共挤出流体法制备功能化胶囊膜的研究进展(5)

3.2 胶囊膜的刺激响应性功能化及其应用研究

图6 构建封装细胞的胶囊膜的共挤出毛细管装置示意图(a)；用荧光葡聚糖染色的胶囊膜的共聚焦图片(b)；封装从LifeAct?mCherry稳定转染的细胞球体的生长共聚焦活体成像(c)；用phalloidin?Alexa 488(Hot LUT,cyan)染色后的固定球体表面的共聚焦显微镜成像放大图(d)[比例尺：(b)50 μm;(c)50 μm;(d)10 μm][72]Fig.6 Schematic of the microfluidic platform used to fabricate capsule membranes encapsulated with cell suspension(a);confocal image of an alginate capsule stained with fluorescent dextran(b);confocal live imaging of an encapsulated spheroid grown from cells stably transfected with LifeAct?mCherry(c);enlarged view of the surface of a fixed spheroid imaged by confocal microscopy after staining with phalloidin?Alexa 488(Hot LUT,cyan)(d)[scale bars:(b)50 μm;(c)50 μm;(d)10 μm][72]

3.2.1 胶囊膜的pH响应特性 具有pH响应特性的胶囊膜主要是在胶囊膜的壳层中添加具有pH 响应特性的聚合物从而调控囊膜的渗透性能，进一步调控胶囊膜的控制释放特性。Mei 等[4]利用共挤出法可控制备了一种由Ca?Alg/精蛋白（CAP）复合膜层和封装有乳酸菌的海藻酸液核组成的具有pH 响应特性的藻酸钙基肠靶向智能化药物胶囊膜载体。该胶囊膜在pH 较低的胃中对乳酸菌具有保护作用，而在pH 较高的小肠中可以实现乳酸菌的快速释放。其pH 响应性能来源于Ca?Alg 与精蛋白之间的相互作用，当胶囊膜处于pH 较低的胃中时，胶囊膜的CAP 复合层中的Ca?Alg 凝胶网络由于羧基质子化使得扩散通道呈现“关”的状态，内核中的乳酸菌得以被保护，而当胶囊膜处于中性环境的小肠时，由于精蛋白与胰蛋白酶之间的相互作用，胶囊膜快速溶解使得内核中的乳酸菌被快速释放[图7(a)]。利用硅酸钠进一步对上述复合胶囊膜进行仿生硅化制得的Ca?Alg/精蛋白/二氧化硅（APSi）杂化胶囊膜具有更高的稳定性，可以用作酶的固定化载体[6?7,73]。研究发现，制备过程中pH条件对APSi杂化胶囊膜微观结构以及pH 响应性能均不会造成影响，在pH 为3～7 这一宽泛的范围内制备的胶囊膜渗透性能均在pH 4.5 附近有一个突变，均具有优良的pH 响应控制释放性能，并且APSi 胶囊膜只对溶质分子尺寸与胶囊膜中扩散通道尺寸相匹配的溶质展现出优良的pH 响应控制释放特性[73]。将胶囊膜用于仿生酶固定化载体的酶催化反应[6]，Ca?Alg网络与精蛋白分子之间的静电作用提供的pH 响应特性可以通过改变环境pH 来调控固定化酶反应的速率。当环境pH 低于临界pH 时，Ca?Alg 凝胶网络呈电中性，带正电的精蛋白分子相互排斥地分布于凝胶网络的扩散通道内，此时通道呈现“关”的状态，酶催化反应的底物与产物的跨膜扩散受阻，胶囊膜内的酶催化反应停止；而当环境pH 高于胶囊膜临界pH 时，Ca?Alg 凝胶网络带负电，此时带正电的精蛋白分子由于静电作用被吸附到Ca?Alg 凝胶网络上而使扩散通道呈现“开”的状态，酶催化反应的底物和产物均可快速通过胶囊膜，使得胶囊膜内部的酶催化反应可顺畅进行，如图7(b)所示。另外，通过在APSi杂化胶囊膜表面接枝具有pH 响应特性的聚合物刷也可以赋予胶囊膜pH 响应特性[74]。用于酶固定化时，这种接枝了具有pH 响应特性聚合物刷的Ca?Alg 基囊膜对于酶催化反应具有良好的生物相容性以及优异的pH 响应性能[图7(c)]。利用毛细管共挤出装置制备的pH 响应胶囊膜无须使用任何模板，一步法即可形成胶囊膜，制备过程十分简单，为功能性胶囊膜的设计提供了高效策略。

图7 基于pH响应特性保护和释放乳酸菌的肠靶向CAP胶囊膜载体的制备过程和概念设计示意图(a)[4]；对海藻酸/精蛋白复合层进行仿生硅化后的胶囊膜用于酶固定化示意图(b)[6]；接枝具有pH响应特性的聚合物刷的海藻酸钙胶囊膜用于酶固定化(c)[74]Fig.7 Schematic illustration of the preparation process and design concept of the intestinal?targeted capsule membrane for pH?responsive protection and release of lactic acid bacteria(a)[4];the enzyme?immobilized capsule membrane made of a Ca?alginate/protamine composite soft layer and the hard shell is silica surface rigid layer (b)[6];Ca?alginate capsule membrane grafted with pH?responsive brushes for controllable enzyme reaction(c)[74]

图8 具有热响应性能的Ca?Alg胶囊膜的热响应特性示意图(a)；组成相同的Ca?Alg胶囊膜对不同溶质分子的热响应开关特性(b)[25]；内核不同及一侧Janus囊膜含有热响应纳米凝胶的Janus型双腔室Ca?Alg胶囊膜的协同释放行为示意图(c)；不同温度下溶质分子穿过Janus型双腔室囊膜的扩散渗透系数（P）(d)[60]Fig.8 Schematic illustration of the Ca?alginate capsule with thermo?responsive membrane (a);comparison of thermo?responsive gating characteristics of Ca?alginate capsule membranes for different solute molecules (b)[25];schematic illustration showing the synergistic release behaviors of the dual?compartmental Ca?Alg capsules with distinct cores and thermo?responsive nanogels embedded in one?half of the Janus membrane(c);diffusional permeability coefficient(P)of the solute molecules across the Janus membrane of the dual?compartmental capsules at different temperatures(d)[60]

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/qikandaodu/2021/0316/530.html