氧化硅与精蛋白微囊及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种氧化硅与精蛋白微囊及其制备方法，具体是氧化硅和精蛋白杂化制备微胶囊的制备方法。
背景技术
如今微囊越来越多地被用于微反应器、药物载体、细胞和酶的包埋防护以及基因转染等领域。传统的微囊制备方法主要有三种：(1)化学法，化学法是指在液相中发生化学反应成囊的方法。目前所采用的化学法主要有2种，即界面缩聚法与辐射化学法。这类方法虽然能够得到尺寸较均一的微囊，但是其尺寸往往难以调节。(2)物理化学法，本法在液相中成囊，即在囊心物和囊材的混合物中，加入另一种物质或采用其他适当的方法使囊材的溶解度降低而凝聚在囊心物的周围，形成一个新相析出，故又称为相分离法。其特点是设备简单，高分子材料来源广泛，适用于多种药物的微囊化，缺点是微囊粘连、聚集的问题，工艺过程中条件很难控制等。(3)物理及机械法，这类方法主要是通过微胶囊囊壁材料的物理变化，结合一定的机械加工手段进行微囊制备。此方法对微囊的物理化学性质的控制较为不易。
而采用共价层层自组装技术制备的微囊则具有高模量、高稳定性等特点，其中最大的优点在于能够对表面的物理化学性能精确调控。首先是对膜厚度的调控，膜厚的调控可通过几个方面来调节：(1)所选用的组装材料；(2)组装的层数，通过椭圆偏振技术或者紫外等可跟踪组装过程，膜的厚度会随着层数的增加而呈线性增长；(3)组装条件，不同的组装条件下，得到的膜厚往往不同。例如溶液中的离子强度会强烈影响组装的每层膜的厚度；温度和溶剂极性等均对膜厚有影响。通过以上方式，可以在几个埃到几个纳米的范围内精确调控膜厚。其次是对表面化学性能的调控。可用于静电层层自组装的材料除合成聚电解质外，其他的带电荷物质，如天然大分子(如蛋白质和核酸)、病毒、无机纳米粒子(包括纳金、量子点、富勒烯、碳纳米管等)、树脂状大分子和多价有机离子如染料分子等都可以用来构筑多层膜。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种氧化硅与精蛋白微囊及其制备方法，以氧化硅-精蛋白为原料进行微囊的制备。通过间隔吸附硅酸钠和精蛋白使得硅酸钠和精蛋白通过静电作用相互吸附，组装过程中在精蛋白的诱导作用下硅酸钠会生成氧化硅，从而达到形成由氧化硅和精蛋白层层组装微囊的目的。本发明制备条件温和，制备原料易得，制备工艺简单易行，通过对不同层数的组装来调控膜的厚度也比较容易。
本发明提供的一种氧化硅与精蛋白微囊是以碳酸钙微粒为模板，硅酸钠和精蛋白为原料，按照硅酸钠和精蛋白的质量配比为1∶1～7∶1进行制备而成，工艺步骤：
含有聚苯乙烯磺酸钠(PSS)的氯化钙溶液与碳酸钠溶液反应制备PSS掺杂的碳酸钙CaCO3(PSS)胶体微粒；CaCO3与PSS复合，表示为：CaCO3(PSS)。
将该微粒用鱼精蛋白溶液溶解分散，孵化，组装成有鱼精蛋白层的粒子，然后再继续用硅酸钠溶液分散，孵化；重复以上过程，在CaCO3(PSS)微粒表面交替吸附鱼精蛋白和硅酸钠得到核壳结构的胶体粒子；
核壳结构的胶体粒子与EDTA溶液搅拌反应，水洗涤，离心分离；重复以上过程，除去碳酸钙得自组装而成的氧化硅与鱼精蛋白微囊，水中贮存备用。
本发明提供的一种氧化硅与精蛋白微囊的制备方法包括的步骤：
1)配置浓度为0.2～0.5mol/l的氯化钙溶液，向其中加入聚苯乙烯磺酸钠(PSS)，使其浓度为2～3mg/l；配置和氯化钙等摩尔浓度的碳酸钠溶液，分别过滤后，各取15～25ml氯化钙溶液和等体积的碳酸钠溶液，在1000～1200rpm的转速下将碳酸钠溶液加入氯化钙溶液中，反应15～25秒，静置15～25分钟，得到含碳酸钙沉淀的分散溶液。
2)将所得分散溶液在转速为3000rpm的离心机中离心三分钟，离心后用水洗，重复离心-水洗过程二次，后去除上清液，得CaCO3(PSS)微粒。
