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电喷雾法制备聚合物微粒:实验参数的影响

期刊综述    2021-09-18 15:25

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研究背景

➣由于其在制药、陶瓷、化妆品和食品工业中的重要性,一些研究人员已经研究了形貌和大小受控的微粒子(MPs)。

➣电喷雾(ES)技术是开发具有不同尺寸,多层和不同形态的单个颗粒的可行选择。

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几种常用的电喷雾微粒子合成技术的对比。

 

主要内容

1. 本文重点强调了如何优化不同的实验参数,如聚合物溶剂,电压,流量(FR),集热器类型,集热器和针尖之间的距离。

2. 描述了这些参数中的每一个对聚合物MP的设计和制造的影响和贡献。另外,讨论了用于此目的的ES系统的最常见配置。

3.重点介绍所采用的收集器的主要类型,合成MP的类型及其在制药和生物医学领域的特殊应用。

 

电喷雾

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图1. (a)电喷雾(ES)过程演示图。(b)静电纺丝(ESP)技术过程演示图。

➣在ES技术中,主要方面在于发射器出口处的液体流动的变形,在针尖的情况下,由于EHDA的相互作用,获得了锥形结构(泰勒锥)。

➣基本区别是所用聚合物的浓度和分子量,当使用高浓度的聚合物时,有形成纱线的趋势(图1b),而较低的聚合物浓度有形成颗粒的趋势。

 

配置类型

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图2.用于生产MP的ES技术的各种配置。

➣最简单的设置如图2a所示,包括连接到毛细管的注射泵,毛细管再连接到高压源和收集MPs的管汇。这种简单的设置只需要几件设备和设备,因此,是一个有吸引力和便宜的选择。

➣对于图2a,d,e中的所有设置,注射器的尖端直接连接到针头或特富龙管,而针头或特氟龙管又连接到不锈钢针头和具有不同厚度的毛细管。

 

针的型号

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图3 ES技术中各种针的代表数字:(a)单针,(b)同轴针,(c)三轴针。

➣使用单孔针的技术称为MES或常规ES,它由单个针组成(图3a)。

➣同轴针有内针和外针,如图3b所示,该技术称为CES。这种方法通常用于设计可封装填充物的聚合MPs,例如,蛋白质、活酵母细胞和药物。

➣如图3c所示,三轴ES技术(TES)使用三根针:外部针、中心针和内部针。该技术最近也被用于设计多层粒子,用于利用单步同轴三针TES技术制备磁性聚合物蛋黄壳粒子(YSPs)。

➣三轴针装置(图3c)可以形成3层粒子,这与CES和MES方法不同。此外,TES允许创建更多的针配置和更高的毛细血管数量,这是一个有四个同轴针。

 

微粒设计过程中影响ES的实验参数

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图4 不同参数对ES性能和MP大小的影响

➣图4a说明了聚合物的浓度将如何影响结果ES处理并生成低聚合物浓度(充分稀释的溶液)的产品。

➣在图4b中,溶剂挥发性的重要性得到了证明,挥发性的增加导致了蒸发速率的增加,因此,获得更小的颗粒。

➣图4c显示了溶剂电导率增加对ES技术和颗粒形态的影响。随着电导率的增加,蒸发速率增加,从而导致颗粒粒径变小。

➣外加电压对MPs的形貌、平均直径和均匀性有显著影响。电压的增加也导致了溶剂蒸发的增加(图4e)。

 

ES制造的微粒种类及其应用

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图5 由ES技术生成的不同类型的MPs

➣在施加电荷的情况下,电荷在MP中分配,如图5f所示。 当使用CES方法时,根据设置的不同,可以获得双层MP,其负载位于MP内部(图5g)。 此外,也可能产生囊泡(图5i)。

➣ES也可以产生脂质体(图5j),用于药物传递系统。

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图6 MP在人类中的应用示例。