showed a high l oading efficiency of fluorescent dyes including negatively charged fluorescein and bovine seru m albu m in,positively charged rhoda m ine,and neutral N ile red in both water and organic s olu2 ti ons.Keywords Layer2by2layer asse mbly;M icr ocap sule;Gel;Loading(Ed.:W,Z)。
微胶囊填充型自修复涂层材料研究进展涂层防护是目前建筑设施、航空航天、汽车制造、石油石化等领域应用最广泛的腐蚀防护手段。
然而，涂层材料时刻受外界作用力的影响，其内部结构和性质容易发生改变，使之出现不同大小的微裂纹。
涂层内部微裂纹不断地产生与汇集最终会导致其在宏观上出现开裂或破损，从而使涂层的力学性能和保护作用受到很大程度的损伤，并且这些内部产生的微裂纹很难通过现有手段从外部进行修复。
为了解决这一问题，自修复涂层材料应运而生。
自修复涂层可以自动地对材料损伤区域进行检测、识别和修复，从而在一定程度上恢复其力学性能、防腐性能及外观形态。
自修复涂层材料是在20 世纪70 年代被提出的，目前自修复涂层材料主要分为两大类：本征型自修复涂层和外援型自修复涂层。
其中，本征型自修复涂层的修复主要是通过聚合物材料本身具有可逆化学反应的分子结构或大分子的扩散等形式来实现的。
根据可逆化学反应的类型不同，本征型自修复涂层分为可逆非共价键自修复（物理型）和可逆共价键自修复（化学型）两大类。
但是，本征型自修复涂层对材料本身的要求比较高，因此其应用范围具有一定的局限性。
外援型自修复涂层主要是利用一定的技术手段将修复物质进行封装，并添加到聚合物材料中，当聚合物发生损伤时，修复物质扩散到损伤处对其进行修复。
相比于本征型自修复涂层，外援型自修复涂层的发展日趋成熟，目前自修复方法的研究工作主要集中于该类方法。
近十年来，外援型自修复技术的研究主要有微胶囊技术、空心纤维技术、微血管网络技术，以及最新的介孔中空微球技术。
上述几种自修复涂层技术中，微胶囊填充型自修复涂层是将修复剂封装在微胶囊中，并将微胶囊和能使修复剂聚合的催化剂（或固化剂）一起复合在聚合物材料中。
在聚合物涂层内部受到破坏产生微裂纹时，微胶囊受裂纹的作用而破裂，其中包覆的修复剂在虹吸作用下流出并充满裂纹内部，再与基体材料中的催化剂（或固化剂）反应引发聚合，从而对裂纹进行修复，使涂层的性能得到一定程度的恢复。
药用微型胶囊研究进展前言微胶囊是指由天然或人工合成的高分子材料研制而成的具有聚合物壁壳的微型容器或包装物。
其大小在几微米至几百微米范围内( 直径一般在5~200μm)，需要通过显微镜才能观察到。
微胶囊技术是一种将成膜材料(常选用热塑性高分子材料) 作为壳物质，用固体、液体或气体为芯物质包覆成核壳形态结构的胶囊，壳的厚度为0 . 2 ~ 1 0 μm 。
这种壳核结构使微胶囊具有保护、阻隔性，使受外壳保护的芯物质既不会受到外界环境的侵入影响，同时又具有不会向外界逸出的阻隔性能。
制备微囊剂可选用水溶或水不溶性高分子材料随着高分子材料研究的进展，生物降解性高分子材料在微囊剂中的应用也逐日增多。
应用较广泛的高分子材料有明胶、淀粉、白蛋白、聚丙烯酸-淀粉接枝物、聚乳酸、聚羟基乙酸-乳酸共聚物、聚甲酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯烷基酯、乙基纤维素等。
当然这就使得微胶囊的种类日趋繁多主要组成部分也在相应的发生着微妙的变化。
微胶囊的用途广泛从而使得研究微胶囊的用途也成为了发展的必要。
1微胶囊的特性及其制备方法1.1 化学法制备微胶囊化学法的优点在于可以有效地包覆疏水性物质或疏水性大单体，且原料多样，可以制备不同类型的微胶囊，主要包括细乳液聚合、悬浮聚合、原位聚合、界面聚合及乳液聚合等。
