天然亲水凝胶负载纳米化叶黄素复合膜的制备方法与流程

本发明属于生物医用材料技术领域，特别是涉及一种天然高分子亲水凝胶与纳米化叶黄素复合膜的制备方法。

背景技术：

近年来研究发现，植物所含的天然叶黄素不仅是一种性能优异的抗氧化剂，可抵御氧自由基在人体内造成细胞与器官损伤，预防机体衰老引发的心血管硬化、冠心病等症状[中医内科杂志,2011,25(4)：22-23.][skinpharmacologyandappliedskinphysiology,2003,15,291–296.]。更重要的是叶黄素是视网膜黄斑的主要色素和抗氧化成分，对维持明视觉和敏锐视觉起着重要作用[photochemphotobiolb,2006,85(3):205-215.]。太阳光中的紫外线及蓝光进入眼睛会产生大量自由基，导致白内障，黄斑区退化，甚至癌症。紫外线一般能被眼角膜及晶状体过滤掉，但蓝光却可穿透眼球直达视网膜及黄斑，研究认为，黄斑中的叶黄素能通过过滤蓝光和猝灭、清除活性氧，消除蓝光对眼睛的损害[annualreviewsinnutrition,2003,23,171–201]。具有预防黄斑变性及视网膜色素变性，减少玻璃膜疣的产生，促进黄斑发育，促进视网膜细胞中视紫质再生，预防重度近视及视网膜剥离，缓解视疲劳等一序列功能。

但人体不能合成叶黄素，人体中的叶黄素主要来自食物。叶黄素是一种亲油性的物质，不溶于水，对光、热和氧敏感，不稳定，极易被氧化。而且，与其它类胡萝卜素一样，叶黄素晶体的生物利用率很低。近几年，针对叶黄素不溶于水、生物利用度低的缺点，国内外学者均开展了大量研究工作，采用聚乙二醇-聚己内酯两亲性嵌段共聚物为载体包载叶黄素形成纳米胶束，可提高叶黄素的水溶性[天津科技大学学报,2010，04]，采用瞬时高温油溶和喷雾冷凝法对叶黄素进行微囊化，可改善叶黄素产品的稳定性、异构和高脂溶难吸收等问题[中国食品添加剂,2012(01)：60-65]，利用水溶性低分子量壳聚糖作为载体，采用离子交联方法制备出叶黄素-壳聚糖纳米粒等，可大大提高叶黄素的生物利用度[foodchemistry,2013,141(1):327-337]。

载药纳米微粒是近年来出现的药物控释和缓释的新剂型，应用于水溶性差和不稳定的药物具有巨大的优势。它是通过化学或物理的作用，将功能成分分散于生物相容性纳米级胶态粒子内部或吸附于表面，有效提高药物的水溶性和体内外稳定性。

cn201210499309.0公开了一种叶黄素眼用纳米乳-温度敏感型原位凝胶及其制备方法。先将叶黄素制成叶黄素纳米乳增加叶黄素的水溶性，并且将乳剂制成纳米级增加叶黄素的角膜透过率；再制备成原位凝胶，具有生物粘附性好和组织相容性、生物利用度高的特点。但使用了大量的化学添加剂，对人体有一定影响；且溶胶状滴眼液在夏季室温接近或高于体表温度(眼部温度接近体表温度)时，会转变为凝胶，影响使用。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种纯天然原料制剂、便利、稳定的外用护眼贴剂，缓解现代人长期使用电脑、手机荧屏引起的视疲劳和视力损伤。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

