用于生物应用的CaCO3模板化微珠和微胶囊外文翻译资料

 2023-01-05 18:02:31

用于生物应用的CaCO3模板化微珠和微胶囊

摘要：

多孔CaCO3球霰石微粒在十年前被引入作为模板核心材料，如今成为封装生物活性分子的最流行的模板之一。 这是由于以下突出的特征：i）温和的分解条件，ii）高度可变的表面积，iii）简单的制备方法和可控的尺寸。这些特性允许在组成、结构、功能方面模拟和设计具有良好可调性质的颗粒 - 这些参数对于应用是至关重要的。 本综述介绍了利用CaCO3核心组装微米级珠粒和胶囊的最新进展，包括小药物和大型生物大分子。生物应用的各个方面，包括药物传送、生物技术和生物传感的应用以及模板的未来前景都进行了介绍与总结。

关键词：多孔CaCO3微孔;微胶囊；生物活性分子；药物递送；模板化；

  1. 简介

针对特定部位和延长药物的医学主要策略交付以及生物技术是在微粒载体纳米和微载体中配制生物活性分子。对于蛋白质和多肽的情况尤其如此——目前大多数药物属于脆弱的生物分子，并且对全球市场的投入不断增加。如今，由于生物技术和蛋白质工程领域的进步，人们可以提供多种蛋白质和肽，其具有针对特定治疗目的而定制的性质。颗粒形式的包埋提供了在体内条件下保护生物分子免于降解的选择而实现控释，并降低免疫反应的风险。然而，颗粒生物分子配方中的主要挑战仍然是制造具有明确定义的材料特性的颗粒：尺寸、形状、形态，生物分子含量和分布。这些参数对于达到高生物利用度是必要的。颗粒状生物大分子的传统方法，例如蛋白质，例如喷雾和冷冻干燥，结晶包封在脂质体或聚合物颗粒中不能提供对颗粒性质和高生物活性的精细控制。由于暴露于高温，气水界面或有机溶剂，以及活性交联剂此外，颗粒是多分散的。 硬模板是一种替代方法，允许调整所制备颗粒的材料参数，首先是可分解模板的特性：尺寸，形状和结构。该方法基于可分解模板与感兴趣材料的渗透，然后移除模板，导致模板的反向复制。

十多年前，基于相反电荷聚电解质的替代吸附的逐层（LbL）组装方法已被用于制造空心胶囊的胶体颗粒，作为常规封装技术的替代方法。它已经引起了生产用于药物递送应用的胶囊的强烈科学兴趣。通过LbL技术形成胶囊的概念涉及交替聚电解质吸附。在牺牲的胶体核心上，然后分解核心; LbL薄膜形成的机理与平面基板上的机理相似。胶囊的制造和性能在其他地方进行了综述。已经将不同的牺牲芯用于胶囊制造，包括尺寸从几十纳米开始并且最终达到几十微米的无机和有机颗粒。它们包括三聚氰胺甲醛（MF），聚苯乙烯（PS）球，碳酸盐颗粒，大分子和小染料晶体，以及生物细胞。历史上MF和二氧化硅核心在开始时最受欢迎，但是用于溶解二氧化硅核心的MF低聚物和危险HF的不完全消除限制了这些颗粒用于生物的利用。用于消除PS颗粒的有机溶剂和来自聚乳酸的核的高多分散性也限制了它们的生物学相关的目的用途。

随着多层胶囊的普及，需要增加新的核心类型非常强大。这里是CaCO3颗粒的时代开始。最后，开发出来自多孔球霰石CaCO3的无机颗粒在我们的多层胶囊制造组成为适用于聚合物颗粒的最受欢迎的核心模板之一。它有简单的制备程序，低成本，生物相容性，和较慢的分解条件（pH值低于中性或乙二胺四乙酸（EDTA）作为钙络合剂）的优点。使用CaCO3核心包裹不同的生物分子增加的兴趣和应用刺激核心模板和生物应用的科学活动。这篇综述包括两个特定粒子的模板结构：壳状（胶囊）和紧凑（珠子）。 单组分和多组分颗粒通过各种技术制备的解决了LbL组件问题。

