微胶囊壁材的研究进展

陈 彬，王宗抗，张 敏，孟品品，张志鹏

（1. 深圳市芭田生态工程股份有限公司 企业博士后工作站，广东 深圳 518105；2. 广西植物营养工程技术研究中心，广西 贵港 537000）

微胶囊技术是指使用聚合物基质将具有功能性的生物活性材料（例如疫苗、抗体、微生物、酶等）包裹制备成微观容器的一种手段，用以确保核心材料的应用，微胶囊的尺寸大小通常为几微米到数百微米不等［1］。这些全封闭或半透性的微胶囊由于具有控释性、可提高芯材稳定性和抵抗外界不良因素等优势，已被广泛应用于医药、农业、食品等多个领域。微胶囊的功效主要是通过选择不同的壁材来影响芯材的生理生化性能［2］。

良好的壁材能够使芯材具有更好的生物利用度，延长芯材的半衰期而延缓其释放，提高核心芯材的功效，还能够保护芯材不受外部环境因素的损害［3］。微胶囊在应用中的最终性能很大程度上取决于其壁材的理化性质和分子量［4］。一般来说，壁材的分子量越大，其核心材料的释放越慢，通过选择优质的壁材可以提高胶囊的包封效率，延缓芯材的释放，从而延长芯材的储存时间［5］。

迄今为止，研究者们的研发方向主要集中在微胶囊的控释机制上，关于更优质的壁材的研究则相对匮乏。笔者概述近年来微胶囊壁材的种类及其特点，并展望微胶囊技术的应用前景。

1 微胶囊壁材

理想的微胶囊壳材料应不与芯材物质发生反应，并具有适当的机械强度、溶解度、流动性、乳化性、渗透性和稳定性［6］。常用的微胶囊壁材包括天然高分子材料、合成高分子材料和无机材料。

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、蛋白质、蜡质或脂质。现阶段海藻酸钠是研究最多的载体材料之一，它是从海藻中提取出的一种由α-L-古罗糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸通过α（1→4）线性嵌段形成的共聚物，属于天然多糖类化合物［7］。研究发现当海藻酸钠遇到Ca2+等二价阳离子时，Ca2+可以取代Na+形成海藻酸钙凝胶，表现出更佳的强度和弹性。Ca2+可与5—COO—、2—OH之间的4个配位键连接系统中的分子，形成“蛋盒”结构，这种三维网络结构对维持微胶囊中药物的活性具有关键作用［8］。海藻酸钠和壳聚糖的组合是现有研究最多的微胶囊壁材组合之一，其作用原理为海藻酸钠的—COOH 基团与壳聚糖的—NH2基团之间存在静电作用，能够结合在一起，形成可以包裹芯材的膜［9］。此外，环糊精也是一种天然高分子壁材，是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列低聚糖的总称，其衍生物通常含有6 ～12 个d-吡喃糖基，其分子三维结构为环状中空圆柱体，具有良好的亲水表面和内部手性疏水性，因此可以将疏水性药物分子装入其中，改善药物的溶解性，达到延长药物疗效的作用［10］。

1.2 全合成聚合物壁材

完全人工合成高分子壁材可分为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为非生物降解材料目前已被用作农药控释的载体［11］。生物可降解的合成聚合物主要为聚乳酸及其共聚物，聚乳酸是一种以淀粉为原料的新型可生物降解材料，被人们认为是可再生植物资源［12］。单个乳酸分子具有羟基和羧基，多个乳酸分子形成聚合物后其分子形态表现为覆盖在一起，具有生物相容性好、无毒害和易降解等特点，被广泛应用于药物传递系统［13-14］。现阶段聚乳酸和聚乳酸/乙醇酸聚合物的组合作为可生物降解完全人工合成壁材已被应用在制备具有缓释性能的微胶囊上［15］。α-聚酯是现阶段研究最广泛的完全高分子合成壁材之一，其进入人体内后，可经过生物降解和脱酯化形成乳酸单体，再经乳酸脱氢酶氧化和内源性三羧酸循环后，最终形成二氧化碳和水，并通过肺、肾脏和皮肤排出体外［16］。LIU 等将预混膜乳化后的农药装填入可生物降解的聚乳酸微胶囊中，结果表明，氯化氰菊酯的装填量和装填效率分别达到41%和82%以上，制备成的微胶囊尺寸分别为0.68、4.60 μm。该微胶囊体系对氯化氰菊酯的持续释放时间延长至250 h，具有较高的热稳定性和抑制小菜蛾幼虫生存的功能［17］。这对开发高效、环保的农药缓释制剂具有重要的指导意义。

