导读：
水凝胶微球因其粒径小、生物相容性和良好的内部稳定性而在药物递送领域脱颖而出。近期，上海大学马立团队采用微流控技术制备了pH敏感型海藻酸盐水凝胶微胶囊，用于小肠靶向药物递送，研究了流体流速和流态对水凝胶微球尺寸的影响，并评估了这些微胶囊的包封效率，及其在模拟胃液和肠液中的膨胀行为和药物释放特性。相关研究以“Preparation of pH-sensitive alginate-based hydrogel by microfluidic technology for intestinal targeting drug delivery”为题目，发表在期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上。
本文要点：
1、本研究通过微流控技术制备了一种pH敏感型海藻酸盐水凝胶微胶囊，用于小肠靶向药物递送。
2、通过分析流速和三个破碎阶段（瑞利-普拉托不稳定性破碎阶段、压力差破碎阶段和剪切力破碎阶段）对水凝胶微球尺寸的影响，确定了最佳控制阶段（剪切力破碎阶段）。基于此，提出了精确控制水凝胶微球尺寸的模型。
3、利用同轴双通道微流控芯片制备了负载吲哚美辛的单层水凝胶微胶囊，并通过改进的同轴三通道微流控芯片制备了负载吲哚美辛的核壳水凝胶微胶囊。
4、体外模拟释放实验表明，两种水凝胶微胶囊在模拟胃液中基本不释放，而在模拟肠液中，单层水凝胶微胶囊表现出快速释放，核壳水凝胶微胶囊表现出缓慢释放。
5、总之，海藻酸盐基水凝胶微胶囊具有良好的稳定性和pH敏感性，适用于小肠靶向药物递送。
使用海藻酸盐基水凝胶进行药物递送具有以下优势：
1、良好的生物相容性和无毒性：海藻酸盐是一种天然高分子材料，具有优异的生物相容性和低毒性，适合用于体内药物递送。
2、出色的pH敏感性：海藻酸盐水凝胶对pH值变化高度敏感，能够根据不同的pH环境（如胃液和肠液）有选择性地控制药物的释放，从而提高疗效并减少副作用。
3、稳定性和可降解性：这些水凝胶具有良好的化学和机械稳定性，同时也可在体内逐步降解，不会对人体造成长期影响。
4、低成本：海藻酸盐是一种廉价易得的天然材料，使得基于其制备的水凝胶在大规模生产中具有成本优势。
5、高效的药物封装：海藻酸盐水凝胶能够有效地包裹和保护药物，防止其在递送过程中过早释放。
综上所述，海藻酸盐基水凝胶在药物递送领域具有显著优势，特别适用于需要实现靶向递送和可控释放的应用场景。
微流控技术通过以下几种方式改善了水凝胶微囊的药物包封和释放特性：
1、提高水凝胶微球的分散性和尺寸均一性：微流控芯片能够快速、精确地制备出尺寸分布窄的水凝胶微球，克服了传统乳化法等制备方法中存在的分散性差和尺寸不均的问题。
2、精确控制药物负载：采用同轴微流控芯片设计，可以将药物精确地包封在水凝胶微球内部，避免了药物在递送过程中的过早释放。
3、增强稳定性和pH响应性：在水凝胶前驱体溶液中添加CaCO3粉末，使其能够在酸性环境中消耗H+，增强了水凝胶的稳定性，减少了药物在胃部的过早释放。
4、可调的药物释放动力学：采用同轴三通道微流控芯片制备的水凝胶微囊具有核壳结构，相比单层水凝胶微球能够实现更缓慢和持续的药物释放，从而更好地控制释药特性。
总之，微流控技术能够实现药物在水凝胶微球或微囊中的精确包封，并改善了分散性、pH响应性和药物释放特性，克服了传统水凝胶药物递送系统的局限性。
图1.（a）经过拉伸和抛光的毛细玻璃管。（b）三根黄铜丝定位玻璃管示意图。（c）两根玻璃管的安装示意图。（d）同轴双通道微流控芯片示意图。（e）设备连接示意图。
图2.（a）吲哚美辛标准溶液的吸收峰。（b）药物浓度与吸光度的标准曲线。
图3.（a）水凝胶交联过程示意图。（b）制备的水凝胶微球示意图。
图4.（a）水凝胶微球半径与离散相流速之间的关系（每条曲线代表不同的连续相流速），（b）水凝胶微球半径与连续相流速之间。
图5.a（i-iii）瑞利-普拉托不稳定性破碎阶段水凝胶微球的三个形成过程示意图。b（i-iii）压力差破碎阶段水凝胶微球的三个形成过程示意图。c（i-iii）剪切破碎阶段水凝胶微球的三个形成过程示意图。
图6.（a）水凝胶微球在剪切破碎阶段的受力分析示意图。（b）剪切应力破坏阶段连续相流速与水凝胶微球半径之间的关系示意图。
图7.（a）将药物与离散相溶液混合后制备的单层水凝胶微胶囊。（b）水凝胶微胶囊制备工艺示意图。（c）同轴三通道微流控芯片示意图。（d）核壳水凝胶微胶囊示意图。（e）干燥的单层水凝胶微胶囊。（f）干燥的核壳水凝胶微胶囊。
图8.流速比对包封效率的影响。
图9.单层水凝胶微胶囊在模拟胃液和模拟肠液中的药物释放行为。
图10.核壳水凝胶微胶囊在模拟胃液和模拟肠液中的药物释放行为。
图11.基于Korsmeyer-Peppas模型的药物释放机制分析。
图12.单层水凝胶微胶囊和核壳水凝胶微胶囊在氯化钙溶液中浸泡1至3小时的药物释放行为。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.127649
