单分散载气栓塞微球及其制备方法

本发明属于生物医药，涉及栓塞微球及其制备工艺，具体涉及一种单分散载气栓塞微球及其制备方法。

背景技术：

1、实体瘤发展到中晚期，往往手术不可切除，栓塞治疗成为了一种可供选择的姑息治疗方法，栓塞治疗是指通过微创手术将栓塞材料注入肿瘤附近的血管中以阻断肿瘤的血供。相较于普通的化疗或放疗，栓塞治疗可减少副作用，提高患者依从性，提高治疗效率。

2、可用于栓塞治疗的栓塞材料有很多，早期有明胶海绵颗粒、碘化油等，随着材料的发展和进步，微球由于其球形独有的流动性成为了栓塞材料的首要选择。微球中常用的栓塞材料包括聚乙烯醇(pva)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)、海藻酸钙以及壳聚糖等，这些材料具有良好的生物相容性，材料无毒、价格低廉、来源丰富，因而在生物医学领域得到了广泛的应用。目前，这些材料所制备得到的微球只能用作实体栓塞或者化疗栓塞。最近有研究表明，氮气等气体对肿瘤具有较好的抑制作用，且氮气能够在肿瘤附近血管形成气栓，更好地阻断血流，达到杀死肿瘤的目的。现有技术对于载气微球的研究主要集中在如何将气体载入微球中，并研究其稳定性，仅有极少数研究实现了载气微球的固化。例如，有研究采用玻璃微流控装置，以二氧化碳为气相、以水为水相、以硅油为油相，通过流体剪切力形成了油包水包气乳液，但此方法制备得到的乳液无法交联，只能以乳液状的形式存在。也有研究采用pdms微流控装置，以空气为气相、以乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(etpta)为油相，以水溶液为水相，通过紫外交联聚合，制备得到了载气微球，但该方法采用的etpta的生物相容性较差，无法用作栓塞材料。

3、微流控液滴形成技术可在微流控通道内实现气泡和液滴的生成与操作，在微流控芯片上生成的气泡和液滴单分散性好，利用该技术有望改善载气微球的单分散性。目前，使用微流控技术制备载气微球时，在制备出均匀的气泡和液滴后，大多数还是光聚合来进行交联，但是，其交联得到的载气微球具有较大的生物毒性，同时存在着交联条件极为苛刻、气体包封率较低等问题，不适合用于栓塞治疗。

4、lu(stabilization of carbon dioxide(co2)bubbles in micrometer-diameteraqueous droplets and the formation of hollow microparticles.rochesterinstitute of technology，2016.)使用微流控方法生成油中水中二氧化碳双乳液滴，并在分散有双乳液滴水相中存在十二烷基硫酸钠(sds)、聚乙烯醇(pva)和/或氧化石墨烯(go)颗粒的存在下进行蒸发。研究了气泡与液滴尺寸比、pva和氧化石墨烯浓度在水蒸发时对co2气泡稳定中的作用，发现在优化条件下可以获得具有包裹co2气泡的薄壳颗粒。但此研究也只停留在乳液阶段，无法实现载气乳液的固化。

5、因此，若能以现有以微流控技术为基础，提出一种新的载气栓塞微球制备方法，在保证其球形度、载气量的同时实现载气乳液的固化，并实现载气栓塞微球快速连续无毒制备，对于载气栓塞微球的发展和在临床中更好地应用将产生积极的意义。

技术实现思路

1、针对现有载气栓塞微球的单分散性不好、无法固化，以及在制备时需采用有毒叫来年纪等问题，本发明提供了一种单分散载气栓塞微球及其制备方法，以在实现载气栓塞微球快速连续无毒制备的同时提高载气栓塞微球的单分散性。

2、为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种单分散载气栓塞微球，该载气栓塞微球由聚合物外壳、包裹内聚合物外壳中的油相以及分散于聚合物外壳中的气核组成，所述聚合物外壳的材质为生物相容性的聚酰胺，所述油相为生物相容性的油相，该载气栓塞微球的粒径变异系数不超过5％。

4、上述单分散载气栓塞微球的技术方案中，所述聚合物外壳由对苯二甲酰氯与二元胺聚合反应形成。进一步地，所述二元胺可以为乙二胺或其他二元胺，例如，所述聚合物外壳为对苯二甲酰氯与乙二胺聚合反应形成的对苯二甲酰乙二胺。

