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商品编号:
功能微球
中文名称:微颗粒/微胶囊 英文名称: Microsphere/Microgel/Microcasule
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商品信息

产品描述

微流控技术在可控制备微颗粒功能材料方面展现出了独特的优势。该技术可以利用互不相溶的液相在微型装置中连续、可控地生产具有高度单分散尺寸的单乳液滴和多重乳液液滴,并且对于乳液液滴结构(如乳液内部包含液滴的组分、数目、尺寸、比例以及外部液层的组分、厚度等)进行精确调控。这些结构精确可控且多样化的单分散乳液液滴为可控制备具有多样化结构的高度单分散微颗粒提供了优良的模板。


产品应用

这些具有多样化结构的微液滴,经溶剂挥发[1,2]、聚合反应[3,4]、离子交联[5]、相分离或界面反应[6,7]等方法最终得到相应的可降解聚合物微球(如PLA[1]、PCL[8]、PLGA[2])或水凝胶微球(如海藻酸钠、壳聚糖 、明胶甲基丙烯酸甲酯等)、核壳结构的微胶囊、多孔结构或复杂形貌的微球[9],如图1所示。核壳结构通常由中心的核以及包覆在外部的壳组成,内核与外壳间通过物理、化学作用相互连接,壳层或内核能够包裹具有生物活性的生物分子、药物及其他配体,能与生物环境体系中的细胞相互结合[10,11]。以可生物降解、响应性材料 (pH、温度敏感性、光、磁响应等)为壳,可实现药物内核的控制释放[12,13]。另外,多孔结构微球具有大的比表面积和孔体积,药物或细胞可吸附在多孔微球的表面或进入孔道内部,通过孔结构的调整可实现药物释放速度的可控和组织生长所需微环境的构建[14,15]。

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图1 微流控技术制备的多种形貌的微球


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图2 微流控制备单分散聚合物颗粒示意图;PLGA微球的SEM图[2]。 


Xu, Q[2]等采用生物可降解的合成材料聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)制备PLGA-药物(布比卡因)颗粒(图2),且对单分散颗粒药物释放的尺寸依赖性曲线进行了系统研究,并将它们的释放动力学与使用常规乳化方法制备的相同平均粒径的颗粒进行了比较。该文献文所述的方法在药物应用的微球的可控生产中具有实用性。


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图3 应用葡萄糖荧光响应荧光水凝胶微球进行体系内连续葡萄糖监测的示意图[16]。


日本科学家Hideaki Shibata和Shoji Takeuchia等[16]设计制备了具有葡萄糖荧光响应的水凝胶微球和凝胶纤维传感器(图3),通过微创注射技术将水凝胶植入到皮下,对小鼠体内葡萄糖进行长期的连续光学监测。


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图4 微流控技术制备负载骨髓间充质干细胞的明胶基甲基丙烯酸甲酯(GelMA )水凝胶微球(A)及其应用于骨缺损位置实现骨的快速再生(B)[15]。 


西安交通大学仿生工程与生物力学中心赵昕副教授和哈佛大学David Weitz院士共同合作[15],将微流控技术和干细胞治疗技术相结合,构建出一种柔软的可注射水凝胶微球(图4),成功实现了对活体干细胞和生长因子的装载。通过调节微环境中的s生物力学、降解、生长因子释放速率等因素,动态实现了“细胞微巢”内细胞的立体增殖和分化,从而促进BMSCs的成骨分化等。该工作为干细胞在临床上微创治疗提供了一种新的技术和思路。


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图5 基于微流控技术制备的PLGA多孔微载体负载骨骼肌细胞[17]。


华侨大学生物材料与组织工程研究所陈爱政教授团队和哈佛医学院Y. Shrike Zhang教授团队[17]合作利用微流控技术成功制备了基于聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)的高度贯通多孔微载体,并负载骨骼肌细胞(图5),评价了其细胞增殖和体内递送效果。研究结果表明,这种基于微流控技术制备的高度贯通多孔微载体在修复组织缺损和再生医学方面具有潜在应用前景。


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图6 微流控技术制备超薄微胶囊原理及实物图;PLA微胶囊的共聚焦显微镜图。[18] 


哈佛大学David Weitz组[18]曾通过毛细管微流控装置利用一步乳化法制得稳定的、具有超薄中间层的双乳液微胶囊(图6左)。该研究又进一步采用可生物降解的聚合物聚乳酸(PLA)作为微胶囊薄膜层,伴随PLA降解,微胶囊可以解离并释放包裹在内核中的染料(图6 右)。这种有超薄膜的微囊可以作为模型系统用于研究封装和输送药物,化妆品和营养物质等活性物质。


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图7 乳液微流控技术制备核壳结构复合微胶囊药物载体示意图[19]。 


赵远锦教授研究小组[19]使用液滴微流控技术,将溶有盐酸阿霉素(DOX)的GelMa水溶液和溶有喜树碱(CPT)的PLGA油溶液乳化成均匀的双乳液模板,通过紫外固化双乳液内核、挥发溶剂固化双乳液壳层,最终得到核壳结构复合微胶囊药物载体(图7)。所获得的微胶囊药物载体可同时递送亲水性和疏水性药物,并且显著提高药物的包裹效率。这种核壳结构复合微胶囊作为药物载体时可提高药物的利用率,有效的杀灭多种肿瘤细胞,为临床肿瘤的药物治疗提供新的途径。


产品分类

我们可以对微通道结构的设计,提供不同结构规格的毛细管微流控装置;另外,通过选用不同的水溶性或油溶性材料,如水凝胶类、酯类及易于分散的有机、无机纳米颗粒材料等,以液滴为模板,制备形貌、成分及功能各异的微球材料。


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参考文献

[1] Q. Xu, M. Hashimoto, T. T. Dang, et al, Small, 2009, 5, 1575–1581.

[2] T. Watanabe, T. Ono and Y. Kimura, Soft Matter, 2011, 7, 9894–9897.

[3] W. J. Jeong, J. Y. Kim, J. Choo, E. K. Lee, et al, Langmuir, 2005, 21, 3738–3741.

[4] H. Liu, X. Qian, Z. Wu, et al, J. Mater. Chem. B, 2016, 4, 482–488.

[5] S. Sugiura, T. Oda, Y. Izumida, et al, Biomaterials, 2005, 26, 3327–3331.

[6] N. G. Min, M. Ku, J. Yang and S.-H. Kim, Chem. Mater., 2016, 28, 1430–1438.

[7] L. Y. Zhang, L. H. Cai, P. S. Lienemann, et al, Angew. Chem., Int. Ed.,2016, 55, 13470–13474.

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[10] Y. Zhao, H. C. Shum,  D. A. Weitz, et al, Langmuir, 2011, 27, 13988–13991.

[11] T. Y. Lee, M. Ku, B. Kim, et al, Small, 2017, 13, 11.

[12] C. X. Zhao, Adv. Drug Delivery Rev., 2013, 65, 1420–1446.

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[15] D. R. Griffin, W. M. Weaver, P. O. Scumpia, et al, Nat. Mater., 2015, 14, 737–744.

[16] H. Shibata,  Y. J. Heo,  T. Okitsu, et al, PNAS, 2010, 107, 17894-17898.

[17] R. K. Kankala, J. Zhao, C. Liu, et al, Small, 2019, 15, 1901397.

[18] S. H. Kim, J. W. Kim,  J. C. Cho, et al, Lab Chip, 2011, 11, 3162–3166. 

[19] Y. Li,, D.Yan, F. Fu, et al, Science China Materials, 2017, 60, 543–553. 


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