近日，四川大學褚良銀教授所帶領的膜科學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。化工學院2014級博士生牟川淋為該論文第一作者，化工學院褚良銀教授和汪偉副教授為論文通訊作者。

能夠根據(jù)環(huán)境條件變化實現(xiàn)藥物按需釋放的響應型功能微囊在藥物傳送、自愈合以及微型反應等諸多領域具有重要的作用。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等生物醫(yī)藥領域的性能。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，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器系統(tǒng)的設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

本文轉(zhuǎn)自：四川大學-焦點新聞