一种可释放胰岛素的多层生物基囊泡的制备方法
【技术领域】
[0001] -种可释放胰岛素的多层生物基囊泡的制备方法，属于功能材料领域。
【背景技术】
[0002] 糖尿病是危害人类健康的重大疾病之一，传统的治疗方法给患者带来巨大的痛 苦，而智能型激响应性药物传递聚合物具有可控性和智能化控制药物传递的功能，可避免 传统治疗方法的缺点，为糖尿病的治疗提供了新的方法。这些方法中，苯硼酸及其衍生物体 系稳定、具有可控调节胰岛素投递以及持续检测血糖的应用前景而受到广泛研究。苯硼酸 及其衍生物存在两种不同的形式：当pH<苯硼酸pKa值，其为未电离的疏水形式；当pH> 苯硼酸PKa值，其为电离的亲水形式。电离后亲水形式的苯硼酸非常容易与1，2二醇如葡 萄糖等生成可逆共价键，形成更加亲水的形式，而在外界葡萄糖刺激作用下，竞争脱离基体 糖类，以此实现胰岛素投递以及持续检测血糖。在已有的研究报道中，部分研究中选用了不 可降解或降解产物对生物体有害等生物相容性较差的聚合物，从而限制了它们的进一步应 用。
[0003] 海藻酸钠（Sodiumalginate,Alg)具有低毒性，良好的生物相容性、增稠性、成膜 性和凝胶性能和高度可降解性，这些独特性能使得海藻酸及盐在医药工业、纺织印染工业、 精细化学工业以及食品工业等众多领域中获得了广泛应用，并显示出非凡的应用价值。早 在1938就已收入美国药典并在1963年收入英国药典，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶 解性、粘性和安全性。
[0004] 壳聚糖（chitosan,CS)因其分子结构中含有游离氨基，能结合酸分子，是天然多 糖中的唯一碱性多糖，因而使得壳聚糖具有许多特殊的物理化学性质和生理、药理功能。作 为自然界中第二大有机自然资源，壳聚糖自身具有生理适应性、生物相容性、可完全分解 性、多功能反应性、立体结构、可再生性与亲水性等多种优异性能，使得壳聚糖的研究与应 用越来越受到世界范围内的广泛关注。
[0005]本发明选用具有糖响应性的3-氨基苯硼酸（APBA)和3-羧基苯硼酸（CPBA)分别 对Alg和CS进行接枝改性；再以二氧化硅为模板，填埋胰岛素后，利用Alg去质子化后形 成-COO_负离子和CS质子化后形成-NH3+正离子间的静电相互作用，通过层层自组装技术 构筑了核壳结构粒子；再加入CaCl2，使Alg层发生物理交联，提高微球稳定性；最后用HF/ NH4F缓冲液移除二氧化硅后形成生物基大分子囊泡。功能单体APBA及CPBA和大分子葡萄 糖之间可形成可逆酯键，赋予了囊泡葡萄糖响应性，通过控制大分子与功能单体的配比，囊 泡的粒径和结构能够对外界葡萄糖刺激进行智能相应实现胰岛素的可控释放，使得在药物 负载、控制释放等领域有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006]本发明旨在以二氧化硅为模板利用功能化的生物基电解质间静电相互作用制备 具有对胰岛素可控释放的生物基囊泡。
[0007] 本发明的技术方案：海藻酸钠（Alg)和壳寡糖（CS)生物基大分子，选择具有糖响 应性的3-氨基苯硼酸（APBA)和3-羧基苯硼酸（CPBA)分别对Alg和CS进行接枝改性；再 以二氧化硅纳米粒子为模板，填埋胰岛素，利用Alg和CS间的静电相互作用，通过层层自组 装技术构筑多层核壳结构微球；再加入CaCl2，使海藻酸钠层发生物理交联，提高微球稳定 性；最后用HF/NH4F缓冲液移除二氧化硅后形成生物基大分子囊泡；并通过控制大分子与 功能单体的配比，囊泡的粒径和结构能够对外界葡萄糖刺激进行智能相应实现胰岛素的可 控释放。
[0008] 以3-氨基苯硼酸为功能单体，通过酰胺化反应接枝改性海藻酸钠，海藻酸钠与 3-氨基苯硼酸的摩尔配比为10 :1~8,3_氨基苯硼酸的接枝率为10%~50%，所得接枝 聚合物的结构为：
[0009]
[0010]表示成AIg-g-APBA。
[0011] 以3-羧基苯硼酸为功能单体，通过酰胺化反应修饰壳寡糖，壳寡糖与3-羧基苯硼 酸的摩尔配比为10 :1~5, 3-羧基苯硼酸的接枝率为5%~25%，所得聚合物的结构为：
[0012]
[0013]表示成CS-g-CPBA。
[0014] 以200nm的二氧化硅纳米粒子为模板，并用硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷对 其表面进行胺基化；进而，将制备得到表面胺基化的二氧化硅纳米粒子分散于pH=5的缓 冲溶液中，加入pH= 5的胰岛素溶液，并相继滴加入pH= 5的Alg-g-APBA和CS-g-CPBA 的溶液中，多次重复，组装形成多层核壳结构微球；最后，用HF/NH4F缓冲液移除二氧化硅模 板，得到生物基大分子囊泡。Alg-g-APBA和CS-g-CPBA的组装层数为5~7层，胰岛素的包 覆量在60~70 %，多层核壳结构微球的粒径为240~270nm。
[0015] 本发明的有益效果：本发明分别选用带有阴离子和阳离子的生物基大分子Alg和 CS为聚电解质，通过酰胺化反应分别接入对葡萄糖响应的APBA和CPBA功能单体并与大 分子多糖之间可形成可逆酯键，赋予了囊泡葡萄糖响应性；以二氧化硅纳米粒子为模板，预 先填埋胰岛素，接着通过层层自组装，制备多层生物基大分子微球；再加入CaCl2，使Alg层 发生物理交联，提高微球稳定性；最后去除模板，制备对胰岛素可控释放的生物基大分子囊 泡；通过控制大分子与功能单体的配比，囊泡的粒径和结构能够对外界葡萄糖刺激进行智 能相应实现胰岛素的可控释放，使得在药物负载、控制释放等领域有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0016] 图IAlg-g-APBA的红外谱图
[0017] 图2CS-g-CPBA的核磁共振谱图
[0018]图 3SiO2微球（a)、（(Alg-g-APBA/CS-g-CPBA) 5)骼102核壳微球（b)和 ((Alg-g-APBA/CS-g-CPBA)5)中空囊泡（c)的透射电镜图片
[0019] 图4((Alg-g-APBA/CS-g_CPBA)5)中空囊泡在不同糖浓度下胰岛素的释放曲线
【具体实施方式】
[0020]实施例I、CS-g-CPBA的制备
[0021] 取I. 790gCPBA(5mmol)溶于200ml去离子水，加入共催化剂I. 725gN-羟基琥珀酰 亚胺（NHS，15mmol)和0.960gl_(3_二甲氨基丙基）-3_乙基