天然高分子亲水凝胶与纳米化叶黄素复合膜的制备方法，包括以下步骤：

亲水凝胶膜的制备：

以醋酸溶液溶解壳聚糖，调ph5.0～5.5，加热条件下搅拌加入edta，得到壳聚糖溶液；

取明胶、魔芋多糖以水加热溶解，调ph中性，加入到上述壳聚糖溶液中；

加入交联剂，继续搅拌45～60min，加入甘油，搅拌均匀，消泡；

在加热板上涂布成2～3mm厚凝胶层，覆上一层蚕丝无纺布，冷却后揭起，晾干或冻干；

以nahco3水溶液洗涤，取出晾干，得到天然高分子亲水凝胶膜；

纳米化叶黄素的制备：

60℃搅拌条件下将有机相滴加至第一水相，乙醇挥发完全后继续搅拌2～3h，适时补充蒸发掉的水份；冷却至室温后转移至第二水相，搅拌混匀得到纳米化叶黄素溶液；

所述有机相的配制：按重量份数计将20～30份卵磷脂，10份vite和vita加入至无水乙醇中加热溶解，冷却后，加入20～30份叶黄素，震荡至完全溶解得到有机相；

所述第一水相的配制：取0.3～0.5％g/ml的壳聚糖醋酸溶液，以稀碱溶液调ph至4.5-5.5，加入牛黄酸、猪胆盐，再加吐温-20或peg400，混匀，0.2um滤膜过滤，得到第一水相；

所述第二水相的配制：体积百分数为1-2％的甘油/水混合液为第二水相；

亲水凝胶负载纳米化叶黄素的制备：

将所述亲水凝胶膜的凝胶面浸泡在所述纳米化叶黄素溶液中，直至溶液被吸收完全，遮光放置至表面干爽，即得天然亲水凝胶-纳米化叶黄素复合膜。

按上述方案，纳米化叶黄素的制备过程中，冷却至室温后，以20～30ml/h转移至第二水相。

按上述方案，亲水凝胶负载纳米化叶黄素的制备过程中，按每100cm²亲水凝胶膜10ml纳米化叶黄素溶液的用量进行浸泡。

壳聚糖纳米粒作为一种新型的药物载体，具有广泛的应用前景，其荷电氨基、羟基和疏水基团可与药物分子产生广泛的非共价相互作用，吸附或包裹药物分子，可作为多种药物载体，有效提高药物水溶性和体内外稳定性，增加药物吸收；其高分子特性和良好的生物相容性及生物可降解性，有利于控制药物平缓释放，提高药物生物利用度，降低药物的毒副作用。

叶黄素是视网膜黄斑的主要色素和抗氧化成分，能通过过滤蓝光和猝灭、清除活性氧，消除蓝光对眼睛的损害，对维持明视觉和敏锐视觉，预防黄斑变性及视网膜色素变性具有重要作用。壳聚糖具有良好的生物相容性、亲水性，作为纳米化药物载体包裹或携带叶黄素，可有效提高叶黄素水溶性、稳定性和生物利用度，同时具有良好的成膜、絮凝、黏膜吸附等物理特性。

本发明将二者性能结合制备得到一种负载纳米化叶黄素的天然高分子亲水凝胶，同时加入多种生物活性成分和眼部营养精华，用于眼部及周围皮肤敷贴，缓解长期使用荧屏导致的光损伤和视力疲劳，同时，具有紧致眼部肌肤，促进血液循环，消除黑眼圈的功能。该凝胶膜无任何添加剂和防腐剂，安全无刺激，制备条件温和，设备简单，无三废排放，环保经济，特别适合作为眼部护理和面部皮肤护理，以及其他经皮给药的药物载体或敷料。

以壳聚糖作为载体，通过相转移法将不稳定的油溶性叶黄素包裹成亲水性聚合物纳米粒，不仅改善叶黄素的水溶性，且有效提高了叶黄素的稳定性和透皮吸收效率，同时加入了维生素a、维生素e和牛黄酸等活性成分，具有抗氧化，维持正常视觉，保护视细胞的功能。

牛磺酸还具有赋活肌肤细胞的功能，可提供年轻肌肤快速与持久的能量补充和多重保护。

利用天然高分子的结构和性质特点，通过控制ph、温度、搅拌速度和加入方式等工艺条件，经非共价交联形成多孔性亲水凝胶；以壳聚糖为载体，卵磷脂为乳化剂，吐温-20和甘油等为助乳化剂和分散剂，通过相转移法纳米化叶黄素形成纳米叶黄素水分散体系，再由多孔性亲水膜吸附负载，构建成亲水凝胶-纳米化叶黄素复合膜，不使用任何反应性化学试剂，产品自身具有抗菌抑菌功能，不添加防腐剂，安全可靠。原材料均来源于天然产物，绿色环保。

