近日，四川大學(xué)褚良銀教授所帶領(lǐng)的膜科學(xué)與功能材料課題組在國際知名期刊《Advanced Science》（Wiley的高品質(zhì)多學(xué)科期刊，2016年影響因子9.034），發(fā)表了題為“Trojan-Horse-Like Stimuli-Responsive Microcapsules”的研究成果，在國際上首次可控制備得到了具有同心多腔室結(jié)構(gòu)、且每個腔室具有不同功能殼層的“特洛伊木馬式”微囊系統(tǒng)，實現(xiàn)了多種組分在同一微囊中可控的協(xié)同共封裝和多樣化的程序式梯級次序釋放。該論文第一作者為四川大學(xué)beat3652014級博士生牟川淋，四川大學(xué)beat365褚良銀教授和汪偉副教授為該論文的通訊作者。
能夠根據(jù)環(huán)境條件變化實現(xiàn)藥物按需釋放的響應(yīng)型功能微囊在藥物傳送、自愈合以及微型反應(yīng)等諸多領(lǐng)域具有重要的作用。其中，構(gòu)建具有多腔室結(jié)構(gòu)、且各個腔室分別被一個刺激響應(yīng)性功能殼層所包封的多腔室微囊系統(tǒng)，對于開發(fā)新一代的微型傳送載體具有十分重要的意義。首先，多腔室的結(jié)構(gòu)能夠分隔封裝多種不同的組分，可增強其在組合式癌癥治療、組織再生和固定化酶反應(yīng)等生物醫(yī)藥領(lǐng)域的性能。其次，不同的功能殼層能靈活調(diào)控各腔室中封裝物質(zhì)的釋放順序和釋放速率，進一步增強協(xié)同治療過程中的治療效果、并降低毒副作用。此外，還需要對多腔室結(jié)構(gòu)、微囊尺寸和結(jié)構(gòu)均一性進行控制，從而精確調(diào)控物質(zhì)的封裝量和釋放動力學(xué)，以達到最優(yōu)的治療效果。
然而，雖然目前已開發(fā)出多種多腔室的微囊系統(tǒng)，但通常難以精確控制微囊內(nèi)部各腔室的結(jié)構(gòu)尺寸，且難以在微囊中靈活組合不同的藥物釋放機制，實現(xiàn)多樣化程序式梯級次序釋藥。褚良銀教授課題組針對這一瓶頸問題，利用微流控技術(shù)對微尺度流體的精確操控，構(gòu)建了具有良好單分散性的復(fù)雜四重乳液液滴作為合成模板（圖1a），成功制備得到了具有同心多腔室結(jié)構(gòu)、且每個腔室具有不同的環(huán)境刺激響應(yīng)型功能殼層的“特洛伊木馬式”微囊。通過改變四重乳液模板中各液相組成以調(diào)控其界面特性、黏度和密度等，系統(tǒng)研究了該復(fù)雜四重乳液界面穩(wěn)定性的調(diào)控規(guī)律，實現(xiàn)了由四重乳液模板到“特洛伊木馬式”微囊的高效可控制備。
圖1. 以四重乳液為模板可控制備“特洛伊木馬式”微囊
為了證明該制備方法的靈活性，成功構(gòu)建了具有pH響應(yīng)性的內(nèi)、外兩層殼聚糖（CS）殼層的“特洛伊木馬式”CS@CS微囊（圖1b），以及具有pH響應(yīng)性的殼聚糖（CS）內(nèi)殼層和具有溫敏性的聚N異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）外殼層的“特洛伊木馬式”CS@PNIPAM微囊（圖1c）。其中，CS@CS微囊能響應(yīng)環(huán)境pH的變化，使得外部和內(nèi)部的殼聚糖殼層依次降解，實現(xiàn)對外部和內(nèi)部腔室中封裝物質(zhì)的次序式梯級突釋（圖2）。而CS@PNIPAM“特洛伊木馬式”微囊能響應(yīng)環(huán)境溫度的變化，首先使外部PNIPAM殼層收縮并快速擠出內(nèi)部的封裝物質(zhì)和內(nèi)部CS微囊；接著，當(dāng)環(huán)境pH變化時，其內(nèi)部CS微囊的殼層發(fā)生降解，從而實現(xiàn)對于內(nèi)部封裝物質(zhì)的次級釋放。通過改變環(huán)境刺激的施加次序，還可以有效調(diào)控內(nèi)部不同物質(zhì)的釋放順序。該“特洛伊木馬式”多腔室微囊成功實現(xiàn)了多種組分的協(xié)同共封裝以及多種釋放機理在單個微囊中的靈活整合，為新一代微型傳送載體和微反應(yīng)器系統(tǒng)的設(shè)計制備提供了一個新模式。
圖2. “特洛伊木馬式”微囊用于程序式梯級次序釋藥
該項研究得到了國家自然科學(xué)基金重大研究計劃重點支持項目（91434202）、教育部“創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”滾動支持項目（IRT15R48）、高分子材料工程國家重點實驗室自主研究課題團隊項目（sklpme2014-1-01）等資助。
原文連接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/advs.201700960
汪偉 撰稿
鈕大文 審核
高敏 編輯
beat365
2018年4月23日
