基于剑麻纤维素纳米晶须的皮克林乳液稳定机理研究及药物复合微球的构建

Pickering emulsion in which the droplets are stabilized by solid particles has been greatly attended because of its special advantage of the fabrication of microcapsules or microspheres, superstructure particles, porous materials and so on. The researches on Pickering emulsion stabilized by spherical particles have been extensively focused on.However,it is worth to further research on the stabilization mechanism of Pickering emulsion based on nonspherical particles and its application for building functional micro/nanomaterials. Based on the biocompatibility, biodegradability, the acicular structure and surface property of sisal cellulose nanowhiskers(SCNW), its stabilization on Pickering emulsion is explored in this project. We emphasize the research on the effect of control factors, such as dispersed systerm of SCNW, aspect ratio and quantity of SCNW, surface polyelectrolyte modification of SCNW, ionic strength and pH value in water phase, type of oil phase, volume ratio of oil and water and so on, on the type, stability， stucture and appearance of the obtained Pickering emulsion. At the same time, the stabilization mechanism of Pickering emulsion stabilized by nonspherical particles can be explored. We further build biocompatible and biodegradable SCNW/polymer composite microsphere loaded drug by evaporation of solvent in the droplet formed.The release behavior and mechanism of composite microsheres are researched.Our works can lay the foundation of theoretical research and application of Pickering emulsion based on nonspherical particles.

由固体粒子稳定的皮克林乳液在微胶囊或微球、超结构粒子、多孔材料等制备方面具有独特的优势而备受关注。目前人们对球形粒子稳定的皮克林乳液已进行了大量的研究，而非球形粒子对皮克林乳液的稳定机理及其在功能性微纳米材料构建中的应用则值得进一步深入研究。本项目基于剑麻纤维素纳米晶须（SCNW）的生物相容性和生物降解性、以及其特有的针状结构和表面性能，探索其在皮克林乳液中的稳定作用，重点研究SCNW的分散体系、SCNW的用量以及长径比、SCNW的表面聚电解质改性、水相的离子强度和pH值、油相种类以及油水相体积比等因素对所形成的皮克林乳液的类型、稳定性、结构和形貌的影响，揭示非球形的针状粒子稳定皮克林乳液的稳定机理；进一步结合溶剂挥发法来构筑具有生物相容性、生物降解性的SCNW/聚合物药物复合微球，考察复合微球的药物释放行为并揭示其释放机理。本项目有望为非球形粒子稳定的皮克林乳液的理论研究和应用奠定基础。

由固体粒子稳定的皮克林乳液在微胶囊或微球、超结构粒子、多孔材料等制备方面具有独特的优势而备受关注。本项目从剑麻纤维素纳米晶（SCNW）和剑麻纤维素纳米纤（SCNF）的制备着手，基于其良好的生物相容性和降解性以及特有的针状结构，研究其用量、水相pH值、油相种类、油水相体积比以及乳化超声时间等控制因素对形成的Pickering乳液的稳定性、结构和形貌的影响。结果表明较亲水的有机溶剂较容易被SCNW稳定形成油/水型的Pickering乳液，而通过降低水相的pH值，更多较疏水的有机溶剂可被SCNW稳定来形成乳液。乳液一旦形成，随着水分散液中SCNW浓度和水油两相体积比不断增大，乳滴粒径逐渐减小，且粒径分布也逐渐变窄；而超声乳化时间对乳滴粒径大小没有影响。进一步在乳滴内中引入具有生物相容性和降解性的聚合物和模拟药物，结合溶剂挥发法构筑了PMMA@SCNW和PLA@SCNW复合微球、装载姜黄素的PMMA@SCNW药物复合微球。结果表明随着油相中聚合物浓度的提高、SCNW用量的增大所得乳液乳滴的粒径逐渐减小，但对最终所得微球的粒径影响不大。所得微球的药物装载效率可达68%，且其在体外模拟释放中具有良好的控释效果；在体外模拟降解实验中发现其于37oC下在pH为7.4的缓冲溶液中20天时失重量达8%。同时，我们还利用NaYF4:Yb/Er稀土纳米粒子和SCNF来共稳定Pickering乳液，并制备了多功能的PMMA@SCNF-NaYF4:Yb/Er载药复合微球。结果表明，当SCNF与NaYF4:Yb/Er纳米粒子在水相中的浓度分别为0.1%和0.05%，水油体积比为3:1时，可形成稳定的乳液，得到的复合微球形貌规整具有明显的核壳结构，且其在980nm波长光的激发下发出绿色荧光，具有上转换发光性能。另外，还利用SCNF制备过程中所得到的羧甲基纤维素 (CMC)与八氨丙基齐聚倍半硅氧烷（POSS-NH2）纳米粒子首次构筑了基于物理作用而形成的POSS/CMC杂化水凝胶以及聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)/POSS/CMC杂化双网络水凝胶，此双网络水凝胶具有良好的机械性能、溶胀性能和温度敏感性。本研究为剑麻纳米纤维素稳定的Pickering乳液奠定了一定的理论研究基础，为Pickering乳液技术的应用和剑麻纤维、剑麻纳米纤维素的进一步开发利用提供可行的依据。