5、上述单分散载气栓塞微球的技术方案中，所述气核的材料可以为氧气、二氧化碳、空气、氮气等，其中，氮气对栓塞治疗的效果更好，因此，优选的气核的材料为氮气。

6、上述单分散载气栓塞微球的技术方案中，所述生物相容性的油相为食用植物油，例如大豆油、花生油、橄榄油等。

7、上述单分散载气栓塞微球的技术方案中，该载气栓塞微球的粒径可根据实际应用需求进行确定，通常，该载气栓塞微球的粒径在200～700μm之间。

8、上述单分散载气栓塞微球的技术方案中，该载气栓塞微球中的气核数量至少为1个，该载气栓塞微球中通常可以包含1～5个气核。一般而言，当气核数量为1个时，该载气栓塞微球呈球形，随着气核数量的增加，该载气栓塞微球会呈现出类似于球形的形状，例如，随着气核数量的增加，该载气栓塞微球会由球形逐渐变为椭球形。

9、本发明还提供了上述单分散载气栓塞微球的制备方法，包括以下步骤：

10、(1)配制油相、水相流体和收集液

11、配制油相流体：将对苯二甲酰氯和油溶性表面活性剂溶解于食用植物油中，得到油相流体；油相流体中，对苯二甲酰氯、油溶性表面活性剂与食用植物油的质量比为(0.01～0.1):(0.01～0.1):1；

12、配制水相流体：将聚乙烯醇溶解于水中，得到水相流体；水相流体中，水与聚乙烯醇的质量比为1:(0.02～0.01)；

13、配制收集液：将二元胺和聚乙烯醇溶解于水中，得到收集液；收集液中，水、聚乙烯醇与二元胺的质量比为1:(0.02～0.1):(0.05～0.1)；

14、(2)制备载气栓塞微球

15、将气相流通过恒压泵输入微流体装置的一级注射管中，将油相流体输入微流体装置的二级注射管中，将水相流体输入微流体装置的三级注射管中，将收集液输入微流体装置的四级注射管中，在三级注射管中形成单分散的水包油包气乳液，该水包油包气乳液在四级注射管中接触收集液，在收集液中二元胺的作用下，引发水包油包气乳液液滴的油相中的对苯二甲酰氯与收集液中的二元胺发生面聚合反应，经过充分的界面聚合反应后，单分散水包油包气乳液即转变为单分散载气栓塞微球；

16、(3)洗涤

17、用水洗涤去除单分散载气栓塞为微球表面的收集液，即得。

18、上述单分散载气栓塞微球的制备方法的步骤(2)中，通常可控制气相流体的压力为90～180mbar，控制油相流体的流量为100～1000μl/h，控制水相流体的流量为0.9～2.5ml/h。通过调整气相流体、油相流体和水相流体的流量，可以调整载气栓塞微球的尺寸、气核数量以及气核尺寸。

19、上述单分散载气栓塞微球的制备方法的步骤(2)中，控制界面聚合反应的时间至少为5s。具体的界面聚合反应的时间可根据载气栓塞微球的直径以及对载气栓塞微球的强度等要求进行调控，通常控制界面聚合反应的时间不超过60min。

20、上述单分散载气栓塞微球的制备方法的步骤(2)中，当水包油包气乳液在四级注射管中经过给界面聚合反应固化后，可以采用盛有收集液的容器收集从微流体装置的四级注射管末端输出产物，让固化后的水包油包气乳液在盛装有收集液的容器中继续发生界面聚合物反应，以调控所得载气栓塞微球的力学性能。

21、上述单分散载气栓塞微球的制备方法中，在满足上述限定的水相流体、油相流体和收集液组成，以及水相流体和油相流体的流量的基础上，通过调节气相流体的压力、界面聚合反应的时间，可以调节载气栓塞微球的力学性能。

22、上述单分散载气栓塞微球的制备方法中，所述油溶性表面活性剂可以为聚异丁烯双丁二酰亚胺(t154)、聚蓖麻酸甘油酯、油酸二乙醇酰胺、span20、span40、span60、span80或tween85。

23、上述单分散载气栓塞微球的制备方法中，所述食用植物油包括大豆油、花生油以及橄榄油中的至少一种。

24、上述单分散载气栓塞微球的制备方法中，在配制水相流体时，将聚乙烯醇加入水中，加热至95～98℃溶解聚乙烯醇，即得水相流体。

25、上述单分散载气栓塞微球的制备方法中，在配制油相流体时，将对苯二甲酰氯和油溶性表面活性剂加入食用植物油中并搅拌至溶解，即得油相流体，油相流体最好是现配现用。

26、上述单分散载气栓塞微球的制备方法的步骤(2)中，所采用的微流体装置为三级微流体装置，该微流体装置包括一级注射管、二级注射管、三级注射管和四级注射管，一级注射管的末端与二级注射管的首端相互衔接，二级注射管的末端与三级注射管的首端相互衔接，三级注射管的末端与四级注射管的首端相互衔接，一级注射管、二级注射管、三级注射管和四级注射管的轴线位于同一直线上。

