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四川大学褚良银教授:在多腔室微囊系统研究方面取得重要进展

近日,四川大学褚良银教授所带领的膜科学与功能材料课题组在国际知名期刊《Advanced Science》(Wiley的高品质多学科期刊,2016年影响因子9.034),发表了题为“Trojan-Horse-Like Stimuli-Responsive Microcapsules”的研究成果,在国际上首次可控制备得到了具有同心多腔室结构、且每个腔室具有不同功能壳层的“特洛伊木马式”微囊系统,实现了多种组分在同一微囊中可控的协同共封装和多样化的程序式梯级次序释放。化工学院2014级博士生牟川淋为该论文第一作者,化工学院褚良银教授和汪伟副教授为论文通讯作者。

在多腔室微囊系统研究方面取得重要进展

能够根据环境条件变化实现药物按需释放的响应型功能微囊在药物传送、自愈合以及微型反应等诸多领域具有重要的作用。其中,构建具有多腔室结构、且各个腔室分别被一个刺激响应性功能壳层所包封的多腔室微囊系统,对于开发新一代的微型传送载体具有十分重要的意义。首先,多腔室的结构能够分隔封装多种不同的组分,可增强其在组合式癌症治疗、组织再生和固定化酶反应等生物医药领域的性能。其次,不同的功能壳层能灵活调控各腔室中封装物质的释放顺序和释放速率,进一步增强协同治疗过程中的治疗效果、并降低毒副作用。此外,还需要对多腔室结构、微囊尺寸和结构均一性进行控制,从而精确调控物质的封装量和释放动力学,以达到最优的治疗效果。

然而,虽然目前已开发出多种多腔室的微囊系统,但通常难以精确控制微囊内部各腔室的结构尺寸,且难以在微囊中灵活组合不同的药物释放机制,实现多样化程序式梯级次序释药。褚良银教授课题组针对这一瓶颈问题,利用微流控技术对微尺度流体的精确操控,构建了具有良好单分散性的复杂四重乳液液滴作为合成模板(图1a),成功制备得到了具有同心多腔室结构、且每个腔室具有不同的环境刺激响应型功能壳层的“特洛伊木马式”微囊。通过改变四重乳液模板中各液相组成以调控其界面特性、黏度和密度等,系统研究了该复杂四重乳液界面稳定性的调控规律,实现了由四重乳液模板到“特洛伊木马式”微囊的高效可控制备。

图1. 以四重乳液为模板可控制备“特洛伊木马式”微囊

1. 以四重乳液为模板可控制备“特洛伊木马式”微囊

为了证明该制备方法的灵活性,成功构建了具有pH响应性的内、外两层壳聚糖(CS)壳层的“特洛伊木马式”CS@CS微囊(图1b),以及具有pH响应性的壳聚糖(CS)内壳层和具有温敏性的聚N异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)外壳层的“特洛伊木马式”CS@PNIPAM微囊(图1c)。其中,CS@CS微囊能响应环境pH的变化,使得外部和内部的壳聚糖壳层依次降解,实现对外部和内部腔室中封装物质的次序式梯级突释(图2)。而CS@PNIPAM“特洛伊木马式”微囊能响应环境温度的变化,首先使外部PNIPAM壳层收缩并快速挤出内部的封装物质和内部CS微囊;接着,当环境pH变化时,其内部CS微囊的壳层发生降解,从而实现对于内部封装物质的次级释放。通过改变环境刺激的施加次序,还可以有效调控内部不同物质的释放顺序。该“特洛伊木马式”多腔室微囊成功实现了多种组分的协同共封装以及多种释放机理在单个微囊中的灵活整合,为新一代微型传送载体和微反应器系统的设计制备提供了一个新模式。

图2. “特洛伊木马式”微囊用于程序式梯级次序释药

2. “特洛伊木马式”微囊用于程序式梯级次序释药

该项研究得到了国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目(91434202)、教育部“创新团队发展计划”滚动支持项目(IRT15R48)、高分子材料工程国家重点实验室自主研究课题团队项目(sklpme2014-1-01)等资助。

原文连接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/advs.201700960

本文转自:四川大学-焦点新闻