一种石墨烯/壳聚糖复合微胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯/壳聚糖复合微胶囊及其制备方法。该复合微胶囊形状规则、粒径分布均匀，膜壁的力学性能显著加强，由石墨烯原位引入壳聚糖微胶囊的膜壁中构成，呈球形，其大小为300～1000μm，粒径分布系数≤6％。该复合微胶囊的制备方法是：首先通过壳聚糖季铵盐修饰石墨烯，保证石墨烯能稳定壳聚糖溶液中分散，然后基于气-液剪切作用在自制微流控装置中形成石墨烯/壳聚糖的混合微液滴，再滴入到阴离子表面活性剂溶液中，复凝作用使壳聚糖季铵盐修饰的石墨烯与壳聚糖分子共同析出，形成微胶囊膜壁，从而得到石墨烯/壳聚糖复合微胶囊，石墨烯被原位引入微胶囊膜壁；该方法操作简单，条件温和，重现性高。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/壳聚糖复合微胶囊及其制备方法
本专利技术涉及纳米粒子/天然高分子复合微胶囊，具体涉及在气-液微流控技术制备壳聚糖微胶囊时，通过原位复合技术将石墨烯引入微胶囊的膜壁，得到一种应用于药物控制释放的单分散石墨烯/壳聚糖复合微胶囊及其制备方法。
技术介绍
壳聚糖(CS)是一种天然高分子物质，具有生物可降解性、生物相溶性、生物无毒性等特点，基于壳聚糖的微球或微囊越来越多的受到科学家们的重视和广泛研究，并被广泛应用于细胞的包埋、酶的固定化、药物控释等领域。制备壳聚糖微胶囊常用的方法有乳化-交联法、乳化-溶剂蒸发法、喷雾干燥法等，这些方法大多存在着微胶囊尺寸不均一、不可控、制备效率不高、重复性较差的缺点，通过微流控技术制备的聚合物微胶囊具有极高的尺寸单分散性和可调控性[MaterialsToday,2008,11(4):18-27.]。目前基于液-液剪切的微流控技术已经成功应用于壳聚糖微胶囊的制备上，得到粒径呈单分散的壳聚糖微胶囊[Softmatter,2011,(7):4821-4829.]，但也存在后期脱除溶剂的问题。因此，我们将微流控技术与锐孔技术相结合，基于气液剪切原理，能有效制备单分散微胶囊，并避免复杂的后处理。另一方面，单纯由壳聚糖作为壁材的微胶囊存在膜壁软、力学性能低的缺点，对后期的应用造成影响，尤其是作为药物载体，微胶囊膜的意外破裂会导致包埋药物的迅速释放，从而导致人体的一系列不良药理反应，甚至药物中毒，这在临床应用中是十分危险的。Jiang等人通过戊二醛交联微胶囊膜壁中的壳聚糖，该方法有效提高微胶囊膜壁的力学性能[Small,2011,7(17):2470-2476]。石墨烯作为一种二维平面结构的碳纳米材料，具有优异的物理、化学及机械性能，如比机械强度高、表面积大及等特性。目前，石墨烯与壳聚糖复合材料作为电极的修饰材料被广泛研究，但还未见利用石墨烯来改善壳聚糖微胶囊的膜壁的力学性的研究报道。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种石墨烯/壳聚糖复合微胶囊及其制备方法，所述复合微胶囊通过气-液微流控技术制备，在微胶囊形成的同时石墨烯被原位引入微胶囊的膜壁，石墨烯有效增强微胶囊膜壁的力学性能，并起到调节药物释放率的作用。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的复合微胶囊，是一种由石墨烯原位引入壳聚糖微胶囊的膜壁中，由此构成呈球形的石墨烯/壳聚糖复合微胶囊，其大小为300～1000μm，粒径分布系数≤6％。