使用步琦微膠囊造粒儀
制備硫酸鹽纖維素微膠囊體
包埋應(yīng)用
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簡介
硫酸纖維素是一種生物相容性酯類物質(zhì)，其微膠囊的制備是通過將聚合物溶液滴入含有合成聚陽離子型聚二烯丙基二甲基氯化銨（合成聚陽離子型聚DADMAC）的固定液中獲得的。兩種帶相反電荷的聚合物在界面處發(fā)生快速靜電相互作用，最終通過一步法形成機械穩(wěn)定性強的水凝膠膜。由于磺酸基團間的強相互作用，這些微膠囊具有優(yōu)異的機械性能，且不會引發(fā)免疫反應(yīng)。此外，該膜結(jié)構(gòu)均一、孔徑分布窄，且孔徑大小可預(yù)先設(shè)定。
該技術(shù)主要用于封裝動物細胞和干細胞，應(yīng)用于醫(yī)療和生物技術(shù)領(lǐng)域，并已進入臨床試驗階段，用于人體內(nèi)細胞移植以治療多種疾病。它也可用于封裝活性藥物成分（API）。
研究目標：旨在利用一步法工藝生產(chǎn)纖維素硫酸鈉-聚二甲基二烯丙基氯化銨（cellulose sulphate-polyDADMAC）微膠囊，以區(qū)別于其他需要多步操作的細胞封裝工藝（如海藻酸鹽-聚-L-賴氨酸工藝）
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儀器和實驗材料
儀器：微膠囊造粒儀 Encapsulator B-390/B-395 Pro
配置：單流體噴嘴系統(tǒng)— 300 μm 單噴嘴
進樣方式：注射泵/氣壓系統(tǒng)
均質(zhì)攪拌機
聚合物：2% （w/v）硫酸纖維素（Biorefinary，德國）
固定液：4% PolyDADMAC (分子量 35 kDa) （Biorefinary，德國）
去離子水
▲ 圖1:準備聚合物
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實驗流程和參數(shù)
從微膠囊造粒儀上拆除預(yù)過濾器。
將 2g 纖維素硫酸鈉溶于 100mL 水中。使用攪拌器將其溶解（如圖1）。靜置溶液直至澄清且內(nèi)部氣泡釋放。氣泡可以通過置于超聲波浴中或抽真空來加速去除。
將 8g 聚 DADMAC（分子量35 kDa）加入 200mL 水中，攪拌至溶解。
要包埋的材料需在纖維素硫酸鈉混合后加入溶液中。在膠囊生產(chǎn)過程中，這些材料被包裹在纖維素硫酸鈉內(nèi)芯中，而內(nèi)芯則被聚 DADMAC 膜包裹。
取用 20mL 纖維素硫酸鈉溶液。待形成穩(wěn)定的連串液滴后開始滴入固化液（聚DADMAC）進行生產(chǎn)（硬化），使用靜電荷分散液滴并防止碰撞。當纖維素硫酸鈉液滴落在固化液中后，讓其硬化至少 30 分鐘（硬化計時起點 T=0：當最后一滴液滴落入固化液的時刻）。用大量的水清洗膠囊，以去除顆粒周圍可能存在的任何未反應(yīng)的聚 DADMAC。
實驗參數(shù) | ||
流速 | 8mL/min | |
頻率 | 400 – 600Hz | |
壓力 | 0.5bar | |
振幅 | 5 | |
電荷 | >1000V | |
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實驗結(jié)果
▲ 圖2:將纖維素硫酸鈉液滴滴入聚DADMAC溶液中制備的硫酸纖維素聚DADMAC半水液芯微膠囊。
樣品量 | 20ml | |
產(chǎn)率 | >99% | |
形態(tài) | 球形 | |
尺寸 | 745μm | |
標準偏差 | ±2.3% | |
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實驗結(jié)論
步琦微膠囊造粒儀 B-390 和 B-395 Pro 能夠在單步工藝中生產(chǎn)球形硫酸纖維素-聚 DADMAC 微膠囊，所生產(chǎn)的顆粒具有極窄的尺寸分布。這些膠囊也可以使用 B-395 Pro 的反應(yīng)容器在無菌條件下生產(chǎn)，用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的動物和干細胞的包埋。
許多研究表明，與藻酸鹽-聚L -賴氨酸膠囊系統(tǒng)相比，這些類型的膠囊系統(tǒng)功能更好，因為它們不會引發(fā)免疫反應(yīng)，并且形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
微膠囊造粒儀可以使用不同尺寸的噴嘴，硫酸纖維素膠囊尺寸可選擇在 400 - 2500 μm 范圍內(nèi)，膠囊尺寸也可以通過使用不同分子量的聚 DADMAC 來改變。
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參考文獻
Dautzenberg, H. et al. (1999). Development of cellulose sulphate-based polyelectrolyte complex microcapsules for medical applications, P. 46-63. In D. Hunkeler, et al., (Ed). Bioartifical Organs II: Technology, Medicine and Materials. New York Acad Sciences, New York (1999).
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