3)配置浓度为0.02～0.04mol/l的硅酸钠溶液，用盐酸调节其PH为7.0～8.0。
4)将精蛋白溶解于0.5mol/l的NaCl溶液中，配成0.5～2.0mg/mL的溶液，用盐酸和氢氧化钠调节其PH为6.5～7.0。
5)水洗涤两次CaCO3(PSS)微粒，粒子浓度为1％w/w，离心，产物加入步骤4)的精蛋白溶液，使CaCO3(PSS)重新分散，孵化15～30min，期间轻微振荡离心管使碳酸钙粒子分散；离心分离，重复水洗涤两次。
6)微粒加入到步骤3)的硅酸钠溶液，使粒子重新分散，孵化15～30min，期间轻微振荡，然后在转速为3000rpm的离心机中离心，重复水洗两次，在碳酸钙微球的表面制得一层精蛋白、一层氧化硅组装而成的微囊。
7)重复步骤5)和步骤6)至少两次，制得精蛋白和硅酸钠间隔吸附而成共价自组装而成的微囊。各步的比例为1∶1。
8)用0.05～0.15mol/l地EDTA溶液和水洗涤，3000rpm离心分离，重复3-5次，彻底除去碳酸钙，去核后得微囊，以水洗涤三次，微囊制备至此完毕。
本发明提供了一种氧化硅与精蛋白微囊及其制备方法。首先制备具有负电荷的碳酸钙微粒作为模板，将带正电荷的精蛋白和带负电荷的硅酸钠通过静电相互作用，交互吸附于模板上。当模板上有三至五个双层后，利用精蛋白的生物矿化功能诱导氧化硅的形成，最后用乙二胺四乙酸二钠去除碳酸钙内核。本发明制备原料易得，制备工艺简单易行，通过对组装不同层数而对膜的厚度控制也比较容易，微囊大小可控，稳定性好，可重复性好。
【附图说明】
图1：对比例1中制备的一层微囊去核后的扫描电子显微镜照片。
图2：对比例2中制备的三层微囊去核后的电子显微镜照片。
图3：实施例2表面ζ电位和层数关系图。
图4：实施例2微囊的吸附脱附曲线及孔径分布图。
【具体实施方式】
实施例1
将50mg的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)溶于15ml过滤后的氯化钙溶液(浓度为0.33mol/l)中，向该溶液加入15ml过滤后的0.33mol/l的碳酸钠溶液，在转速为1000rpm的电磁搅拌机中反应20s，关闭电磁搅拌并静置15分钟后开启电磁搅拌，将反应溶液搅拌均匀，取5ml加入离心管中，共取4管。将四管悬浊液在转速为3000rpm的离心机中离心3分钟后用去离子水水洗，重复离心-水洗操作二次。
配置0.03mol/l的硅酸钠溶液，用盐酸调节其PH为8；配置2mg/ml的精蛋白溶液，并向其中加入5844mg氯化钠并用盐酸和氢氧化钠调节其PH至6.5-7.0之间。
向每个离心管加入5ml 2mg/ml的精蛋白溶液，摇晃使粒子重新分散，孵化15min，期间轻微振荡，在转速为3000rpm的离心机中离心三分钟，水洗，重复离心-水洗二次，后去除上清液。
向每个离心管加入5ml硅酸钠溶液，摇晃使粒子重新分散，孵化15min，期间轻微振荡，在转速为3000rpm的离心机中离心三分钟，水洗，重复离心-水洗二次，后去除上清液。
重复步骤加入精蛋白和加入硅酸钠步骤3次。配置0.1mol/l的EDTA溶液，向每只离心管中加入5ml，震荡反应30min，3000rpm离心3min，去上清液。以上过程重复3-5次，以彻底除去碳酸钙，去核后得微囊，以水洗涤三次，便可制得由3个双层的精蛋白/氧化硅LBL微囊。
实施例2
将50mg的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)溶于15ml过滤后的氯化钙溶液(浓度为0.33mol/l)中，向该溶液加入15ml过滤后的0.33mol/l的碳酸钠溶液，在转速为1000rpm的电磁搅拌机中反应20s，关闭电磁搅拌并静置15分钟。后开启电磁搅拌，将反应溶液搅拌均匀，取5ml加入离心管中，共取4管。将四管悬浊液在转速为3000rpm的离心机中离心3分钟后用去离子水水洗，重复离心-水洗操作二次。