1.1.1界面聚合法界面聚合发生在2种不同的聚合物溶液之间，将2种活性单体分别溶解在不同的溶剂中，当一种溶液被分散在另一种溶液中时，相互间可发生聚合反应，该反应在2种溶液的界面进行。
界面聚合反应法已成为一种较新型的微胶囊化方法。
利用界面聚合法可使疏水材料的溶液或分散液滴微胶囊化，也可使亲水材料的水溶液或分散液微胶囊化。
界面聚合法微胶囊化的产品很多，如甘油、水、药用润滑油、酶血红蛋白等。
美国杜邦公司于1957年利用界面缩聚反应制备聚酰胺并取得工业化后，此法就被开发用于制备各种微胶囊。
界面聚合法一般形成壁材结构的物质为：聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚脲等。
微胶囊的应用及研究进展摘要微胶囊技术近几年来在国内发展迅速，不仅制作工艺趋于成熟，应用也越来越广泛。
文章简要介绍了微胶囊的制备方法以及在各个领域的应用。
关键词微胶囊制备工艺应用微胶囊技术是一种利用天然或是合成的高分子材料，将固体、液体、甚至是气体物质包埋起来，形成具有半通透性或密封囊膜的微型胶囊技术。
形成的微小粒子称之为微胶囊。
微胶囊技术可以改善被包裹物质的物理性质，使活性成分与外界环境隔绝开来，增强稳定性，降低挥发性，延长保存期，此外还具有控制释放功能。
由于它的这些独特的优点，微胶囊技术在医药、香料、食品加工、纺织服装的领域都有深入的研究和应用。
微胶囊技术研究起步于20世纪30年代，美国人D.E.Wurster用物理方法以明胶为壁材在液体石蜡中制备鱼肝油形成明胶微胶囊，20世纪40年代末，微胶囊技术得到突破发展开始应用于药物制剂包衣，1954年美国的B.K.Green受到微胶囊在药物上的应用启发成功地将该技术应用于无碳复写纸的生产，并取得重大成果[1]。
近年来，微胶囊技术更是应用在香精缓释、新型染料、食品加工等繁多的行业及领域中。
1微胶囊壁材的分类微胶囊的壁材是构成囊的外壳。
不同的应用领域壁材也不尽相同，目前在微胶囊技术中常用的壁材主要有三类：天然高分子、半合成高分子材料以及全合成高分子材料。
选择壁材的原则是: 壁材能与芯材互相配伍，能性稳定耐高温, 耐磨擦, 耐挤压。
壁材要具有一定的渗透性、吸湿性、溶解性。
1.1天然高分子材料可以用作壁材的天然高分子材料主要有明胶、阿拉伯胶、虫胶、紫胶、淀粉、糊精、蜡、松脂、海藻酸钠、玉米朊等。
天然高分子材料一般都具有无毒，对环境危害小，稳定，易成膜等优点。
2.2 半合成高分子材料可以用作壁材的半合成高分子材料主要有缩甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素等。
半合成高分子材料则具有毒性小，粘度大，成盐后溶解度增加等优点，但是它易水解，不耐高温，需临时配制。
3.3 全合成高分子材料可以用作壁材的全合成高分子材料主要有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚醚、聚脲、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、环氧树脂、聚硅氧烷等。
微胶囊制备及研究进展综述微胶囊制备及研究进展综述（标题具体一点）摘要：近年来，微胶囊技术在生物医药、化工、食品等行业得到了应用和发展。
微胶囊制备的新工艺、微胶囊性能分析的新方法、微胶囊形貌结构和孔结构的表征方法等，都取得了一定的成就。
本文综述了微胶囊的结构和性能方面研究的新进展。
关键词：微胶囊；制备；研究进展；综述引言：微胶囊是利用天然或合成的高分子材料为囊材将囊芯物（固态、液态、气态）包裹而成的微小容器。
微胶囊技术从应用于无碳复写纸开始，至今已普及至包括医药、农药、香料、涂料、食品、化妆品等不同领域。
近年来，随着学科的交叉，微胶囊技术应用、制备、结构与性能研究有了很大的发展。