原料来源于生物体的天然高分子，具有良好的生物相容性和亲水性，壳聚糖所带正电荷与明胶所带负电荷通过静电作用发生交联，无须反应性化学试剂的作用，再由金属离子介导进一步交联，形成的网络结构柔软、富弹性，且具有较高的强度，与皮肤亲和力强，易揭帖，使用简便，其孔隙可吸收负载纳米化叶黄素，并对叶黄素起稳定和保护作用。

利用天然高分子的结构和性质特点，通过控制ph、温度、搅拌速度和加入方式等工艺条件，经非共价交联形成多孔性亲水凝胶；以壳聚糖为载体，卵磷脂为乳化剂，吐温-20和甘油等为助乳化剂和分散剂，通过相转移法纳米化叶黄素形成纳米叶黄素水分散体系，再由多孔性亲水膜吸附负载，构建成亲水凝胶-纳米化叶黄素复合膜，不使用任何反应性化学试剂，产品自身具有抗菌抑菌功能，不添加防腐剂，安全可靠。原材料均来源于天然产物，绿色环保。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

本发明将纳米化叶黄素吸附于多孔性亲水凝胶膜上，用于眼部敷贴，纳米级颗粒有助于携带的叶黄素等活性成分的透皮吸收，减缓长期使用荧屏引起的视网膜蓝光损伤，缓解眼部疲劳，同时具有紧致肌肤、补充水分、赋予肌肤活力的美容功效，亲水凝胶也可用于携载其它活性物质，用于颈面部和手部等的肌肤护理，具有补水、清洁和紧致肌肤、促进血液循环等功效。或作为外用药敷料，具有亲肤不粘肤，无刺激，可反复揭帖等特性。

本发明天然高分子亲水凝胶与纳米化叶黄素复合膜的制备工艺简单、条件温和、无三废排放，膜的厚度、形状、载药量均可控，原料易得。

本发明制备的天然高分子亲水凝胶与纳米化叶黄素构成的复合膜，适用于眼部护理，缓解和预防长期使用荧屏导致的视疲劳和视力损伤；亲水凝胶适用于作为清洁、紧致肌肤的敷料和功能成分的载体，可广泛应用于化妆品行业和医药行业。

附图说明

图1：凝胶膜对纳米化叶黄素和未纳米化叶黄素的载药量比较；

图2：膜载纳米化叶黄素体外透皮释放率；

图3：纳米化叶黄素与未经纳米化的叶黄素稳定性比较。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

天然高分子亲水凝胶与纳米化叶黄素复合膜，它包括如下步骤：

(1)亲水凝胶的制备

称取7.5g壳聚糖，加200ml2％(w/v)的醋酸溶液溶解，电动搅拌均匀，以0.2mol/lnaoh溶液调ph5.0，在80℃水浴条件下，边搅拌边加入0.1mol/ledta3.0ml，继续搅拌均匀；

称取9.0g明胶，0.3g魔芋多糖于烧杯中，加80ml水加热溶解，调ph7.0左右；加入到上述壳聚糖溶液中，再以20ml热水洗涤烧杯，洗涤液转入壳聚糖溶液中，搅拌均匀，再加入0.5mol/lmgcl2溶液1.8ml，搅拌均匀后，继续低速搅拌45min，加入3ml甘油和peg400的等量混合液，搅拌均匀，消泡，趁热在约80℃加热板上铺展或涂布成2mm厚凝胶层，冷却后揭起，晾干，以1％的nahco3快速洗涤2-3次，再无菌水漂洗1min，取出晾干，得到薄膜状、柔软、富弹性的天然高分子亲水凝胶。

(2)纳米叶黄素的制备

有机相的配制：将20mg卵磷脂，10mgvite和vita加入至50ml无水乙醇中，60℃水浴中加热溶解，冷却后，加入20mg叶黄素，震荡至完全溶解，为有机相，装棕色试剂瓶中封口，铝箔纸包裹避光，待用；

