[發明專利]一種中空多孔微膠囊及其制備方法

有效

• 申請號: 200810223586.2
• 申請日: 2008-10-08
• 公開（公告）號: CN101362069A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發明（設計）人: 馬光輝;高飛;王平;張穎;蘇志國
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B01J13/14
• 分類號: B01J13/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及高分子微球與微囊材料的成型加工及作為復合材料的應用。

技術背景

微囊是生命現象中普遍存在的物質聚集形態，合成微囊也是一種成功的商品形式，具有廣泛的應用。一種殼層材料包裹另一種功能材料，是膠囊的主要構造方式，而微囊通常是指從亞微米到毫米尺度的小型膠囊。無論以何種形態存在，功能材料與殼層材料是構成微囊的兩類基本元素；前者決定了微囊的功用，后者主要用于輔助前者功能的實現。微囊的制備，指的是通過一定的方法將功能材料包裹或分散在支持材料中，從而制備顆粒狀復合材料的過程。通過對物質進行微囊化包埋可以達到許多目的，如可以改善囊芯材料的化學或物理穩定性，屏蔽囊芯的氣味、顏色和毒性，還可以實現囊芯物質的控制釋放或靶向釋放。微囊化是構建復合材料的重要方法，也是提高囊芯材料操控性能的重要手段；隨著材料技術的不斷進步，越來越多的功能材料實現了微囊包埋，使功能材料的應用得到不斷拓展。

本發明致力于開發新型膠囊體系，實現對新興納米尺度功能材料的微囊化。在諸多新型功能材料中，納米功能材料是近來最引人關注的一類。這類材料在應用中具有優異的表現；如納米催化劑，同傳統的大尺寸催化劑相比單位質量具有更大的接觸表面，更有利于催化反應進行。但是小尺度也造成了單元操作的困難，無論是高速離心還是超濾都會耗費大量的能量與工時；此外納米粉體擴散到環境中，會長期殘存，對人體健康造成危害。實現納米顆粒的微囊化，一方面可以提高功能單元的尺寸以便于單元操作，另一方面能有效防止納米粉體流失進入環境。對納米材料進行微包埋已經見諸報道，但包埋后的納米顆粒往往會損失原有的分散性與運動性，納米材料的優勢會有很大損失。為了既實現納米材料的微包埋，又要保留納米材料的優勢，本發明發明了一種新型結構的微囊。其特征為：膠囊具備數十微米的空腔，納米顆粒在限定的空間中能夠保持原有的分散性和自由運動的特點；其次微囊具備多孔的殼層，殼層孔道為納米孔，能夠阻止納米材料向外擴散，又能夠實現微囊內腔同外界分子的傳遞。這種特殊形態的微囊對制備方法提出了很高的要求；另外，具有該形態特征的膠囊還將用于具有生物活性的納米催化劑的包埋，制備過程必須要保證囊芯材料的生物活性，這也對該特殊形態的微囊制備提出了更高的要求。

本發明提出了全新的微囊制備方法，該方法建立在復乳液(水包油包水型，W/0/W)包埋和懸浮聚合的基礎上。其中復乳液滴的內水相通過配方和工藝的控制，可以制造出直徑數十微米的單一的內腔；而懸浮聚合通過復合致孔劑的使用，能生成具備納米貫穿孔道的堅固殼層；兩種技術遵循截然不同的調控機理，可以滿足兩個不同尺度的形態要求。由于制備過程中微囊的內腔由水相組成，可以用于包埋親水性的納米材料，并且適合于包埋具有生物活性的納米材料，保護生物活性不受破壞。復乳法制備的微囊通常為多腔結構，本發明首次提出了一種單腔復乳微囊的制備方法，同傳統的多腔結構相比，單腔具有明顯優勢：首先是能夠提供寬敞的內空腔，有利于提高裝載量，還有利于納米顆粒的自由分散；此外單腔膠囊只有一層殼層，有利于物質傳遞，納米催化劑裝入膠囊后，底物能夠迅速擴散進入，產物也能夠迅速移除。本發明在開發過程中考慮了放大的需要，乳化和懸浮聚合都是常規的生產方式，適合大規模生產；并考慮了所開發產品的通用性，使新型微囊適用于廣泛的囊芯材料，通過對不同材料的包埋，可以制備出多種不同功用的微囊產品。

發明內容

本發明提供了一種新型的聚合物膠囊及其制備方法，該類膠囊具有中空內腔和多孔的殼層，制備過程結合了復乳化和懸浮聚合的優勢。該膠囊生物兼容性好，內腔容積大，機械強度高，而且制備規模容易放大。本發明首次提出了一種控制復乳液滴演變的方法，來獲得單一內水腔的復乳液滴，從而制備出單一內腔的固體膠囊。制備膠囊的粒徑控制在10-100μm；內腔直徑控制在數微米到數十微米范圍內；殼層有效孔徑范圍為2-200nm。本發明驗證了該膠囊體系的應用，其中包括：裝載固定化酶顆粒，裝載活細胞體，裝載磁性納米材料和納米光催化劑。本發明還進一步驗證了多種顆粒組合包埋的可能性，證明該膠囊體系適用于復雜反應過程的集成。

膠囊制備方法如下：

1.配置油相(O)，其中包含乙烯基單體、二乙烯基交聯劑、自由基引發劑、油相乳化劑和制孔劑；其中還可以包含三乙烯基交聯劑、比重調解劑、粘度調解劑和疏水調解劑。