如微囊化的胰岛能够保持活力并能在有糖尿病的动物体内长时期不断分泌胰岛素；临床上已将包裹的活性炭进行体外循环，对肾衰竭或肝功能失调的病人解毒；将风味物包埋在纳米粒中，再将其与部分水溶性配料或风味物质共同包在微球中，可以实现多组分包埋和连续的控制释放等等。
特别地，膜乳化法和微通道法使得单分散乳液制备和单分散微胶囊合成得以实现，促进微胶囊在生物医药、微细加工和电子材料等高新技术领域具有广泛的应用前景。
本文综述了微胶囊的结构和性能研究方面的新进展，对微囊的科学研究和应用研究具有一定意义。
（参考文献的引用要标注。
）1微胶囊的制备方法（该节没有新意，是科普知识）大致可分为3类：聚合反应法、相分离法、物理及机械法。
聚合反应法包括界面聚合法、原位聚合法和悬浮胶联法；相分离法包括水相相分离法和油相相分离法；物理及机械法包括熔化分散冷凝法、喷雾干燥法、溶剂或溶液萃取法等。
1.1界面聚合法界面聚合法制备微胶囊的原理是通过适宜的乳化剂形成油包水（或水包油）乳液，使水溶性（或油溶性）反应物的水溶液（或油溶液）分散进入油相（或水相），在油包水（或水包油）乳液中加入非水溶性（或水溶性）反应物以引发聚合，在液滴表面形成聚合物膜，这样含水微胶囊（或含油微胶囊）就会从水相（或油相）中分离。
微胶囊技术的研究进展/doc/b24261344.html微胶囊技术的研究进展1曲健健1,但卫华1,林海1,陈驰1,⽶贞健2,舒展21.四川⼤学⽪⾰与⼯程教育部重点实验室,四川成都 610065；2.成都佰乐⾦⽣物科技有限公司,四川成都 610041E-mail: dajian_1981@/doc/b24261344.html摘要:本⽂介绍了微胶囊的结构及其制备⽅法，综述了微胶囊性能的评价⽅法和微胶囊技术的新进展，其中，纳⽶技术、膜乳化技术的运⽤及环境感应型微胶囊的提出使微胶囊的应⽤更加⼴泛。
此外，还指出了现阶段微胶囊技术存在的问题及发展趋势。
关键词: 微胶囊；制备⽅法；性能评价；新进展1．引⾔微胶囊技术是⼀种⽤成膜材料把某种物质包覆并使之形成微⼩粒⼦的技术，得到的微⼩粒⼦叫微胶囊（microcapsule）。
微胶囊技术的研究⼤约开始于20世纪30年代，在50年代取得重⼤成果，在70年代中期得到迅猛发展。
微胶囊具有改善和提⾼物质表观及其性质的能⼒，能够储存微细物质，延缓和控制释放，并具有保护芯材料免受环境影响、降低毒性、屏蔽⽓味等作⽤。
由于物质微胶囊化后具有许多独特的性能，在许多领域都有⼴泛的应⽤，因⽽引起了⼈们极⼤的兴趣。
如今，微胶囊技术已从最初的压敏复写纸扩展到医药、⾷品、农药、饲料、涂料、化妆品、添加剂、纺织、阻燃剂、⽣物固定化等多个领域，发展前景⼗分乐观。
2．微胶囊的结构微胶囊由内外两部分构成，内部的物质称为芯材，外部的包覆膜称为壁材。
其中芯材可以由⼀种或多种物质组成，可以是固体、液体或⽓体，壁材也可分为单层和多层。
形成微胶囊时，芯材被包覆⽽与外界环境隔离，在适当条件下，随着壁材的破坏⽽释放出来。
如果选⽤的壁材具有半透性，则芯材可以通过溶解、渗透、扩散的过程，透过膜壁⽽释放出来[1]。
微胶囊常⽤壁材主要有天然、半合成及合成的⾼分⼦材料。
天然⾼分⼦材料如明胶、阿拉伯胶、海藻酸盐、壳聚糖等，它们具有⽆毒、免疫原性低、成膜成球性好等特点，常⽤于医药、⾷品等领域。
微胶囊填充型自修复涂层材料研究进展涂层防护是目前建筑设施、航空航天、汽车制造、石油石化等领域应用最广泛的腐蚀防护手段。
然而，涂层材料时刻受外界作用力的影响，其内部结构和性质容易发生改变，使之出现不同大小的微裂纹。
涂层内部微裂纹不断地产生与汇集最终会导致其在宏观上出现开裂或破损，从而使涂层的力学性能和保护作用受到很大程度的损伤，并且这些内部产生的微裂纹很难通过现有手段从外部进行修复。
为了解决这一问题，自修复涂层材料应运而生。
自修复涂层可以自动地对材料损伤区域进行检测、识别和修复，从而在一定程度上恢复其力学性能、防腐性能及外观形态。