第一水相的配制：0.3％(w/v)的壳聚糖醋酸溶液50ml，以稀naoh溶液调节ph5.0，加入10mg牛黄酸酸至完全溶解，加100ul吐温-20，0.2um滤膜过滤，为第一水相；

第二水相的配制：48ml无菌水，加2ml甘油，为第二水相；

取第一水相50ml，60℃水浴中，磁力搅拌下，将有机相以20ml/h的速度恒速滴加至第一水相，并继续搅拌至无乙醇气味后，再搅拌2h，适时补充蒸发掉的水份。取出，待溶液冷却后，磁力搅拌下，以30ml/h的速度恒速将上述溶液转移至第二水相，继续搅拌过夜，得到纳米化叶黄素。制备过程中含叶黄素的溶液均以铝箔纸包裹避光。

(3)亲水凝胶负载纳米化叶黄素

在一洁净平底盘内倒入12ml纳米叶黄素溶液，剪取10cm×10cm亲水凝胶膜，将凝胶面向下泡入纳米叶黄素溶液中，直至溶液被吸收完全，遮光放置20～30min，至表面干爽，即得天然亲水凝胶-纳米化叶黄素复合膜。

实施例2：

天然高分子亲水凝胶与纳米化叶黄素复合膜，它包括如下步骤：

(1)亲水凝胶的制备

称取6.0g壳聚糖，加200ml2％(w/v)的醋酸溶液溶解，电动搅拌均匀，以0.2mol/lnaoh溶液调ph5.0，在80℃水浴条件下，边搅拌边加入0.1mol/ledta2.4ml，继续搅拌均匀；

称取12g明胶，0.3g魔芋多糖，加80ml水加热溶解，调ph7.0左右；加入到上述壳聚糖溶液中，再以20ml热水洗涤烧杯，洗涤液转入壳聚糖溶液中，搅拌均匀，再加入0.5mol/lmgcl2溶液1.5ml，搅拌均匀后，继续低速搅拌45min，加入3ml甘油和peg400的等量混合液，搅拌均匀，消泡，趁热在约80℃加热板上铺展或涂布成2mm厚凝胶层，冷却后揭起，晾干，以1％的nahco3快速洗涤2-3次，再无菌水漂洗1min，取出晾干，得到薄膜状、柔软、富弹性的天然高分子亲水凝胶。

(2)纳米叶黄素的制备

有机相的配制：将30mg卵磷脂，10mgvite和vita加入至50ml无水乙醇中，60℃水浴中加热溶解，冷却后，加入25mg叶黄素，震荡至完全溶解，为有机相，装棕色试剂瓶中封口，铝箔纸包裹避光，待用；

第一水相的配制：0.3％(w/v)的壳聚糖醋酸溶液50ml，以稀naoh溶液调节ph5.0，加入10mg牛黄酸酸至完全溶解，加50ul吐温-20，0.2um滤膜过滤，为第一水相；

第二水相的配制：48ml无菌水，加2ml甘油，为第二水相；

取第一水相50ml，60℃水浴中，磁力搅拌下，将有机相以20ml/h的速度恒速滴加至第一水相，并继续搅拌至无乙醇气味后，再搅拌2h，适时补充蒸发掉的水份。取出，待溶液冷却后，磁力搅拌下，以30ml/h的速度恒速将上述溶液转移至第二水相，继续搅拌过夜，得到纳米化叶黄素。制备过程中含叶黄素的溶液均以铝箔纸包裹避光。

(3)亲水凝胶负载纳米化叶黄素

在一洁净平底盘内倒入10ml纳米叶黄素溶液，剪取10cm×10cm亲水凝胶膜，将凝胶面向下泡入纳米叶黄素溶液中，直至溶液被吸收完全，遮光放置20～30min，至表面干爽，即得天然亲水凝胶-纳米化叶黄素复合膜。