配置0.03mol/的硅酸钠溶液，用盐酸调节其PH为8；配置2mg/ml的精蛋白溶液，并向其中加入5844mg氯化钠并用盐酸和氢氧化钠调节其PH至6.5-7.0之间。
向每个离心管加入5ml 2mg/ml的精蛋白溶液，摇晃使粒子重新分散，孵化15min，期间轻微振荡，在转速为3000rpm的离心机中离心三分钟，水洗，重复离心-水洗二次，后去除上清液。
向每个离心管加入5ml硅酸钠溶液，摇晃使粒子重新分散，孵化15min，期间轻微振荡，在转速为3000rpm的离心机中离心三分钟，水洗，重复离心-水洗二次，后去除上清液。
重复步骤加入精蛋白和加入硅酸钠步骤5次，配置0.1mol/l的EDTA溶液，向每只离心管中加入5ml，震荡反应30min，3000rpm离心3min，去上清液。以上过程重复4次，以彻底除去碳酸钙，去核后得微囊，以水洗涤三次，便可制得有5个双层鱼精蛋白/氧化硅LBL微囊。
对比例一
将50mg的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)溶于15ml过滤后的氯化钙溶液(浓度为0.33mol/l)中，向该溶液加入15ml过滤后的0.33mol/l的碳酸钠溶液，在转速为1000rpm的电磁搅拌机中反应20s，关闭电磁搅拌并静置15分钟。后开启电磁搅拌，将反应溶液搅拌均匀，取5ml加入离心管中，共取4管。将四管悬浊液在转速为3000rpm的离心机中离心3分钟后用去离子水水洗，重复离心-水洗操作二次。
将带有相反电荷的聚电解质PSS和蛋白分别溶解于0.5MNaCl溶液中，各配成2mg/mL的溶液，调节pH为7.0左右。
取一定量CaCO3(PSS)微粒置于离心管中(粒子浓度约为1％w/w)，用水洗涤两次，每次洗涤后3000rpm离心3min以除去上清液。往离心管中加入如上配制的精蛋白溶液，使CaCO3(PSS)重新分散，孵化15min，期间轻微振荡离心管使碳酸钙粒子分散；离心去上清液，加入水洗涤碳酸钙粒子，重复两次。然后往组装有一层精蛋白的粒子中加入PSS溶液，使粒子重新分散，孵化15min，期间轻微振荡，然后离心去上清液，水洗两次。
重复以上过程，在CaCO3(PSS)微粒表面交替吸附精蛋白和PSS，组装5个双层后得到核壳结构的胶体粒子。往以上核壳结构的胶体粒子中加入0.02M的EDTA去核，反应30min，3000rpm离心3min，去上清液。以上过程重复4次，以彻底除去碳酸钙，便可制得有5个双层精蛋白/PSS LBL微囊。
对比例二
将50mg的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)溶于15ml过滤后的氯化钙溶液(浓度为0.33mol/l)中，向该溶液加入15ml过滤后的0.33mol/l的碳酸钠溶液，在转速为1000rpm的电磁搅拌机中反应20s，关闭电磁搅拌并静置15分钟。后开启电磁搅拌，将反应溶液搅拌均匀，取5ml加入离心管中，共取4管。将四管悬浊液在转速为3000rpm的离心机中离心3分钟后用去离子水水洗，重复离心-水洗操作二次。
配制0.03mol/的硅酸钠溶液，用盐酸调节其PH为8；配置2mg/ml的鱼精蛋白溶液，并向其中加入5844mg氯化钠并用盐酸和氢氧化钠调节其PH至6.5-7.0之间。
向每个离心管加入5ml 2mg/ml的精蛋白溶液，摇晃使粒子重新分散，孵化15min，期间轻微振荡，在转速为3000rpm的离心机中离心三分钟，水洗，重复离心-水洗二次，后去除上清液。
向每个离心管加入5ml硅酸钠溶液，摇晃使粒子重新分散，孵化15min，期间轻微振荡，在转速为3000rpm的离心机中离心三分钟，水洗，重复离心-水洗二次，后去除上清液。
配制0.1mol/l的EDTA溶液，向每只离心管中加入5ml，震荡反应30min，3000rpm离心3min，去上清液。以上过程重复4次，以彻底除去碳酸钙，去核后得微囊，以水洗涤三次，便可制得有1个双层精蛋白/硅酸钠LBL微囊。