自修复涂层材料是在20 世纪70 年代被提出的，目前自修复涂层材料主要分为两大类：本征型自修复涂层和外援型自修复涂层。
其中，本征型自修复涂层的修复主要是通过聚合物材料本身具有可逆化学反应的分子结构或大分子的扩散等形式来实现的。
根据可逆化学反应的类型不同，本征型自修复涂层分为可逆非共价键自修复（物理型）和可逆共价键自修复（化学型）两大类。
但是，本征型自修复涂层对材料本身的要求比较高，因此其应用范围具有一定的局限性。
外援型自修复涂层主要是利用一定的技术手段将修复物质进行封装，并添加到聚合物材料中，当聚合物发生损伤时，修复物质扩散到损伤处对其进行修复。
相比于本征型自修复涂层，外援型自修复涂层的发展日趋成熟，目前自修复方法的研究工作主要集中于该类方法。
近十年来，外援型自修复技术的研究主要有微胶囊技术、空心纤维技术、微血管网络技术，以及最新的介孔中空微球技术。
上述几种自修复涂层技术中，微胶囊填充型自修复涂层是将修复剂封装在微胶囊中，并将微胶囊和能使修复剂聚合的催化剂（或固化剂）一起复合在聚合物材料中。
在聚合物涂层内部受到破坏产生微裂纹时，微胶囊受裂纹的作用而破裂，其中包覆的修复剂在虹吸作用下流出并充满裂纹内部，再与基体材料中的催化剂（或固化剂）反应引发聚合，从而对裂纹进行修复，使涂层的性能得到一定程度的恢复。
内部填充层层组装微胶囊研究进展1范国强，仝维鋆，高长有*高分子合成与功能构造教育部重点实验室，浙江大学高分子科学与工程学系，浙江杭州（310027）E-mail: cygao@摘要：利用层层（LBL）组装技术，在可去除的胶体微粒上组装聚合物薄膜，去除模板后可得到形状、尺寸、囊壁厚度及组成可控的微胶囊。
这类微胶囊的结构易于调控，并可通过选用功能性组装材料或胶囊内外修饰实现功能集成，因而在药物传输、微反应器、微传感器及催化等许多领域具有潜在的应用前景。
和中空微胶囊相比，内部具有特定填充物的微胶囊可在其内外创造不同的物理化学微环境，从而在胶囊内部受限微小空间内实现特定的生物和化学反应或功能物质的可控包埋，因而是LBL微胶囊研究的热点之一。
本文主要介绍了内部填充层层组装微胶囊的制备方法和应用。
关键词：层层组装，微胶囊，填充，药物传输，微反应器中图分类号：O6331．引言微胶囊是通过成膜物质将囊内空间与囊外空间隔离开以形成特定几何结构的物质，其内部可以是填充的，也可以是中空的。
微胶囊的技术特色在于囊内空间与囊外空间隔离，因而可以分别对囊内和囊外空间的物理化学性质进行调控[1,2]。
随着现代科技的发展，微胶囊越来越多地被用于微反应器、药物载体、细胞和酶的包埋防护以及基因转染等领域。
最近，Möhwald等采用可被去除的胶体颗粒作为组装的模板，通过层层组装技术[3-5]将聚电解质沉积到该胶体颗粒上，然后将作为模板的胶体颗粒溶解或分解，制备出了一类全新结构的聚合物中空微胶囊[6,7]。
这类新型微胶囊的形状和尺寸可由模板控制，囊壁组分可由组装材料控制，囊壁厚度可由组装层数和组装条件控制并可在纳米尺度范围内调控，并且可通过选用功能性构筑单元或胶囊内外修饰实现功能集成[8]。
因此该种微胶囊在药物微载体、微反应器以及者微储存器等研究领域有着广泛的应用前景。
在此类应用中，微胶囊中特定物质的合成与包埋是这类微胶囊诸多应用中的一个前提，也是LBL微胶囊研究领域中的热点之一。
实现这一目标的思路之一就是在微胶囊内部首先填充某种特定的物质，从而在微胶囊内部创造一个特殊的物理化学微环境，进而诱导特定化学反应在内部的发生或功能物质的沉淀包埋，或利用填充物与包埋目标物质之间的亲和作用实现物质的高效包埋。
本文将综述最近几年发展起来的内部填充LBL微胶囊的制备方法及其应用。
2．填充微胶囊的制备方法2.1模板控制填充模板控制填充是将填充目标物首先和模板结合，然后通过在其表面组装聚电解质薄膜，去除模板后可将其截留在微胶囊内部。
这种方法利用了聚电解质多层膜的半透膜性质，模板降解形成的小分子可通过囊壁扩散出去，而大分子物质则被截留在微胶囊内部，因此这种方法只适用于大分子物质的填充。
