生物高分子纳米微粒制造技术

本发明专利技术涉及一种制备生物高分子纳米微粒的方法，其中，生物高分子用剪切力进行增塑，并在加工过程中加入交联剂。在所说的加工之后，生物高分子可以溶于或分散于水性介质中，浓度４－４０ｗｔ％。所得到的纳米微粒的特征是平均粒径小于４００ｎｍ。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备纳米微粒的方法，即本专利技术涉及一种制备基本上由生物高分子如淀粉构成的微粒的方法。本专利技术也涉及由这样方法所制得的纳米微粒。US5,116,890中公开了基于淀粉乳液聚合物接枝的自交联胶乳。但这些胶乳需要使用不太希望的化学品，而且在许多场合下显得太过疏水。现在发现，通过用剪切力加工生物高分子并同时进行交联，也可以使生物高分子如淀粉和其它的多糖如纤维素和树胶以及蛋白质(例如明胶、乳清蛋白)形成纳米微粒。生物高分子可以预先进行改性，例如用阳离子基团、羧甲基基团、酰化、磷酸化、羟烷基化、氧化等进行改性。优选采用淀粉和含有至少50％淀粉的淀粉与其它(生物)高分子的混合物。在进行加工的时候，所说的生物高分子具有的干物质含量优选至少为50wt％，更优选至少为60wt％。按照本专利技术，用剪切力进行加工意味着机械处理，特别是在高剪切的条件下和较高的温度下(高于40℃，特别是高于60℃，但低于所说高分子的降解温度，可以高至如200℃，特别是高至140℃)进行挤出加工。剪切可以通过在每克生物高分子上施加至少100焦耳的比机械能(SME，specific mechanical energy)完成。与所用的机械加工设备有关，该最低机械能可能更高，而且当使用非明胶化的材料时，最低的SME可以更高，如至少为250焦耳/克，特别是至少为500焦耳/克。在较高的温度下可以方便地进行机械处理。对于淀粉来说，如果采用碱性介质或者使用预先明胶化的淀粉，所说的较高的温度可以缓和一些。在机械处理过程中，生物高分子在水性溶剂如水或水/醇混合物中的浓度较高，特别是至少为40wt％，更优选至少为50wt％。在高浓度下可以施加高压(如5至150巴)，以方便加工。除了水或水/醇混合物外，还可以有增塑剂，如多元醇(乙二醇、丙撑二醇、聚乙二醇、甘油、糖醇、脲、柠檬酸酯等)，其含量为生物高分子重量的5-40％。不过，水已起到增塑剂的作用。增塑剂的总量(即水和其它如甘油)优选为15-50％。也可以有润滑剂，如卵磷脂、磷脂或单酸甘油酯，其含量为0.5-2.5％。也可以有酸，优选固体或半固体的有机酸如马来酸、柠檬酸、草酸、乳酸、葡糖酸，或者有碳水化合物降解酶，如淀粉酶；其含量为生物高分子重量的0.01-5％。酸或酶有助于轻微的解聚，这种轻微的解聚被认为有利于形成一定大小的纳米微粒。本专利技术方法的一个基本步骤是在机械处理过程中进行交联。交联优选是可逆的，即在机械处理步骤之后，交联可以部分或全部地裂开。合适的可逆交联剂包括那些在较低的水浓度下能够形成化学键、而在较高的水浓度下可以解离或水解的交联剂。这种交联方式会使得在加工过程中具有暂时较高的粘度，而在加工之后粘度较低。可逆交联剂的实例有二醛和多醛、酸酐和混合酸酐(如琥珀酸和乙酸酐)等等，其中二醛和多醛可以可逆地形成半缩醛。合适的二醛和多醛是戊二醛、乙二醛、高碘酸氧化的碳水化合物等等。对于本专利技术的目的来说，乙二醛是特别合适的交联剂。这样的交联剂可以单独使用，或者以可逆交联剂的混合物形式使用，或者以可逆或非可逆交联剂的混合物形式使用。因而，常规的交联剂如表氯醇和其它环氧化物、三磷酸盐、二乙烯基砜可以用作多糖类生物高分子的非可逆交联剂，而二醛、硫醇类等可以用于蛋白质生物高分子。交联反应可以是酸催化的或碱催化的。相对于生物高分子来说，交联剂的含量通常为0.1-10wt％。交联剂可以在机械加工的开始时就已存在，但对于非明胶化的生物高分子如粒状淀粉来说，优选交联剂稍后加入，即在加工过程中加入。然后，将经过机械加工的、交联的生物高分子分散于适当的溶剂中，形成胶乳，溶剂通常为水和/或其它的羟基溶剂如醇，浓度为4wt％-50wt％，优选为10wt-40wt％。