大孔型硫酸纤维素钠－聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法.pdf

本发明公开了一种大孔型硫酸纤维素钠－聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法。它是将淀粉、纤维素硫酸钠配制成0.7％～1.5％淀粉、0.5％～5％纤维素硫酸钠的混合溶液，该混合物为体系的聚阴离子溶液，将此溶液滴入到1％～8％的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液中，由阴阳离子界面反应成囊，反应时间为40～120分钟，所得胶囊经洗涤后，转入1～2％的淀粉酶溶液中放置1～24小时，再次洗涤即可。本发明可独立调节膜通透性，针对实际应用中的不同要求，通过改变淀粉的种类和数量以改变胶囊膜的特性；在改变膜的通透性的同时，不影响膜原有的优良性能，胶囊的强度、膜厚、抗化学溶剂等特性与不添加淀粉致孔剂相比，基本没有变化；所用原料生物相容性好，价廉易得；本发明步骤简单，条件温和，便于运用和推广。

1.  一种大孔型硫酸纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法，其特征在于：将淀粉、纤维素硫酸钠配制成0.7％～1.5％淀粉、0.5％～5％纤维素硫酸钠的混合溶液，该混合物为体系的聚阴离子溶液，将此溶液滴入到1％～8％的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液中，由阴阳离子界面反应成囊，反应时间为40～120分钟，所得胶囊经洗涤后，转入1～2％的淀粉酶溶液中放置1～24小时，再次洗涤即可。

2.  根据权利要求1要求所述的一种大孔型硫酸纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法，其特征在于：将淀粉、纤维素硫酸钠配制成0.7％～1.5％淀粉、3.5％～5％纤维素硫酸钠的混合溶液，该混合物为体系的聚阴离子溶液，将此溶液滴入到4％～8％的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液中，由阴阳离子界面反应成囊，反应时间为40～60分钟，所得胶囊经洗涤后，转入1～2％的淀粉酶溶液中放置1～24小时，再次洗涤即可。

3.  根据权利要求1要求所述的一种大孔型硫酸纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法，其特征在于：将淀粉、纤维素硫酸钠配制成1％淀粉、4％纤维素硫酸钠的混合溶液，该混合物为体系的聚阴离子溶液，将此溶液滴入到6％的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液中，由阴阳离子界面反应成囊，反应时间为40分钟，所得胶囊经洗涤后，转入1％的淀粉酶溶液中放置1～24小时，再次洗涤即可。

4.  根据权利要求2要求所述的一种大孔型硫酸纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法，其特征在于：当所说淀粉采用可溶性淀粉时，所得胶囊经洗涤后，转入1％的淀粉酶溶液中放置18～24小时，再次洗涤即可。

5.  根据权利要求2要求所述的一种大孔型硫酸纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法，其特征在于：当所说淀粉采用木薯淀粉时，所得胶囊经洗涤后，转入1％的淀粉酶溶液中放置1～2小时，再次洗涤即可。

6.  根据权利要求3要求所述的一种大孔型硫酸纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法，其特征在于：当所说淀粉采用可溶性淀粉时，所得胶囊经洗涤后，转入1％的淀粉酶溶液中放置20小时，再次洗涤即可。

7.  根据权利要求3要求所述的一种大孔型硫酸纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法，其特征在于：当所说淀粉采用木薯淀粉时，所得胶囊经洗涤后，转入1％的淀粉酶溶液中放置1.5小时，再次洗涤即可。