Yu等[9]以多孔的SiO2为模板，先将多孔粒子与大分子如酶的溶液混合，酶可被大量吸附到多孔粒子中，之后在表面层层组装聚电1本课题得到国家自然科学基金（20434030，50425311）和教育部博士点基金（20050335035）资助。
解质，去核之后即可得到内部含有酶的微胶囊(图1)。
Fig. 1 Schematic representation of the procedure for encapsulating enzyme in polyelectrolytemicrocapsules using mesoporous silica particle as template.碳酸钙晶核的形成和晶体的生长对环境变化十分敏感，通常可以通过各种添加剂来控制结晶过程，从而可将添加剂掺杂到碳酸钙的模板粒子中。
Tong 等[10]通过加入聚苯乙烯磺酸钠（PSS ）来调控碳酸钙的结晶，得到了PSS 掺杂的碳酸钙微粒，并以此为模板层层组装聚电解质，制备了囊内填充有PSS 的微胶囊(图2)。
Fig.2 Schematic illustration to show the formation process and the topology of the as-preparedmicrocapsules.2.2内层解离填充Sukhorukov 等[11]以三聚氰胺甲醛（MF ）微粒为核，三价铽离子（Tb 3+）和PSS 为壁材料以层层吸附技术制备4个双层的Tb 3+/PSS 胶囊壁；然后继续层层吸附4个双层的PSS/聚烯丙基胺盐酸盐（PAH ）；在HCl 中去核后，将微胶囊放置在高盐和高温的（2M NaCl 和80℃）环境中2小时，使Tb 3+/PSS 结构解离。
由于Tb 3+可以自由渗透出囊壁而PSS 由于分子量较高被束缚在胶囊中，因此可以利用这种方法得到填充PSS 的微胶囊(图3)。
类似的还有以PSS/Y 3+或4-硫酸芘（4-Pyrene sulfate, PS ）/PAH 组合作为可溶解内层，外面包裹稳定的PSS/PAH 聚电解质多层膜。
对于不带电的葡聚糖，可以在溶剂中加入易混溶的非溶剂（Dextran 溶于水，不溶于乙醇），使其在MF 粒子表面沉淀形成内层囊壁，用LbL技术组装上聚电解质多层膜，构成外层囊壁。
除去MF核之后，加入溶剂水，则可使内层囊壁Dextran溶解而被包埋在微胶囊内[12]。
Fig. 3 Encapsulation by decomposition of the inner layer.2.3囊内聚合填充囊内聚合填充同样利用了微胶囊壁的半透性。
将微胶囊与可聚合的单体及引发剂混合后，单体和引发剂可以扩散到微胶囊内，引发单体的聚合，则可在微胶囊内原位形成聚合物，由于分子量较大被截留在微胶囊内部实现了填充。
Dähne、Donath等[13]将4-磺酸苯乙烯、引发剂过硫酸钾与微胶囊共同溶解于20％甲醇溶液中，80℃下反应4小时后，洗涤去除囊外聚合的PSS和囊内的单体及低聚物后，就得到了内含PSS的微胶囊(图4)。
最近，Kim等[14]利用微胶囊作为微反应器，通过在微胶囊内壁吸附引发剂的方法可以引发苯乙烯磺酸钠的聚合。
与本体溶液中聚合的相比教，在受限的微胶囊内聚合的PSS有更高的分子量，体现了微胶囊作为微反应器的特殊功能。
Fig. 4 Scheme of capsule preparation and filling with polymers via a “ship in bottle” synthesis.Zhu等[15]将带双键的低分子量聚乙二醇（PEG）和引发剂与微胶囊混合，等PEG和引发剂扩散到微胶囊内部后进行聚合，然后洗去微胶囊外部的聚合物，实现了PEG凝胶的填充。
2.4调控囊壁渗透性实现填充微胶囊壁具有一定的通透性，通常情况下，分子量为1万以上的大分子无法透过胶囊壁。
