利用微流控芯片技術制備海藻酸鈉微球的方法

1、什么是海藻酸鈉微球

海藻酸鹽(海藻酸鈉)又稱褐藻酸鈉，是一類從褐藻、海帶、馬尾藻、巨藻等可食用的海洋藻類植物的細胞壁中提取出的天然線性多糖，由1-4糖苷鍵鍵合的β-D-甘露糖醛酸(M單元)和α-L-古洛糖醛酸(G單元)殘基組成。海藻酸鈉作為微球載體材料已經多有報道，如劉善奎等利用乳化-交聯法制備的DNA疫苗海藻酸鈉微球，其粒徑在12.03±6.9μm，載藥量為5%，包封率為56%，藥物釋放維持10天。以下圖1是海藻酸鈉結構式。

圖1 海藻酸鈉的結構式

海藻酸鈉微球的研究意義：在藥劑學中，微球(microspheres)是指藥物被溶解、分散或被吸附在藥物載體材料如高分子聚合物中而形成的骨架型(matrixtype)球形微粒。微球的主要作用包括：靶向性作用、緩釋與控釋作用、栓塞作用、降低藥物刺激性和提高藥物穩定性作用。微球栓塞劑的性能也隨著介入治療在臨床治療中地位的提升而逐漸引起科研人員的重視。介入栓塞術是借助于導管將栓塞劑選擇性地導入到癌癥組織動脈血管和微血管，以達到阻斷腫瘤組織營養供給，抑制其生長的目的。另外，對于無法手術治療的肝癌患者，介入栓塞術可控制病變部位惡化，減少患者疼痛，起到提高生存質量的作用。栓塞劑對栓塞術的成功起著至關重要的作用。綜合來說，一種理想的栓塞材料應該具備無毒、無抗原性、生物組織相容性好、可根據病灶要求控制栓塞時間等特點，而且制劑易制備，易導入，易滅菌，粒徑的均一性可控性，成本低廉也是選擇栓塞材料必需考慮的重要因素。天然多糖高分子微球由于具有良好的生物相容性和生物可降解性而備受介入治療領域的關注，在臨床應用方面具有良好的前景。海藻酸鈉是一種常用的天然多糖高分子材料，由L-古洛糖醛酸和D-甘露糖醛酸兩種糖單元構成。海藻酸鈉主要由海藻類植物提取而來，具有易得、易改性、生物相容性良好等優點。海藻酸鈉可與Ca2+，Zn2+等離子交聯反應形成“蛋盒”結構，產生大分子鏈間交聯固化，可根據臨床需要加工制備成各種粒徑大小的固態微球。海藻酸鹽微球具有良好的力學穩定性和生物相容性，栓塞血管后無免疫反應，且其可降解性使得一段時間后以分子鏈脫解的形式降解，終產物為能為人體代謝的多糖。目前國內已有海藻酸鈉微球血管栓塞劑上市，但產品存在粒徑分布范圍廣、尺寸不可控、只能通過粒徑控制降解周期等問題，粒徑不均一、不可控的微球在臨床使用過程中容易造成除靶血管外的其他組織或器官栓塞，尤其是粒徑微小(20μm以下)的微球容易通過血液流向肺部，造成危及生命的肺部栓塞;只通過粒徑控制降解周期的微球，不能很好地滿足病灶點的栓塞要求，容易出現粒徑合適但是栓塞時間不充分的情況，不僅影響治療效果，而且需多次栓塞給病患增加麻煩。目前研究中制備載藥海藻酸鈉微球的方法，大多采用靜電生成法、相分離法、復相乳液法或攪拌乳化法形成液滴，然后與鈣離子交聯形成微球。以上方法制備的微球粒徑分布較廣，不易控制，且不易實現規模化生產。目前有望解決上述問題的是利用微流控芯片技術制備海藻酸鈉微球，該方法制備的海藻酸鈉微球粒徑均一、尺寸可控，在同一粒徑范圍內可控制其降解速度。

2、利用微流控芯片技術制備海藻酸鈉微球的原理及方法

使用微流控芯片技術制備海藻酸鈉微球，常采用流道聚焦法來生成油包水的微液滴。如下圖所示，在流動聚焦法中，三條流路聚焦一個管道中，分散相和流動相匯合于十字交叉管處，上下對稱的流動相同時擠壓分散相使其斷裂，從而形成液滴。通常分散相為海藻酸鈉水溶液，流動相為油相，兩相流經聚焦型結構的十字處，擠壓形成海藻酸鈉液滴。

圖2 流道聚焦法制備海藻酸鈉微球

3、制備海藻酸鈉微球所需的試劑

(1) 微滴生成油 (含2% 表面活性劑的HFE-7500 (wt%))

(2) EDTA (0.5 M, pH 7.4 Macklin, E885215-1L)

(3) NaOH (Macklin, S817971-500 G)

(4) CaCl2 (無水, 99.99%, Macklin, C805228-100 G)

(5) 海藻酸鈉 (黏度 200 mpa.s)

(6) 乙酸 (99.8%, Macklin, A801296-500 ML)

(7) 1H,1H,2H,2H-全氟己-1-醇 (PFO, 98%, Macklin, H817022-25 G)

(8) HFE-7500 (3M NovecTM)

(9) n-Hexane (正己烷, HPLC, H810749-1L)

(10) SpanTM 80 (Aladdin, S110839-250 ML)

(11) 去離子水

4、制備海藻酸鈉微球所需的實驗儀器

(1) 兩通道微流控芯片進樣用恒壓泵也稱壓力控制器(PC-1，中芯啟恒)

(2) 100 μm剪切口疏水的微流控玻璃芯片(液滴)

(3) 配套微流控玻璃芯片夾具

(4) PTFE 管(0.6/1.6 mm)若干

(5) 配有高速相機的普通光學顯微鏡及配套軟件

(6) 兩個流量傳感器 (規格: 80 μL/min)

(7) 兩個儲液池 (規格: 15 mL和50 mL)

圖3 中芯啟恒海藻酸鈉微球制備系統

圖4 采用微流控液滴芯片制備的海藻酸鈉微球

圖5 采用微流控液滴芯片制備的海藻酸鈉微球粒徑分布

5、制備海藻酸鈉微球的溶液配制方法

6、利用微流控芯片技術制備海藻酸鈉微球的實驗操作

7、利用微流控芯片技術制備海藻酸鈉微球的注意事項

審核編輯：湯梓紅