  1. 多孔CaCO3微孔

2.1 制造和性能

研究碳酸钙的结晶和性质引起了生物学，医学，地质学，结晶学，材料科学等不同科学领域的关注。这不仅是因为结晶过程的根本利益，也是由于与技术过程的相关性。碳酸钙（方解石，文石和球霰石）有三种多晶型物。球霰石是最不稳定的（最稳定的是方解石）并且通常呈现具有多孔结构的微米尺寸的晶体。球形和多孔结构使球霰石成为最有吸引力的CaCO3形式，用于基于微米级粒子的技术应用。一个限制是较不稳定的球霰石在几小时内在水中重结晶成无孔方解石。球霰石通常在过饱和（相对于CaCO3）盐溶液中制备，其混合在一起导致无定形CaCO 3（AAC）的形成，其通过球晶生长进一步转移到多孔球霰石晶体，如图2A所示。逐步ACC→球霰石→方解石转变发生。一旦开始，只要系统中存在可溶性ACC，就保持球晶生长。一旦所有ACC被消耗，球霰石的大小通过奥斯特瓦尔德成熟继续增加。在一段时间内，最稳定的形式（方解石）积聚在晶体悬浮液中。晶体制备期间的温度对多晶型物形成具有强烈影响。晶体生长期间的温度变化可用于仅制备某种多晶型物的颗粒。例如，球霰石晶体生长的最佳温度在20-50℃的范围内。对于球霰石晶体，球状纳米晶体彼此结合，排列成纤维状聚集体，从而形成通过氮吸附/解吸方法测量的孔径在20-40nm范围内的通道状多孔结构。电子显微镜观察也证实了孔的结构和大小。这种孔径非常适合装载小生物分子和相当大的生物大分子（通常为几纳米或更大），从而为装载提供高表面积（约10平方米/g-1，这是典型的成膜材料）。除了高度发展的表面积之外，球霰石颗粒易于通过EDTA（复合钙离子）或在低于中性的pH下分解。需要使用温和的分解条件在水性介质中进行模板化。如果与其他可分解的微芯（二氧化硅，MF和PS）相比，分解条件非常适合脆弱的生物活性分子，并且不需要使用苛刻的条件（分别为HF，1M HCL和有机溶剂）。最近，我们根据先前建立的程序制备了具有明确尺寸的球霰石颗粒。通过在剧烈搅拌下混合两种盐（CaCl 2和Na 2CO 3），在过饱和度下合成具有受控尺寸（3-20um）的颗粒。盐混合导致核的形成（异相成核），随后是球霰石晶体生长。初始形成的核的数量越高，如果盐的量和浓度没有改变，则晶体尺寸越小。由于更好的盐混合，时间和搅拌速度的增加导致更多的核和更小的晶体。盐浓度也起作用（浓度越高，晶体越小），可能由同样的原因解释。简单地控制混合条件（时间和搅拌速度）允许制备相当单分散的CaCO3颗粒控制尺寸在3-20um范围内。上述方法的主要优点是不使用添加剂（仅形成不溶性CaCO3的盐）。有时候添加剂不能完全去除，无添加剂总是更好。还报道了在添加剂（小离子或表面活性剂）存在下制备的球霰石颗粒。例如，镁和有机添加剂如柠檬酸可以特异性地吸附在晶面上，导致某种形式的碳酸钙结晶。在添加剂存在下结晶CaCO3本身是一个有趣的话题，侧重于生物矿化的基本问题。已经报道了使用气体鼓泡和接种 - 批量结晶的结晶。最近通过在盐期间添加乙二醇显示了亚微米尺寸的球霰石颗粒的制备混合。该添加剂为混合物提供增强的密度，减少盐扩散并降低成核的可能性，从而导致较小的球霰石颗粒。基本上，添加剂抑制晶体的生长速率。

2.2． 核心载入

已经详细阐述了加载CaCO 3核心的三条主要途径：i）物理吸附，ii）渗透，和iii）如图所示的共沉淀。合成核的孔的填充可以通过感兴趣的分子（MOI）的物理吸附或通过降低MOI溶解度的渗透来实现。在大多数情况下，MOI是蛋白质分子，它是第一药物生物大分子。 最新的是通过等电沉淀和溶剂蒸发完成的。共沉淀基于核心制备期间MOI的捕获。下面的方法描述如下细节。

2.2.1．物理吸附

物理吸附基于CaCO 3核的孔表面上的非特异性分子相互作用。 然而，已经确定了一些负责吸附过程的力量。例如，CaCO 3核上的蛋白质吸附由静电相互作用强烈地驱动。吸附的溶菌酶的量比乳清蛋白的量少两个多数量级。 在溶液中在不同pH下与CaCO 3核相互作用的不同电荷蛋白的吸附等温线。可以看到静电上的清晰标志。如果蛋白质电荷与核心电荷相反，则吸附量显着增加。同时，几乎不带电荷的葡聚糖已经以与pH无关的方式吸附到芯上，表明存在除静电来源之外的力。

2.2.2．共沉淀

共沉淀允许以高量并且使用单一步骤将蛋白质或其他MOI引入CaCO3颗粒中。将蛋白质或聚合物溶液简单地加入盐混合物中用于CaCO3核心制备，例如用于CaCl2和Na2CO3。与物理吸附相比，通过共沉淀加载的各种蛋白质观察到更高的蛋白质负载 。对于一些蛋白质，如牛血清白蛋白（BSA），考虑到纯CaCO3的密度约为3 g / cm3且蛋白质浓度在内，一定量的共沉淀蛋白质占核心重量的10％左右。核心应达到数百mg / ml。 如今，共沉淀是最常用的蛋白质加载到CaCO3核心和微胶囊中的方法，因为它可以在温和的条件下进行，具有高负荷效率。然而，通过共沉淀将蛋白质包埋到CaCO3核心中的确切机制仍然是未知的。还不清楚蛋白质如何影响核心的内部结构。如果与物理吸附相比，共沉淀导致更高的负荷，这是一个悬而未决的问题。CaCO3核心由相互连接的孔隙组成，并且在颗粒制备期间通过物理捕获到孔隙中似乎可以显着加载大的大分子。加载小分子是有问题的，因为它们很容易从毛孔中扩散出来。但是，加载小分子由于待加载的小分子和包埋在芯中的带电大分子之间的物理相互作用，可以在共沉淀（掺杂）带电大分子的CaCO3核中形成CaCO3核。在聚合物掺杂的胶囊中聚合物掺杂和自发负载的多个实例可以在文献中找到。进一步描述了装载和释放的生物学方面。