1.3 半合成聚合物壁材

半合成的高分子壁材主要为纤维素衍生物，通常作为药用高分子辅料或药物微胶囊壁材。在纤维素衍生物中，乙基纤维素是应用最广泛的药物控释载体材料，它是由纤维素与硫酸二乙酯或氯乙酯醚化反应制得，具有绿色安全、无致敏性、成膜性良好等特点，已被广泛应用在药物载体上［18-19］。乙基纤维素微胶囊的作用原理为在不溶于水的溶剂中使用乙基纤维素，其溶解度会随温度降低而降低，常温下几乎不溶，在高温条件下，助剂溶解在溶剂中，作为乙基纤维素的非溶剂。在冷却过程中，发生相分离，实现乙基纤维素包覆在芯材周围形成微胶囊［20］。目前，乙基纤维素已成功应用于磺胺恶唑、茶碱、阿司匹林、维生素D2、叶酸、塞来昔布、鲑鱼降钙素、荷兰酰胺等药物的微胶囊化。乙基纤维素作为微胶囊壁材还可用于控制水溶性药物的释放，EL-HABASHY 等为了降低吡罗昔康的致溃疡性，使用不同的稳定剂，采用蒸发法制备了载有吡罗昔康的乙基纤维素基微胶囊，其研究结果表明，纳米颗粒粒径和包封率分别达到了240 nm和85.29%，吡罗昔康的缓释时间达到了12 h，与吡罗昔康混悬液相比，包膜后的吡罗昔康能够明显抑制大鼠胃溃疡的发生，溃疡指数平均下降66%，为非甾体抗炎药物治疗提供了新的技术手段［21］。

1.4 无机材料壁材

无机材料通常具有良好的化学稳定性和热稳定性，因此常被应用在生物降解和环境保护领域［22］。现阶段可作为微胶囊壁材的无机材料主要有层状双金属氢氧化物、碳酸钙和磷酸盐等［23］。层状双金属氢氧化物是一种阴离子型的黏土化合物，它能够与客体药物通过静电作用、氢键、范德华力等方式结合，主体和客体经过有序排列，结合物具有分子容器的特点。周围介质中的阴离子可以缓慢地进入层状双金属氢氧化物和目标物，以达到缓慢释放药物的作用。磷酸钙作为无机壁材之一，常应用在陶瓷制造、药品、动物饲料添加剂和塑料稳定剂等行业中［24］。PETROV等开发了一种以多孔碳酸钙微粒子为壁材，α蛋白酶为芯材的微胶囊，结果表明，相比于原始样品，以碳酸钙为壁材制备的微胶囊能够保留芯材中约85%的酶活［25］。

2 总结与展望

微胶囊技术已广泛应用在医疗、食品、工业、农业等多个领域，其壁材通常为无毒无害、绿色健康、具有良好物理化学活性的高分子材料，为那些过去不易使用的活性产品提供了覆膜外套，从而形成更加稳定的微胶囊产品。虽然微胶囊具有无可比拟的优势，但其在未来仍面临许多应用和理论问题，例如，微胶囊技术仍缺乏统一的标准或准确的鉴定方法，微胶囊壁材存在生物安全性问题，微胶囊芯材的释放机制不明确等。现阶段学者们仍在不断努力研发开拓微胶囊技术，探索更为优质安全的微胶囊壁材，相信在不久的将来，微胶囊技术将为人们带来更大的经济效益和社会价值。