实施例3：

天然高分子亲水凝胶与纳米化叶黄素复合膜，它包括如下步骤：

(1)亲水凝胶的制备

称取7.5g壳聚糖，加200ml2％(w/v)的醋酸溶液溶解，电动搅拌均匀，以0.2mol/lnaoh溶液调ph5.0，在80℃水浴条件下，边搅拌边加入0.1mol/ledta2.6ml，继续搅拌均匀；

称取12g明胶，0.3g魔芋多糖，加80ml水加热溶解，调ph7.0左右；加入到上述壳聚糖溶液中，再以20ml热水洗涤烧杯，洗涤液转入壳聚糖溶液中，搅拌均匀，再加入0.5mol/lmgcl2溶液1.5ml，搅拌均匀后，继续低速搅拌45min，加入3ml甘油和peg400的等量混合液，搅拌均匀，消泡，趁热在约80℃加热板上铺展或涂布成2mm厚凝胶层，冷却后揭起，晾干，以1％的nahco3快速洗涤2-3次，再无菌水漂洗1min，取出晾干，得到薄膜状、柔软、富弹性的天然高分子亲水凝胶。

(2)纳米叶黄素的制备

有机相的配制：将30mg卵磷脂，10mgvite和vita加入至50ml无水乙醇中，60℃水浴中加热溶解，冷却后，加入30mg叶黄素，震荡至完全溶解，为有机相，装棕色试剂瓶中封口，铝箔纸包裹避光，待用；

第一水相的配制：0.3％(w/v)的壳聚糖醋酸溶液50ml，以稀naoh溶液调节ph5.0，加入10mg牛黄酸酸至完全溶解，加50ulpeg400，0.2um滤膜过滤，为第一水相；

第二水相的配制：48ml无菌水，加2ml甘油，为第二水相；

取第一水相50ml，60℃水浴中，磁力搅拌下，将有机相以20ml/h的速度恒速滴加至第一水相，并继续搅拌至无乙醇气味后，再搅拌2h，适时补充蒸发掉的水份。取出，待溶液冷却后，磁力搅拌下，以30ml/h的速度恒速将上述溶液转移至第二水相，继续搅拌过夜，得到纳米化叶黄素。制备过程中含叶黄素的溶液均以铝箔纸包裹避光。

(3)亲水凝胶负载纳米化叶黄素

在一洁净平底盘内倒入10ml纳米叶黄素溶液，剪取10cm×10cm亲水凝胶膜，将凝胶面向下泡入纳米叶黄素溶液中，直至溶液被吸收完全，遮光放置20～30min，至表面干爽，即得天然亲水凝胶-纳米化叶黄素复合膜。

实施例4：

与实施例1基本相同，不同之处在于：扩大了制备量，亲水凝胶的一次制备量达1200ml纳米叶黄素的一次制备量达500ml,所得复合膜的性能不受影响。

实施例5：

与实施例1基本相同，不同之处在于：凝胶膜冻干,所得凝胶膜孔隙较大，载药量增大，强度较低，有一定的溶胀，但不影响载药和使用。

凝胶膜载药量测定：将叶黄素样品用95％乙醇配制成0.25mg/ml溶液，剪取2*2cm²的凝胶膜浸泡约30s，取出用滤纸吸干表面溶液，放置5min，再浸泡，重复上述操作三次，至整块膜吸药均匀，药物充分进入凝胶膜中。将载药凝胶膜剪碎，加入2ml去离子水，水浴加热使其充分溶胀，加入2ml丙酮，超声震荡30s，重复三次，使叶黄素充分溶解，倒出上清液，残渣再以2ml丙酮按上述方法抽提两次，合并上清液，10000rpm离心10min，取上清液，hplc法(日立l2000型高效液相色谱仪，c18分析柱，检测波长446nm，流动相95％乙腈：5％甲醇，流速1.0ml/nim，进样量10μl)测定叶黄素含量，共测定5个样，取平均值，计算凝胶膜的载药量(ug/cm2)。