2.2.3．溶剂交换

根据定义，渗透是某些物质的积累超过正常数量。在CaCO3核心的情况下，渗透方法需要存在刺激来加载核心的孔，其量超过物理吸附的量（通常形成单层）。它可能是通过分子间相互作用加载的，例如蛋白质等电位沉淀。在pH等于蛋白质的pI的条件下，蛋白质分子在孔隙中自发沉淀，因为该过程是表面介导的。一旦形成单层蛋白质分子，新的分子部分将吸附顶部的下一层（聚合吸附）。因此，孔可以完全充满沉淀的蛋白质分子。通过简单干燥，溶剂去除也被用于渗透毛孔蛋白质溶液中的核心悬浮液。在这种情况下，毛细力在驱动孔的填充中起作用。由于上述三种方法适用于生物活化分子，因此已经包封了多种生物分子CaCO3核心包括大分子（多糖，蛋白质和酶如BSA，溶菌酶，alpha;-乳清蛋白，辣根过氧化物酶，过氧化氢酶，链霉蛋白酶，卵清蛋白，葡萄糖氧化酶，胰蛋白酶，alpha;-胰凝乳蛋白酶，胰岛素，DNA等）以及作为小药物分子。

2.3. 生物应用

如今，球霰石CaCO3颗粒变成非常有用的可分解核心，用于通过从生物分子如蛋白质配制微珠或通过将生物分子包封成多层胶囊来模板化生物活性分子。核心的高度发达的内部多孔结构可用于加载生物活性分子。由于小药物很容易从孔隙中扩散出来，因此药物的负载量将受到吸附在核心表面上的量的限制，该量通常低于单层，对于药物应用而言不够。这就是使用聚合物掺杂的核（通过共沉淀封装的聚合物）的原因。 Gao已经表明多柔比星（DOX）作为重要药物可以自发地加载到羧甲基纤维素掺杂的核心中，未涂覆或涂覆有聚电解质多层（（壳聚糖/藻酸盐）5或（CHI / ALG）5）。用多层加帽允许调整包封药物的释放曲线，如文献中所示。负载染料的量非常高，几乎达到每克500毫克CaCO3。已经报道了将布洛芬自发加载到聚（苯乙烯磺酸盐）（PSS）掺杂的核心中。这种核心的负载能力非常高，并且负载的布洛芬的量几乎可以达到颗粒重量的10％，这可能是公认的递送价值。已经显示用聚电解质多层涂覆在模拟胃液和肠液的条件下降低包封的布洛芬的释放速率。尽管聚苯乙烯磺酸盐作为合成且高度带电的聚合物不适合用于生物学应用，但王还将布洛芬加载到PSS掺杂的CaCO3核中。通过常规制备技术制备的CaCO3纳米颗粒的单个实例通常可以在文献中找到。制备尺寸在40-200nm范围内的纳米颗粒过饱和盐溶液，通过吸附或共沉淀将小药物（倍他米松磷酸盐和促红细胞生成素）掺入纳米颗粒中。在两种情况下负载量都相当高，但是，在通过吸附封装的情况下，大多数药物分子丢失后，如果使用共沉淀，则保持药物分子。没有讨论如何克服颗粒聚集问题（如果聚集发生），纳米颗粒通常会出现问题，尤其是CaCO3核心具有相当低表面电荷的颗粒。CaCO3核心不仅具有高内部区域，但在机械上非常稳定。 Yashchenok及其同事已采用脂质体修饰CaCO3核心，并证明超声（US）触发脂质体包封分子和核心嵌入分子的混合可在限定体积内实现。首先，已经证明了通过其他胶体如聚苯乙烯胶乳的物理吸附进行核心装饰的概念。这种方法允许作者将通常非常脆弱的脂质囊泡组装到CaCO3核心上。在用超声破坏脂质体时，底物已释放到CaCO3孔中，其中酶（过氧化物酶）已经转化它，最后在过氧化氢存在下产生荧光试卤。因此，所展示的亚区室化可以用于包封彼此邻近的小（在脂质体中）和大（在核中）分子中并且还引发这些分子的混合。此外，触发（超声）已经在接受的条件下使用。来自生物医学治疗，展示了进一步临床研究的前景。

除了发展的内部结构和机械稳定性之外，CaCO3核的粗糙度已经用于生物相关应用，即用于增强吸附在芯表面上的分子的拉曼信号。与光滑的二氧化硅颗粒相比，核心表现出优异的性能。与核上的分子吸附相关的孔隙率起到关键作用，导致金属纳米颗粒吸附增加和拉

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 19 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[278156]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章