大孔型硫酸纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法
                          技术领域
本发明涉及一种大孔型硫酸纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法。
                          背景技术
细胞微囊化技术是将活细胞包封在球形的微胶囊内，为细胞提供一个比较理想的生存状态，同时培养基营养成分和细胞分泌产物能自由通过半透膜，从而达到催化、高密度培养、免疫隔离的目的。目前这项技术已被用于微生物、植物、动物细胞高产连续化培养和人工细胞移植。目前用于细胞微囊化体系主要有海藻酸类、壳聚糖类、聚丙烯酸酯类、琼脂类等。由Dauzenberg等[1]发明的纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵体系以其机械强度高、胶囊壁薄、物化性能稳定、生物相容性好、制备简单等优点成为细胞微囊化的一个新研究方向，但是该体系胶囊膜较为致密，影响传质性能。底物，如氧气、营养成分的传递，大分子底物的输送，产物的积累而造成的产物抑制等已成为微胶囊化细胞生长的限制因素。因此改善胶囊膜的结构，提高胶囊膜的传递性能是使微胶囊技术用于大规模培养的一个关键因素，但是，至今尚未见有关在含水胶囊膜上的致孔技术的报道。
参考文献
1)Dautzenberg，H.，Lukanoff，B.，Holzapfel，G，Tiersche，B.，Jaeger，W.，Schellenberger，A.，Foerster，M.，Verfahren zur Herstellung vonMikrokapseln，DE 4021 050(1992)
2)Yao S.J.，Improved Process for Preparation of Sodium Cellulose Sulfate，Chemical Engineering Journal，78(2-3)，199-204(2000)
3)沈或，姚善泾，叶子坚，纤维素硫酸钠的制备方法及工艺条件的研究，化学反应工程与工艺，15(3)，305-313，(1999)
4)章小忠，梅乐和，姚善泾，纤维素硫酸钠的制取反应过程研究及由其制备的微胶囊性能，化学反应工程与工艺，19(3)，254-259(2003)
                          发明内容
本发明的目的是提供一种大孔型硫酸纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵生物微胶囊的制备方法。
它是将淀粉、纤维素硫酸钠配制成0.7％～1.5％淀粉、0.5％～5％纤维素硫酸钠的混合溶液，该混合物为体系的聚阴离子溶液，将此溶液滴入到1％～8％的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液中，由阴阳离子界面反应成囊，反应时间为40～120分钟，所得胶囊经洗涤后，转入1～2％的淀粉酶溶液中放置1～24小时，再次洗涤即可。
本发明的优点：
1)可独立调节膜通透性。针对实际应用中的不同要求，通过改变淀粉的种类和数量以改变胶囊膜的特性；
2)在改变膜的通透性的同时，不影响膜原有的优良性能，胶囊的强度、膜厚、抗化学溶剂等特性与不添加淀粉致孔剂相比，基本没有变化；
3)所用原料生物相容性好，价廉易得；
4)本发明步骤简单，条件温和，便于运用和推广。
                      具体实施方式
本发明通过在纤维素钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵体系中添加不同种类和不同数量的淀粉作为致孔剂，利用淀粉酶对淀粉的降解作用在胶囊膜上形成一定大小分布的孔径，在不改变胶囊的其他特性的情况下，允许大小相应的分子通过胶囊膜，达到改善各种底物和产物的透过能力。由此，可以针对实际应用的要求，通过控制致孔剂(淀粉)的量和种类，以实现独立调整膜的通透性的目的。