在分散之前，可以进行低温研磨，但温热搅拌也可达到同样好的效果。这种处理会得到一种凝胶，该凝胶会自发地或经水吸附诱导后分离成胶乳。这种粘度行为可以在应用微粒时得以利用，例如改进混合等。如果需要，可以使用上面所述的同样交联剂或其它交联剂，使分散的生物高分子进一步交联。本专利技术还涉及按照上面所述使生物高分子特别是淀粉增塑并进行交联所得到的挤出物。该挤出物的特征是，在水性溶剂中进行溶胀后，显示出粘度下降，并产生纳米微粒的分散液；所说的水性溶剂可以为水，或者为至少50％的水与可与之混溶的溶剂如醇的混合物。本专利技术还涉及由上面所说的挤出物所得到的纳米微粒。这种纳米微粒(以此或以分散液)的特征是微粒粒径较小、其稳定性、较窄的粒径分布及其粘度，其粒径一般小于400nm，优选小于200nm。其较窄的粒径分布尤其反映在其重均分子量与数均分子量的比值低于2(Mw/Mn＜2)。纳米微粒可以作为基体材料，例如在涂覆应用中如果希望有较高的干态固体含量，可以作为树脂。这样的基体材料可以是成膜材料(用于调节最低成膜温度)、增稠剂、或流变性调节剂、或粘结剂、或粘结剂添加剂(增粘剂)。作为增稠剂，它可以具有更高的粘度，例如高于150mPa。这样的纳米微粒或分散液因其防渗性能(对氧气等具有高防渗性，对于水等具有低防渗性)可以用作载体(例如色料、药剂、调料和香料等，特别是作为缓释剂)、用作脂肪替代品(由于其口感)、用于化妆品中(无变态反应原发性)、作为缓解皮肤紊乱、烧伤等的药剂。其进一步的应用实例包括用于造纸业和包装业(纸和纸板的表面处理、上光等)，或者用于农业和园艺(在茎块和其它植物艺术品上的防护层)，或者为了进行保护而作为可去除的或临时性的防护层。纳米微粒也可以作为医药上的赋形剂或载体，其中它们可以复合或共价键合到活性物质如缓释药物上。纳米微粒也可以加工成相对高密度的泡沫。 附图说明附图给出了实施例中所用的挤出机的两种螺杆构型。实施例1挤出在室温下于Bear Varimixer混合器中制备当地马铃薯淀粉(12.6kg，水分含量18％，Avebe)和甘油(2.4kg，占预混物的16wt％)的预混物，混合15分钟后得到均匀的预混物。用K-Tron K2M&85定容喂入器将上述预混物以8.4千克/小时的速率送入挤出机中(Berstorff ZE40自擦拭、共转动双螺杆挤出机，38D)。该挤出机有9个区，其可调节的温度分布为20-80-90-100-100-100-100-100-95℃。采用螺杆构型1(见图1)，螺杆速率设定在160rpm。用Prominent Meta HK20-12，5S活塞计量泵，以1.2千克/小时的流率向套筒的第5区内注入5％的乙二醛水溶液。其结果是相对于干态的淀粉来说，纯乙二醛的百分比为1％。挤出物通过五孔模(孔的直径为3mm)离开挤出机，随后粒化。胶乳制备(1)所得的粒子低温研磨、筛分得到小于150μm的颗粒。随后该粉末与水混合，粉末的量调节到最后分散液中所需的固态量。在室温下搅拌所得的混合物，得到浓凝胶。过一段时间后，该凝胶崩溃，形成低粘度均匀透明的浅褐色分散液。在室温下以55 s-1的剪切速率，用BrookfieldDV-III粘度计测量10w/w％分散液的粘度，结果为26mPa。用DLS(动态光散射)测定10w/w％分散液的颗粒直径，其值在10nm-500nm之间，计算的平均粒径为54nm。胶乳制备(2)所得的粒子低温研磨、筛分得到小于500μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备生物高分子的方法，其中，所说的生物高分子用剪切力进行加工而得以增塑，而且在加工过程中有交联剂的存在。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯库斯埃盖尼尔斯盖齐恩，雷米吉乌斯厄尼朱尔斯容博姆，赫尔曼法伊尔，科内利斯费斯泰戈特利布，阿里亚恩布尔斯马，
申请(专利权)人：ATO公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]