27、进一步地，上述单分散载气栓塞微球的制备方法的步骤(2)中，所采用的微流体装置中，二级注射管的尺寸大于或等于一级注射管的尺寸，三级注射管的尺寸比二级注射管的尺寸更大，四级注射管的尺寸大于或等于三级注射管的尺寸。

28、进一步地，上述单分散载气栓塞微球的制备方法的步骤(2)中，所采用的微流体装置的一级注射管的首端为气相入口，二级注射管首端的两侧设有两个油相入口，三级注射管首端的两侧设有水相入口，四级注射管首端的两侧设有两个收集液入口。

29、上述单分散载气栓塞微球的制备方法的步骤(2)中，所采用的微流体装置的通道尺寸均在微米级，例如通道尺寸可以在50～500μm的范围内。

30、上述单分散载气栓塞微球的制备方法的步骤(2)中，将所述微流体装置与注射泵配合使用，即可实现各相流体流量的控制。

31、本发明中，单分散载气栓塞微球的形成机理如下：

32、本发明以被载气体(例如氮气)作为气相流体，以含有对苯二甲酰氯和油溶性表面活性剂的食用植物油(例如大豆油)溶液作为油相流体，以聚乙烯醇的水溶液作为水相流体，将气相流体、油相流体和水相流体输入微流体装置的一级、二级和三级注射管中，在微流体装置的三级注射管中形成单分散的水包油包气乳液，同时，将收集液输入微流体装置的四级注射管中，在三级注射管中形成的水包油包气乳液作为模板，改模板进入四级注射管中与收集液接触。由于收集液是将二元胺溶解于聚乙烯醇水溶液中形成的，溶解于聚乙烯醇水溶液中的二元胺可在水包油包气乳液液滴的油水界面处与油相中的对苯二甲酰氯发生界面聚合反应，反应过程如图1所示。由于收集液与水相流体都是以聚乙烯醇水溶液为基础配制得到的，因而收集液中的二元胺可以直接接触到水包油包气乳液液滴的油相中的对苯二甲酰氯，二者接触后即可快速引发界面聚合反应，最终将单分散的水包油包气乳液固化转变成单分散载气栓塞微球。

33、与现有技术相比，本发明的技术方案产生了以下有益的技术效果：

34、1.本发明以微流控技术为基础提出了一种单分散载气栓塞微球及其制备方法，提供了单分散水包油包气栓塞微球的制备方法，通过在微流体装置中利用收集液中的二元胺与水包油包气乳液中的单体进行界面聚合反应实现了载气乳液的固化，有效解决了现有技术利用微流控技术制备的载气乳液难以甚至无法实现固化的问题，同时，本发明制备的载气微球的聚合物外壳以及其中包载的油相和气核是生物相容性的，可以解决现有技术依赖于光交交联技术对载气乳液进行固化制备的载气微球具有较大生物毒性的问题。

35、2.本发明所述方法提供的单分散载气栓塞微球的制备工艺简单，生产成本低，反应速度快，可实现连续生产，有利于实现批量化生产。同时，该方法制备的载气栓塞微球的尺寸均一可控，通过调节各相流体的流量和气相流体压力，可以灵活调控载气微球和气核的尺寸。通过改变水油相界面聚合反应的时间，可调节载气栓塞微球的力学性能，具有可调可控性好的特点。

36、3.本发明所述方法在制备载气栓塞微球时，以对苯二甲酰氯和二元胺反应生成聚合物外壳，聚合物外壳包裹住食用植物油和气核，食用植物油本身不发生交联反应，因而载气栓塞微球中的油相能够很好的保护气核不被排出。

37、4.本发明提供的单分散水包油包气栓塞微球，是以食用植物油为基础制备得到的，因为没有交联食用植物油本身，也不存在反应时向内收缩挤压气体以致其排出等问题，并且制备得到的载气栓塞微球强度较好。同时，本发明提供的载气栓塞微球的形貌均一，单分散性好。以上这些特点是现有的载气微球难以同时达到的，可解决现有载气微球无法交联固化和尺寸不均一的问题，有利于推进载气栓塞微球在临床实践中更好地的应用，提高栓塞治疗的安全性。