基于紧耦合强化两相流混合的超临界CO2抗溶剂制备纳米营养素

研究超临界CO2抗溶剂（SAS）制备纳米颗粒的基础理论，确立旨在提高生物利用度的纳米营养素的SAS新方法。在线实时捕获两相流混合微观过程图像，研究喷嘴结构和两流体混合方式对喷射液体流体力学性质的影响，构建紧耦合喷嘴; 进行溶剂、营养素、超临界CO2三元和溶剂、营养素、聚合物、超临界CO2拟三元体系的相平衡测定和模型构建,为预测溶液饱和度、密度、混合物的临界点等理化性质与温度、压力的变化关系提供科学依据；从均匀结晶原理和Maxwell-Stefan传质方程出发，分别对混合物临界点以下和临界点以上区域进行SAS过程的传质机理、晶核形成和生长机理研究，为通过过程参数预测晶核形成和生长提供理论基础；研究过程参数对目标产物的粒径、粒径分布、形貌以及收率、包埋率和载药量等的影响，探明SAS过程参数对目标物粒径大小、分布和形貌影响的规律，为确定放大评价标准提供理论依据；进行纳米营养素性能研究。

对超临界CO2抗溶剂制备纳米颗粒进行了实验和基础理论研究，进行了一系列的营养素纳米化和包埋的实验研究和机理探索，采用多种表征手段（如XRD、SEM、TEM、DSC、TGA、UV、IR、HPLC以及GC-MS）对目标物的形貌、结构、结晶度、溶解速率、稳定性、包封率、载药量等进行了表征。采用CFD模拟计算分析了不同喷嘴结构的超临界CO2与溶液的混合过程，建立了混合流场分布，探索了两相流混合位置对混合流场分布的影响规律，确定了多相流混合方式，为超临界CO2抗溶剂过程的喷嘴结构设计以及改善流体混合，强化传质方式提供了理论基础；构建了液体通道喷嘴端的位置相对CO2通道的位置可以调节的两流体混合结构以及同轴三流道喷嘴结构；自行设计建立了高压相平衡装置，并研究了三种体系的三元相平衡，采用PR方程拟合了部分实验数据，构建了相平衡模型，丰富了相平衡数据，为设计超临界CO2抗溶剂法制备纳米材料提供了理论基础；研究了超声强化超临界CO2抗溶剂法的传质过程，构建了超声波与喷嘴耦合强化流体传质雾化的喷嘴结构，探索了强化两相流传质混合的机理,分别以β-胡萝卜素和沙利度胺为纳米化的模型物，建立了超声波辅助的超临界CO2抗溶剂制备纳米颗粒的新方法新工艺；采用超临界CO2抗溶剂分别研究了了叶黄素/玉米蛋白复合纳米粒以及胰岛素/羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯复合纳米粒的制备；提出了超临界CO2抗溶剂方法制备脂质体前体的新方法并进行了深入研究，建立了超临界CO2抗溶剂法制备脂质体前体，然后水化前体制备脂质体的新工艺；分别以PC和HPC为基材，以辅酶Q10、维生素D3和叶黄素为三类活性模型物，洞悉了过程参数对脂质体前体载药量、结构和形貌的影响规律，建立了脂质体前体制备的绿色新工艺；动物体内抗氧化活性评价表明，叶黄素脂质体前体具有良好的抗氧化生理活性，呈现明显的剂量依赖性。通过本项目的研究，丰富了超临界CO2抗溶剂制备纳米颗粒的基础理论，构建了强化超临界CO2与溶液传质混合的喷嘴结构和混合方式，阐释了超临界CO2抗溶剂过程参数对目标物粒径大小、分布、形貌、结构以及收率等的影响规律，为超临界CO2抗溶剂制备纳米活性物的喷嘴结构设计和流体混合方式及其规模化应用提供了实验数据和理论依据。