一种基于静电液滴成型的全尺寸凝胶栓塞微球及其精准制备方法

本发明涉及生物医用材料与介入医疗器械领域，具体涉及一种基于静电液滴成型的全尺寸凝胶栓塞微球及其精准制备方法。

背景技术：

1、经导管动脉栓塞术（tae）是治疗肝脏肿瘤等富血供实体瘤的重要微创介入手段，其基本原理是将栓塞材料输送至肿瘤供血动脉，阻断血流及营养供应，从而抑制肿瘤生长。栓塞微球因粒径可调、形状规则、可随血流到达靶血管等特点，已成为临床常用栓塞材料。由于病灶大小和血管内径存在差异，临床通常需要100~300μm、300~500μm、500~700μm、700~900μm等多种粒径规格的微球。

2、目前，栓塞微球的制备方法主要包括微流控法、乳化交联法和静电法等。微流控法可获得尺寸均一的微球，但设备复杂、产率低，不利于放大生产。乳化交联法工艺成熟，但需使用油相、表面活性剂和化学交联剂，存在粒径分布宽、有机溶剂残留及后处理繁琐等问题。静电法设备相对简单、粒径可调，但是现有静电法制备微球过程中，液滴形成模式受电场力、表面张力及流量等因素共同影响。电流体动力学研究表明，当施加电压较低时，针尖液体形成稳定悬垂液滴，液滴以离散方式逐个脱落，体系处于液滴模式（dripping mode）；随着电压升高，体系逐渐进入脉动锥喷模式（pulsating cone-jet mode）；进一步提高电压后形成稳定泰勒锥及连续细射流，进入锥喷模式（cone-jet mode），即典型静电喷雾状态。在喷雾状态下射流变得极不稳定，液滴或大或小，粒径分布增宽，难以直接获得临床所需尺寸规格的栓塞微球，通常需进行后续分筛处理，导致产品得率降低和批次差异增大。

3、为获得粒径分布较窄的各粒径尺寸规格微球，需调控电压、推进速度、溶液浓度及组分配比，使电喷液形成离散的较大液滴而非雾化，此类方法即本发明中采用的静电液滴法。

4、在材料方面，壳聚糖（cs）和丝素蛋白（sf）等天然高分子因生物相容性和可降解性受到关注。但天然高分子溶液流变行为复杂，成球过程受多因素影响，所得微球在粒径、球形度和批次稳定性方面易出现波动。现有利用静电法制备天然高分子微球的研究，多集中于特定粒径区间的可行性验证，缺乏在同一材料体系和工艺平台下稳定获得100μm以上全尺寸范围栓塞微球的系统方案，且多数方法依赖经验调参，难以实现尺寸的精准设计和标准化制备。

5、例如，《中国新药杂志》2011年报道的去甲斑蝥素壳聚糖-丝素蛋白栓塞微球，采用乳化-交联固化法（液体石蜡为油相、span-80为乳化剂、戊二醛为交联剂），平均粒径仅约184μm。2025年《纺织学报》报道的丝素/壳聚糖/明胶栓塞微球采用离子凝胶法与乳化交联法联用，通过正交试验优化获得200~400μm和550~750μm区间的工艺条件，但仍属于有限离散参数的优化，无法实现100~1000μm全尺寸范围的连续精准调控。

6、因此，本领域仍需一种适用于天然高分子复合体系、采用受控静电液滴成型、能够实现100~1000μm全尺寸精准制备、工艺绿色简便且批次稳定的栓塞微球制备方法。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、本发明提供一种基于静电液滴成型的全尺寸凝胶栓塞微球，该微球在生理湿态下为具有弹性的凝胶球，由凝胶基质和功能交联剂构成。凝胶基质由壳聚糖（cs）与再生丝素蛋白（sf）物理共混并相互缠结形成的三维网络构成。功能交联剂为茶多酚（gtp），均匀分散并键合于cs/sf凝胶网络之中。

3、优选的，壳聚糖（cs）采用脱乙酰度≥85%的医用级壳聚糖粉末，其分子链上丰富的氨基在酸性溶液中质子化带正电。再生丝素蛋白（sf）由蚕丝脱胶、溶解、透析后获得的水溶液，其分子链含有酰胺键、羟基和羧基。茶多酚（gtp）优选表没食子儿茶素没食子酸酯（egcg）含量高的绿茶多酚，其酚羟基与cs的氨基、sf的酰胺键和羟基之间可形成多重氢键网络；同时，在弱碱性凝固浴中，gtp可被部分氧化为醌类活性中间体，与cs的氨基发生迈克尔加成或席夫碱反应，形成动态共价键。

4、进一步的，所述微球的湿态直径可在100μm至1000μm之间调控，能够覆盖临床常用规格区间，微球球形度良好，表面光滑或呈现均匀皱褶，在湿态下具备弹性与抗压缩能力，可在体内通过酶解和水解作用逐步降解。