本专利技术提供的复合微胶囊的制备方法，具体是：首先通过壳聚糖季铵盐修饰石墨烯，保证石墨烯能稳定壳聚糖溶液中分散，然后基于气-液剪切作用在自制微流控装置中形成石墨烯/壳聚糖的混合微液滴，再滴入到阴离子表面活性剂溶液中，复凝作用使壳聚糖季铵盐修饰的石墨烯与壳聚糖分子共同析出，形成微胶囊膜壁，从而得到石墨烯/壳聚糖复合微胶囊，石墨烯被原位引入微胶囊膜壁。本专利技术可以采用以下方法制备壳聚糖季铵盐修饰的石墨烯：首先通过Hummers法制备氧化石墨，再取100mg氧化石墨超声分散在30mL0.05mol/LNaOH溶液里，再加入到100mL5mg/mL壳聚糖季铵盐水溶液中，室温搅拌反应2h，然后用配置好的0.1mol/LNaOH溶液调节上述混合溶液pH值至10后，加入0.4g质量浓度为85％的水合肼，室温反应20min，在匀速搅拌及温度为80℃条件下反应2h；最后将反应液通过0.22μm孔径的混合纤维素酯滤膜进行真空抽滤，用去离子水反复洗涤多次，将所得滤饼在50℃干燥36h，得到壳聚糖季铵盐修饰的石墨烯。所述表面修饰所用的壳聚糖季铵盐是2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖、N-三甲基壳聚糖季铵盐、或季铵化N-(4-N,N-二甲基氨基苄基)壳聚糖氯化物。所述自制微流控装置由以下方法制成：先将一端拉成锥形的圆形毛细管插入方形毛细管中，圆形毛细管的锥端从方形毛细管的一端伸出0.8-1.2mm，圆形毛细管的未拉锥端通过聚四氟乙烯管与注射器连接，方形毛细管的另一端通过PVC管与氮气瓶相连，最后所有的连接处通过环氧树脂胶固定密封。所述方形毛细管的内径和圆形毛细管的外径相同，圆形毛细管的内径为400～600μm、外径为800～1000μm、锥端出口直径为100～300μm。本专利技术可以通过复凝机理形成石墨烯/壳聚糖复合微胶囊，并采用以下方法将壳聚糖季铵盐修饰的石墨烯原位引入到壳聚糖微胶囊的膜壁中：(1)将壳聚糖加入到0.2mol/L的醋酸溶液中，在室温下搅拌2h，以充分溶解壳聚糖，搅拌后静置1h，以消除溶液中的气泡，得到壳聚糖溶液浓度为1-2wt％；(2)将5mg壳聚糖季铵盐修饰的石墨烯分散在10mL水中，然后将壳聚糖溶液与石墨烯分散液按10:1-10:4的体积比混合，超声波震荡使其分散均匀，得到混合分散液；(3)将混合分散液吸入到一次性注射器中作为内相溶液，通过LP215型微量注射泵控制通入到微流控装置的圆形毛细管中，惰性气体作为外相流体通入到圆形与方形毛细管的间隙中，微流控装置垂直放置，由于气液剪切力的作用，壳聚糖溶液在装置出口形成单分散的壳聚糖/石墨烯混合微液滴，并滴入到放置在其正下方的阴离子表面活性剂溶液中，得到石墨烯/壳聚糖复合微胶囊；其中，内相溶液流速为1～3mL/h，气体的流速在0.5～1.0L/min。所述阴离子表面活性剂溶液为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠溶液，溶液浓度为1～4wt％。所述惰性气体为空气、氮气或惰性气体。所述石墨烯/壳聚糖复合微胶囊用于制备负载药物的石墨烯/壳聚糖复合微胶囊。本专利技术可以采用以下方法制备负载药物的石墨烯/壳聚糖复合微胶囊：将水溶性药物溶解到壳聚糖和石墨烯的混合分散液中，作为内相溶液，最后按照权利要求6所述方法制备负载药物的石墨烯/壳聚糖复合微胶囊。所述内相溶液中壳聚糖初始浓度为1-2wt％，壳聚糖季铵盐修饰的石墨烯分散液的初始浓度为5wt％。负载的药物在24h内的释放率可在63-89％范围内调节。