按上述方法测得实例3制备的凝胶膜对纳米化叶黄素和未纳米化叶黄素的载药量如图1所示。

膜载纳米化叶黄素的体外透皮释放速率测试方法为：

小鼠眼眶取血(湖北省疾控中心提供，六周龄，10只)，肝素抗凝，加ph7.4的pbs缓冲液稀释至20ml，3500rpm离心5分钟，取上清液作为近似模拟体液。取血后小鼠颈椎脱臼处死，剃去腹部毛发，小心剥离腹部皮肤，剪下透皮扩散池外口径等大的圆片，置ph7.4的pbs缓冲液4℃保存备用。透皮扩散池(15ml，口径1cm，有效透皮面积0.78cm²)以pbs稀释血清灌满，放入磁力搅拌转子，将小鼠腹部离体皮肤角质层向外贴于瓶口(注意皮肤和溶液液面间不能出现气泡)，载药凝胶膜剪成与鼠皮同样大小的圆片，紧贴于离体皮肤角质层一侧，外贴一层保鲜膜防止水分蒸发(皮肤、载药膜、保鲜膜间不能有气泡)，盖上池盖用橡皮筋固定。装置固定好后置于磁力搅拌器上36℃水浴中，低速搅拌，分别于10min，20min，30min，40min，50min，60min从扩散池支管口取样100ul，每次取样后立即补充等量血清pbs溶液。各样液中分别加入丙酮50ul，超声震荡30s，10000rpm离心10min，取上清液，hplc法(日立l2000型高效液相色谱仪，c18分析柱，检测波长446nm，流动相95％乙腈：5％甲醇，流速1.0ml/nim，进样量10μl)测定叶黄素含量，按扩散池中溶液体积换算出叶黄素的皮肤透过量。

以单位面积膜的叶黄素透过量表示叶黄素的透皮率，实例3制备的载药凝胶按上述方法测得的透皮率如图2所示，纳米化叶黄素可透过皮肤平稳释放，未经纳米化的叶黄素透皮释放明显低于纳米化叶黄素的透皮释放量；以透过叶黄素的量占凝胶膜有效面积负载叶黄素量之比表示，或以透过皮肤的绝对量表示，60min时分别达到26.0％或20.33ug/cm²。

本发明纳米化叶黄素与未经纳米化的叶黄素稳定性比较：

叶黄素的稳定性以自然放置一定时间时其氧化率表示，即放置前叶黄素含量与放置后叶黄素含量之差占放置前叶黄素含量的百分比。

其中叶黄素浓度测定方法：

叶黄素最大吸收波长在445nm处，准确称取叶黄素标准品20.0mg，加20ml丙酮溶解，配制成1mg/ml的储备液，再稀释至25ug/ml，为工作液，分别取工作液0.40ml，0.80ml，1.20ml，1.60ml，2.00ml，2.40ml，再加丙酮补足至4.00ml，以丙酮调零，测定445nm处吸光值a，绘制叶黄素标准曲线，得曲线方程a＝0.0359c(r²＝0.9992)(a为溶液的吸光值，c为测定液中叶黄素浓度ugml)。

样品处理：

取实例3制备的纳米化叶黄素溶液，以去离子水稀释至叶黄素总浓度约250ug/ml，为纳米化叶黄素样品。

同时配制250ug/ml的叶黄素95％乙醇溶液，为未纳米化叶黄素样品。

分别取两种样品各1ml，加入3ml丙酮，超声震荡30s，间歇3min，再超声30s，10000rpm离心10min，取上清液，以丙酮调零，测445nm处吸光值，根据工作曲线计算两种样品各自叶黄素的含量。剩余样品置棕色容量瓶中，盖紧瓶盖，室温放置，第15天以同样方法测定各自叶黄素含量，以15后叶黄素含量的减少占原叶黄素含量的百分比表示叶黄素的氧化率，氧化率越高稳定性越差。

如图3，未纳米化叶黄素的95％乙醇溶液密封室温放置15天，叶黄素的氧化率达22.20％，是纳米化叶黄素水溶液(15天叶黄素氧化率5.58％)的3倍多。纳米化后可有效提高叶黄素的水溶性和稳定性。

本发明的复合膜制备各原料用量以及工艺参数(如ph、时间等)在上述区间内取值，都能实现本发明，在此不一一列举实施例。