可用作为微反应器的人工细胞制备研究文献综述

 2022-11-03 22:10:36
  1. 文献综述（或调研报告）：

关于微胶囊技术的研究进展

微胶囊是指一种由天然或者合成的高分子制备而成的的微型容器或包装物，直径一般为1到1000微米。微胶囊技术的研究开始于二十世纪 30 年代，由美国大西洋海岸渔业公司提出的制备鱼肝油微胶囊的方法。1954年美国NCR公司的Green采用复凝聚法成功制备出了含油的明胶微胶囊, 并用于制备无碳复写纸。50 年代末到 60 年代，人们开始研究把合成高分子的聚合方法应用于微胶囊的制备， 70 年代微胶囊制备技术的工艺日益成熟，应用范围也逐渐扩大。80 年代以来，微胶囊技术研究取得更大的进展，开发了粒径在纳米范围的纳米胶囊。

  1. 微胶囊及其制备方法

微胶囊有多种分类方法:从芯材看, 可分为单核和复核微胶囊;从壁材结构看, 可分为单层膜和多层膜微胶囊;从壁材组成看, 可分为无机膜和有机膜微胶囊;从透过性看, 又可分为不透和半透微胶囊, 半透微胶囊通常称为缓释微胶囊

微胶囊的制备方法有许多种，常规的制备方法有复凝聚法、单凝聚法、界面聚合法、原位聚合法、锐孔-凝固浴法、喷雾干燥法、空气悬浮法、沸腾床涂布法、离心挤压法、旋转悬挂分离法等。随着技术的发展，有许多新的制备方法被开发出来，如分子包埋法、微通道乳化法、超临界流体快速膨胀法、酵母微胶囊法、层-层自组装法、模板法、超微胶囊技术、膜乳化法，微流控法等。

以下简单介绍两种不同的微胶囊制备方法：

微流控法通过尺寸均匀的微通道,用加压的方法将分散相 (例如油)压向连续相(例如水)中 ,在界面张力作用下,分散相形成尺寸均匀的液滴分散到连续相中 ,形成乳状液。微流控法根据所使用的通道的不同还可以分为台阶式微通道乳化装置，T型垂直交错微通道乳化装置，流动聚焦微通道乳化装置等。通过控制通道尺寸，两相流速等因素，这种方法可以高效率的制备所需要大小的微型囊泡。Marian Weiss等人提出了一种高通量微流体方法来生成稳定的，指定大小的脂质体，称为“液滴稳定的巨单层囊泡（dsGUVs）”。dsGUV的增强的稳定性使得能够通过微流体皮克注射技术将这些区室连续加载生物分子，构成了一个成功的自下而上组装隔间。组装后，除去稳定油相和液滴壳以将功能性自支撑原始细胞释放到水相中，使它们能够与生理学相关的基质相互作用。从而模拟作为人工细胞来模拟某些生理过程。

层-层自组装法是利用逐层交替沉积的方法, 借助各层分子间的弱相互作用(如静电引力、氢键、配位键等),使层与层自发地缔合形成结构完整、性能稳定、具有某种特定功能的分子聚集体或超分子结构的过程。Joanna Szafraniec等人开发了一种无表面活性剂的制备使用两亲性接枝聚电解质在液芯上模板化的纳米胶囊的方法。通过逐层方法，使用沉积的聚电解质形成多层壳，进一步提高了纳米胶囊的长期稳定性。获得的胶囊可用作疏水性荧光探针的有效纳米容器。

  1. 微胶囊技术的应用

微胶囊有保护物质免受环境条件的影响，控制芯材释放, 降低毒性, 改变物质的性质或性能, 延长挥发性物质储存的时间,将不可混合的化合物隔离，易于降解等功能，因此在广大领域上有着应用。

由于其良好的生物相容性，微胶囊在医学领域已经在细胞和酶的固定化，微生物和动植物细胞的大规模培养，药物控制释放、抗癌药物筛选，蛋白质等物质的分离等领域获得了广泛的应用。其中应用的一个实例是人工细胞的制备。由于微胶囊的区室化作用，囊泡也可以有利地用于增强作为反应器的化学反应和生物合成或产生原始细胞。例如，通过简单地划分它们可以实现不相容的反应在不同的区室内进行。细胞也可以被描述为高度进化的微反应器，其包封许多纳米反应器（细胞器）。构建简化的人工细胞是一个日益扩大的研究领域，因为它有助于了解基本的生物活动过程，并为从自我调节生物反应器到新的生物医学设备以及未来治疗应用提供新的独特的前景。最终目标是充分利用模型来理解细胞过程，以便我们可以用功能性人工细胞替代自然活细胞。

微胶囊技术在阻燃剂领域也有着应用，例如研究表示经过三聚氰胺甲醛树脂包覆的双层微胶囊阻燃剂在基体中分布更均匀,团聚现象较少,表现出更佳的分散性。同时双层微胶囊阻燃剂对于基体机械性能影响程度较小,和基体的相容性更好。双层微胶囊在PVC浆料中对其黏度影响程度最小,不会大幅度增加PVC浆料黏度,对生产加工工艺的影响较小,增加了后期应用范围。

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