5、本发明所述栓塞微球的制备方法，核心在于结合材料特异性设计与工艺定量模型化的静电液滴-凝固浴成型技术。

6、首先，配制均一的cs/sf/gtp前驱体溶液，然后采用静电液滴法使溶液形成离散的、尺寸可控的液滴。

7、优选地，静电液滴成型过程控制于液滴模式工作窗口内，所述工作窗口由施加电压与推进速度共同决定。

8、在本发明的cs/sf/gtp体系中，当推进速度为1～8ml/h、施加电压为10～21kv时，针尖处形成稳定悬垂液滴，液滴以离散方式逐个脱落进入凝固浴，不形成连续细射流，从而保持液滴模式（dripping mode）。

9、当推进速度增大至8ml/h以上时，即使施加电压处于20kv左右，体系仍可能形成连续射流并进入脉动锥喷模式或锥喷模式（cone-jet mode），导致液滴雾化、粒径分布增宽以及产品得率下降。

10、因此，本发明通过协同控制施加电压与推进速度，使体系稳定工作于液滴模式窗口内，实现100～1000μm范围内栓塞微球的精准制备。

11、进一步的，液滴滴入碱性凝固浴中，cs因ph值升高去质子化而沉淀，同时gtp与cs、sf的相互作用被激活和固定，从而凝胶化形成固态微球。

12、通过预先建立的粒径逆向设计响应模型，将目标微球尺寸转化为工艺参数。

13、具体步骤包括前驱体溶液配制、基于模型的参数设计、静电液滴成型与凝固、后处理。

14、针对所述cs/sf/gtp体系，通过系统性实验建立了微球平均粒径与施加电压、壳聚糖浓度、壳聚糖与丝素质量比之间的定量数学关系，该关系呈现为线性形式。

15、优选的，模型i为多元线性回归模型，模型ii和模型iii为固定配比下的简化回归模型。

16、模型i（多元线性模型）：微球平均粒径（μm）与施加电压（kv），前驱体中壳聚糖浓度（% w/v），壳聚糖与丝素质量比之间的关系由如下回归方程定量描述：

17、（r2=0.873,p<0.001,n=50）

18、该模型决定系数r²=0.873，显著性水平p<0.001，表明模型高度显著，具有良好的预测能力。

19、在实际生产前，根据所需的目标粒径，利用此模型反推计算得到对应的电压、壳聚糖浓度、壳聚糖与丝素质量比。

20、模型ii（固定配比下的简化模型）：

21、选定壳聚糖与丝素质量比为4:1时，回归方程为

22、（r2=0.95,p<0.001,n=25）

23、模型iii（固定配比下的简化模型）：

24、选定壳聚糖与丝素质量比为5:1时，回归方程为

25、（r2=0.919,p<0.001,n=25）

26、在静电液滴成型步骤中，采用平头针，设置适当推进速度和电压，使溶液形成稳定悬垂液滴，并以离散液滴形式滴落。

27、优选的，凝固浴含有三聚磷酸钠和无水乙醇。

28、各技术手段共同作用，确保溶液具有适宜粘度，精确控制液滴生成，实现微球尺寸的精准设计。

29、优选的，还可将茶多酚部分或全部替换为其他多酚类天然交联剂，如单宁酸、没食子酸、原花青素等。

30、本发明取得了以下有益效果：

31、首先，本发明通过将静电成型过程控制于液滴模式（dripping mode）工作区间，避免进入锥喷雾化状态，使液滴生成过程保持稳定，液滴尺寸与施加电压、壳聚糖浓度及cs质量比等工艺参数之间能够建立稳定的函数关系。在此基础上，通过建立多元线性回归模型及固定配比下的简化回归模型，实现了微球平均粒径与施加电压、壳聚糖浓度及cs:sf质量比之间的定量对应关系，从而解决了现有方法依赖经验试错、批次一致性差的问题，提高了制备过程的可重复性和标准化程度；与传统静电喷雾法相比，本发明无需后续筛分即可直接获得目标粒径范围的微球，提高了产品得率和尺寸一致性，实现了100～1000μm范围内栓塞微球的精准设计与制备。

32、其次，采用茶多酚作为绿色交联剂，替代传统有毒化学交联剂，通过多重氢键和动态共价作用增强了cs/sf网络的交联密度，有效改善了纯壳聚糖微球的脆性以及纯丝素蛋白难以单独成球的不足，从而赋予微球良好的力学性能和结构稳定性。

33、此外，本发明整个制备过程在水相体系中完成，避免了大量有机溶剂和有毒试剂的使用，工艺条件温和、操作简便、后处理简单，易于放大生产。本发明为天然高分子栓塞微球提供了兼具全尺寸精准可控、力学性能优良、生物相容性好及绿色环保特点的制备技术，为经导管动脉栓塞术的临床应用提供了可靠的材料和技术支撑。