本专利技术提供的石墨烯/壳聚糖复合微胶囊，与现有技术相比，其优点在于：其一，在微胶囊形成的同时，石墨烯被原位引入到微胶囊的膜壁中，有效增强了复合微胶囊膜壁的力学性能；其二，制备的复合胶囊粒径具有单分散性特点，调节气体相的流速可以壳聚糖微胶囊的尺寸，该变石墨烯用量能起到调节复合微胶囊对包复药物释放率的作用。其三，结合了微流控技术和锐孔技术的优点，操作简单，条件温和，重现性高。附图说明图1是复合微胶囊的三位立体电镜图(放大倍数50倍)。图2是复合微胶囊的扫描电镜图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本专利技术的限制。实施例1：本实施例提供的是一种由石墨烯原位引入壳聚糖微胶囊的膜壁中，由此构成呈球形的石墨烯/壳聚糖复合微胶囊，其大小为300～1000μm，粒径分布系数≤6％。石墨烯被引入微胶囊膜壁中，石墨烯有效增强了复合微胶囊膜壁的力学性能，并能调节复合微胶囊对负载药物的释放率。实施例2：本实施例提供的复合微胶囊的制备方法，首先通过壳聚糖季铵盐修饰石墨烯，保证石墨烯能稳定壳聚糖溶液中分散，然后基于气-液剪切作用在自制微流控装置中形成石墨烯/壳聚糖的混合微液滴，再滴入到阴离子表面活性剂溶液中，复凝作用使壳聚糖季本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合微胶囊，其特征是一种由石墨烯原位引入壳聚糖微胶囊的膜壁中，由此构成呈球形的石墨烯/壳聚糖复合微胶囊，其大小为300～1000μm，粒径分布系数≤6％。

【技术特征摘要】
1.一种复合微胶囊，其特征是一种由石墨烯原位引入壳聚糖微胶囊的膜壁中，由此构成呈球形的石墨烯/壳聚糖复合微胶囊，其大小为300～1000μm，粒径分布系数≤6％；该复合微胶囊由以下方法制成：首先通过壳聚糖季铵盐修饰石墨烯，保证石墨烯能稳定壳聚糖溶液中分散，然后基于气-液剪切作用形成石墨烯/壳聚糖的混合微液滴，再滴入到阴离子表面活性剂溶液中，复凝作用使壳聚糖季铵盐修饰的石墨烯与壳聚糖分子共同析出，形成微胶囊膜壁，从而得到石墨烯/壳聚糖复合微胶囊。2.一种制备权利要求1所述的复合微胶囊的方法，其特征是首先通过壳聚糖季铵盐修饰石墨烯，保证石墨烯能稳定壳聚糖溶液中分散，然后基于气-液剪切作用在微流控装置中形成石墨烯/壳聚糖的混合微液滴，再滴入到阴离子表面活性剂溶液中，复凝作用使壳聚糖季铵盐修饰的石墨烯与壳聚糖分子共同析出，形成微胶囊膜壁，从而得到石墨烯/壳聚糖复合微胶囊，石墨烯被原位引入微胶囊膜壁；所述微流控装置由以下方法制成：先将一端拉成锥形的圆形毛细管插入方形毛细管中，圆形毛细管的锥端从方形毛细管的一端伸出0.8-1.2mm，圆形毛细管的未拉锥端通过聚四氟乙烯管与注射器连接，方形毛细管的另一端通过PVC管与氮气瓶相连，最后所有的连接处通过环氧树脂胶固定密封。3.根据权利要求2所述的复合微胶囊的制备方法，其特征是采用以下方法制备壳聚糖季铵盐修饰的石墨烯：首先通过Hummers法制备氧化石墨，再取100mg氧化石墨超声分散在30mL0.05mol/LNaOH溶液里，再加入到100mL5mg/mL壳聚糖季铵盐水溶液中，室温搅拌反应2h，然后用配置好的0.1mol/LNaOH溶液调节上述混合溶液pH值至10后，加入0.4g质量浓度为85％的水合肼，室温反应20min，在匀速搅拌及温度为80℃条件下反应2h；最后将...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳军，赵子晗，薛武子，陈浩，夏元玲，何世文，张柯，王慧萍，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42