微流控电喷雾技术制备不同金属离子交联海藻酸钠微球-北京永康乐业科技发展有限公司

微球是一种微米级球形微粒，可通过物理封装或吸附于聚合物表面及内部以实现药物的负载与缓释。在生物医学领域，水凝胶微球因其能够降低给药频率、减少副作用和提高患者依从性，而成为药物载体研究的焦点。

海藻酸钠（ALG）是一种天然线性多糖，其分子主链由β-D-甘露糖醛酸（M单元）和α-L-古洛糖醛酸（G单元）通过1→4糖苷键交替连接构成。每个结构单元中含有两个羟基基团，具有典型的醇羟基特性。ALG分子链上的游离羧基能够与二价或多价金属离子（如Ca²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺）发生离子交联反应，形成具有三维网络结构的水凝胶。基于ALG的离子交联特性，可通过微流控电喷雾技术等简易工艺高效制备水凝胶微球，其中金属离子与羧基的结合强度直接影响微球的交联密度与功能特性。

近期，浙江树人大学邵韵渊、Shuxuan Ye等人与温州医科大学附属第三医院研究人员合作，利用微流控电喷雾技术成功制备了不同金属离子交联的海藻酸钠水凝胶微球。该研究不仅详细介绍了微球的制备方法，还深入探讨了其抗菌性能、药物缓释能力和生物相容性，为靶向药物递送系统的开发提供了新的思路和方法。相关研究以“Preparation of Cross-Linked Sodium Alginate Microspheres with Different Metal Ions Using the Microfluidic Electrospray Technology”为题目，发表在期刊《Journal of Visualized Experiments》上。

本文要点：

1、本研究采用微流控电喷雾技术制备不同金属离子（Ca²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺）交联的海藻酸钠水凝胶微球（ALGMS）。通过精确控制微流控参数和电场电压，获得了尺寸均一、分散性良好的水凝胶微球。

2、实验表明，Cu²⁺和Zn²⁺交联微球（Cu-ALGMS、Zn-ALGMS）因金属离子的协同抗菌作用，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出显著抑菌效果；以牛血清蛋白为模型药物的缓释测试显示，Fe³⁺交联微球释放速率较快，而Ca²⁺和Zn²⁺交联微球缓释能力更优，可能与金属离子与海藻酸盐的交联强度差异有关。

3、溶血实验和细胞活性测试证实所制备的微球具有良好的血液相容性和生物安全性。

4、该技术通过调节金属离子种类和工艺参数，可定制多功能微球，为靶向药物递送系统的开发提供了高效可控的制备策略。

不同金属离子（Ca²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺）交联对海藻酸盐水凝胶微球的结构与功能有何影响？

1、结构影响

Ca²⁺：通过经典的“蛋盒模型”（Egg-box model）与ALG的G单元结合，形成均匀的三维网络结构，孔隙率较高。
Fe³⁺：三价离子的高电荷密度使其与ALG羧基结合位点更多，交联密度显著增加，形成更致密的网络结构，但可能导致局部不均。
Cu²⁺/Zn²⁺：二价离子因离子半径和配位能力差异，交联位点分布不同。例如，Zn²⁺交联的微球表面呈现褶皱形貌（SEM显示Zn-ALGMS表面粗糙），而Cu²⁺交联的微球表面较为光滑。

2、功能影响

药物缓释：Ca²⁺和Zn²⁺交联的微球因交联网络稳定，药物释放缓慢（48小时释放率<50%），而Fe³⁺交联的微球因高交联密度导致初期突释（24小时释放率≈70%）。Cu²⁺微球的释放速率介于两者之间。
抗菌性能：Cu²⁺和Zn²⁺微球因金属离子的固有抗菌活性（如Cu²⁺破坏细菌膜、Zn²⁺干扰代谢），对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率显著高于其他组（抑菌率>80%）。
生物相容性：所有微球溶血率均低于5%，细胞存活率>90%，但Fe³⁺微球潜在的氧化应激风险需进一步验证。