通过改变壁的通透性，可以将相对大分子量的物质包埋到微胶囊后“关闭”微胶囊壁上的通道，将所需物质填充于微胶囊内部。
Gao等发现PSS/聚二烯丙基二甲基铵盐酸盐（PDADMAC）微胶囊对渗透压、热、盐的刺激敏感，在去核过程中发生体积膨胀，热处理会促进体积的进一步膨胀；而在盐溶液中则会发生体积收缩现象。
利用这种膨胀－收缩性能，实现了物质的包埋，尤其是分子体积大的聚合物、结构刚硬的纳米粒子等。
以分子量2百万的葡聚糖为例，在室温下水溶液中，可自由通透PSS/PDADMAC微胶囊的囊壁。
将等量0.2 M NaCl溶液滴加到葡聚糖与微胶囊的混合溶液中，使微胶囊发生收缩。
收缩过程可使囊壁上存在的缺陷或孔洞愈合，因此渗透性降低，从而将葡聚糖包埋在微胶囊内[16]。
Dejugant等[17]利用PAH/PSS微胶囊在pH>11.8时膨胀，pH<11时收缩的性质，利用相似的原理，可以将荧光标记的PAA包埋到微胶囊内。
所包埋物质的量可以通过原始PAA溶液的浓度在皮克量级上调控。
Köler利用PAH/PSS微胶囊受热收缩的性能，先将其与小分子的染料混合，然后加热使其收缩，这样可以实现小分子染料的包埋填充[18]。
3．填充微胶囊的应用由于微胶囊的内部填充了特定了填充物，从而在微胶囊内外创造了不同的物理化学环境，这为微胶囊在药物载体、微反应器等领域的应用提供了很好的前景。
Sukhorukov等将PSS填充入微胶囊中，然后将微胶囊悬浮液中丙酮的浓度不断增大，发现微胶囊内丙酮比例的增大总是滞后于囊外的增大。
这是由于PSS具有很强的亲水性，因此在PSS分子周围总会形成水分子的富集区域，所以导致微囊内的水含量总是大于囊外。
在进行包埋微溶于水的小分子药物时，先将药物溶于水/丙酮的混合溶液中，让溶液在空气中自由挥发，当挥发到一定程度，微囊内的药物因囊内水含量高而达饱和析出，但此时由于胶囊外丙酮比例较高而药物仍未达饱和。
由于这种化学位的差异而使药物不断地沉积于囊内[19]。
Tong等[10]发现填充了聚苯乙烯磺酸钠（PSS）的微胶囊具有灵敏的电荷选择性，可实现带正电荷物质的有效沉积而排斥带负电荷物质的渗透。
这种微胶囊能够在罗丹明6G和荧光素钠的混合液中，选择性地将罗丹明6G沉积到微囊中（图5）。
Fig. 5 CLSM images of the capsules incubated in Rhodamine 6G and fluorescein sodium mixed solution (a-c) and in a TRITC-dextran and FITC-dextran mixed solution (d-f).Zhao等[20]采用内部掺杂有PSS的微胶囊，将蒽环霉素类药物如柔红霉素（DNR）和阿霉素（DOX）沉积到微囊内部。
通过改变药物投料浓度、微胶囊与药物溶液孵化温度、药物溶液的盐浓度和去核后重新组装一定层数的聚电解质等方法，可以调节微胶囊内的药物浓度。
为了达到生物相容的目的，Zhao等[21]又将DNR和DOX沉积到以羧甲基纤维素掺杂的碳酸钙为模板的壳聚糖/海藻酸钠微囊中(图6)。
这种微胶囊在低pH条件下显示出较快的释放速率，表明制备的壳聚糖/海藻酸钠微胶囊具有一定pH响应性。
通过与SMMC-7721肝癌细胞在体外共同培养，发现载药微胶囊对肝癌细胞具有有效的抑制作用。
除了诱导特定物质在微胶囊内的包埋或沉积，内部填充微胶囊也利用内外不同的物理化学微环境实现囊内的特定化学反应。
Sukhorukov等通过内层解离法[22]在微胶囊内部填充碱性聚合物PAH，建立Donnan平衡以后会在微囊内部提供一个比囊外更加碱性的环境，这时如果加入FeCl3可选择性地在微胶囊内合成磁性纳米粒子(图6)。
通过预先将尿素酶吸附到多孔SiO2中[23]或改变囊壁渗透性[24]的方法可将尿素酶填充到微胶囊内。
当这种微胶囊分散到含有CaCl2 和尿素的水溶液中时，尿素酶可催化降解尿素在微胶囊内部生成碳酸根离子，碳酸根离子原位和钙离子反应生成碳酸钙沉淀。