实施例1：大孔微胶囊的制备
将淀粉、纤维素硫酸钠配制成0.7％～1.5％淀粉、0.5％～5％纤维素硫酸钠的混合溶液，该混合物为体系的聚阴离子溶液，将此溶液滴入到1％～8％的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液中，由阴阳离子界面反应成囊，反应时间为40～120分钟，所得胶囊经洗涤后，转入1～2％的淀粉酶溶液中放置1～24小时，再次洗涤即可。纤维素硫酸钠NaCS，由浙江大学生物工程研究所自制，具体制备方法可参照文献[2，3，4]。
实施例2：可溶性淀粉为致孔剂制备大孔微胶囊
将可溶性淀粉、纤维素硫酸钠配制成0.7％～1.5％可溶性淀粉、3.5％～5％纤维素硫酸钠的混合溶液，该混合物为体系的聚阴离子溶液，将此溶液滴入到4％～8％的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液中，由阴阳离子界面反应成囊，反应时间为40～60分钟，所得胶囊经洗涤后，转入1～2％的淀粉酶溶液中放置18～24小时，再次洗涤即可。
实施例3：可溶性淀粉为致孔剂制备大孔微胶囊
配制1％可溶性淀粉的水溶液，再加入4％纤维素钠，搅拌3h后，将此溶液通过注射器滴入8％的聚二甲基二烯丙基氯化铵中，经40min阴阳离子反应得到胶囊，用去离子水洗涤后转入1～2％淀粉酶中，24h后检测不出胶囊内淀粉(检测方法：碘液与淀粉溶液显蓝色)，取出胶囊，再次用去离子水洗涤后，在0.9％NaCl溶液中保存。胶囊内的淀粉由于淀粉酶进入而发生降解，淀粉酶的分子量为50,000，通过截留分子量实验证实，胶囊膜的截留分子量在50,000以上。
实施例4：以木薯淀粉为致孔剂制备大孔微胶囊
将木薯淀粉、纤维素硫酸钠配制成0.7％～1.2％木薯淀粉、2.0％～5％纤维素硫酸钠的混合溶液，该混合物为体系的聚阴离子溶液，将此溶液滴入到2％～6％的聚二甲基二烯丙基氯化铵溶液中，由阴阳离子界面反应成囊，反应时间为40～60分钟，所得胶囊经洗涤后，转入1～2％的淀粉酶溶液中放置1～2小时，再次洗涤即可。
实施例5：以木薯淀粉为致孔剂制备大孔微胶囊
分别配制1.1％、1％、0.75％木薯淀粉的水溶液，再加入4％纤维素钠，搅拌3h后，将此溶液通过注射器滴入6％的聚二甲基二烯丙基氯化铵中，经40min阴阳离子反应得到胶囊，用去离子水洗涤后转入1％淀粉酶中，分别在1h、1.5h、16h后检测不出胶囊内淀粉，取出胶囊，再次用去离子水洗涤后，在0.9％NaCl溶液中保存。胶囊内的淀粉由于淀粉酶进入而发生降解，同时胶囊内外样品的SDS-PAGE电泳图谱显示在50,000处有相同条带，因此可确认致孔后的胶囊膜截留分子量在50,000以上。
实施例6：胶囊膜扩散性能比较
由实施例3、5，根据胶囊内淀粉被胶囊外部淀粉酶完全降解的时间可以相对比较胶囊膜的扩散性能，降解时间越短，胶囊膜上的孔越多越大，大分子(淀粉酶)的扩散越快。同类淀粉浓度越高，酶地扩散越快(1.1％、1％、0.75％木薯淀粉被胶囊外淀粉酶降解完全分别需要1h、1.5h、16h)；同样浓度不同种类淀粉(可溶性淀粉MW＜35’000，木薯淀粉MW＜3’500’000)，分子量越大，扩散越快(1％可溶性淀粉、木薯淀粉完全降解需要24h、1.5h)。通过淀粉的浓度、种类可控制膜的扩散性能。
实施例7：各种分子在大孔微胶囊中扩散的区别
由实施例1、2通过对不同种类淀粉(可溶性淀粉、木薯淀粉)在微胶囊上致孔的研究发现，在相同浓度下，淀粉颗粒的分子量越大，其制得的孔径就越大，对于大分子物质(淀粉酶等)的扩散就越快；而小分子(氨基酸等)的扩散表明，加入致孔剂后及致孔剂的种类对扩散系数增加的影响不是很大，由此可以看出淀粉在膜生成时含量较小，在膜中的作用只是增大了膜的孔径，而对膜孔隙率的影响相对较小。
实施例8：不同浓度淀粉对微胶囊强度的影响
致孔剂淀粉浓度控制在1％的范围时，大孔微胶囊和未加致孔剂的微胶囊的正面破裂压力都在3～7N，因为淀粉在膜中的含量较少，基本上对膜的机械强度不构成影响。