中國粉體網訊 微球(Microsphere)，顧名思義是在微米范圍內的小球形顆粒(1-1000微米)。它們在醫學和生命科學領域具有各種應用，如藥物遞送、組織工程、生物傳感器、醫學成像等。本期文章將簡要介紹這些領域中微球的類型、性質、合成方法和應用。
微球的分類
微球可以根據其組成、結構和功能進行分類。一些常見的類型包括：
聚合物微球：這些微球由天然或合成聚合物制成，如明膠、藻酸鹽、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)和聚乙二醇(PEG)。它們可用于封裝藥物、蛋白質或DNA分子，以實現可控釋放或靶向給藥。
陶瓷微球：這些微球由無機材料制成，如羥基磷灰石(HA)、硅和磷酸鈣。它們可用于模擬骨組織的礦物相或增強支架的機械強度。
脂質微球：這些微球由脂質制成，如磷脂、膽固醇和甘油三酯。它們可以形成囊泡或乳劑，攜帶親水性或疏水性物質。它們還可以通過與細胞膜融合來傳遞基因或疫苗。
磁性微球：這些微球由磁性材料制成，如鐵、鈷和鎳等金屬氧化物。它們可以通過外部磁場進行操縱，用于生物分子的分離、濃縮或運輸。它們還可以用于磁共振成像(MRI)或熱療。
空心微球：這些微球具有空心核心和薄殼。它們比實心微球具有更高的比表面積、更低的密度以及更好的流動性。它們還可以用于裝載更多的藥物或對比劑，以增強輸送能力或成像。
微球的性質
微球的性質取決于多種因素，如微球的粒徑大小、形狀、表面電荷、孔隙度和生物降解性等。這些性質可以影響它們與生物系統間的相互作用以及在各種應用中所表現出來的性能。
粒徑大小
微球的大小可以影響它們的擴散、沉降、及生物分布等。較小的微球可以滲透到更深的組織和器官中，而較大的微球可以避免被網狀內皮系統(RES)清除。
顆粒形狀
微球的形狀會影響它們的包封、流動以及機械穩定性。球形微球可以具有更高的包裝密度和更低的摩擦系數，而不規則形狀的微球可以具有更高的表面積和更好的附著力。
表面電荷
微球的表面電荷決定著它們與生物分子和細胞的靜電相互作用。正電荷微球可以結合負電荷的細胞膜或DNA分子，而負電荷微球可以排斥它們。中性微球可以與生物成分相互作用最小。
孔隙度
微球的孔隙度容易影響其藥物載荷能力、釋放速率和降解速率。多孔微球可以容納比非多孔微球更多的藥物或生物分子。然而，多孔微球也可以比非多孔微球更快地釋放其內容物并更快地降解。
生物降解性
微球的生物降解性可以影響其生物相容性和從體內消除。生物降解微球可以被酶或水解分解成無害產物，而非生物降解微球可以在體內長時間存在。生物降解微球在藥物遞送和組織工程應用中更受歡迎。
微球的合成方法
微球的合成方法有很多種，具有不同的特性和功能。一些常見的方法包括：
1、噴霧干燥法：這是一種通過將液體溶液或懸浮液霧化成細小液滴并在熱風中干燥來制備固體或空心微球的方法。這種方法簡單、快速且可擴展。它可以用于封裝藥物、蛋白質或DNA分子以實現可控釋放或靶向給藥。
2、乳液聚合法：這是一種通過將單體分散在連續的水相中，并在存在表面活性劑的情況下使用水溶性或油溶性引發劑引發聚合反應來制備聚合物微球的方法。這種方法可以產生均勻且穩定的微球，具有高產率和低成本。它還可以在聚合反應期間或之后將藥物或生物分子摻入微球中。
3、溶膠-凝膠法：這是一種通過水解和縮合金屬醇鹽或硝酸鹽在溶劑中形成膠體懸浮液或凝膠，然后干燥和煅燒凝膠來制備陶瓷微球的方法。這種方法可以產生多孔且生物相容的微球，具有可控的大小和形狀。它還可以用于用功能基團或生物分子修飾微球的表面。
4、擠出法：這是一種通過將脂質溶液或懸浮液在高壓下通過一個小噴嘴擠入水相中，形成凝固的液滴來制備脂質微球的方法。這種方法可以產生球形且光滑的微球，具有窄的粒徑分布和高包封效率。它還可以通過改變脂質類型、濃度和溫度來改變脂質微球的組成和性質。
5、共沉淀法：這是一種通過混合金屬鹽溶液和堿溶液，形成不溶的金屬氫氧化物沉淀成細小顆粒，然后涂覆顆粒以獲得聚合物或表面活性劑的方法來制備磁性微球的方法。這種方法可以產生具有高磁化和穩定性的磁性微球。
現在也衍生出新的技術來制備微球，如微流控法，感興趣的朋友可以自行了解。
微球的部分應用
本文開頭提到微球在醫學和生命科學領域有著較多應用，下面簡單羅列、介紹幾個：
藥物遞送：微球可用于將藥物輸送到體內的特定部位，如腫瘤、感染或發炎組織。它們還可以控制藥物的釋放速率和持續時間，提高藥物的療效并減少其副作用。例如，PLGA微球可以通過穿過血腦屏障將抗癌藥物輸送到腦腫瘤。脂質微球可以通過口服將胰島素輸送到糖尿病患者。磁性微球可以將藥物輸送到肝腫瘤。
組織工程：微球可以用于創建支持細胞或組織生長和分化的支架或基質。它們還可以提供機械、化學和生物線索，以調節細胞行為和功能。例如，HA微球可用于創建具有骨傳導和骨誘導性質的骨組織支架。海藻酸鹽微球可用于包裹干細胞或生長因子以促進軟骨組織再生。空心微球可用于創建輕質和疏松的支架，以進行軟組織工程。
生物傳感器：微球可以用于增強檢測生物分子或病原體的生物傳感器的靈敏度和特異性。它們還可以放大信號或改變生物傳感器的顏色。例如，聚合物微球可用于將抗體或酶固定在生物傳感器表面上進行免疫分析或酶分析。陶瓷微球可用于創建光學生物傳感器，當受到分析物刺激時，它們會改變其折射率或熒光。磁性微球可用于分離和濃縮生物分子或病原體以供生物傳感器檢測。
成像：微球可用于提高組織或器官結構或功能成像技術的對比度和分辨率。它們還可以在體內標記或追蹤細胞或藥物。例如，脂質微球可作為超聲對比劑，增強聲波的聲散射。空心微球可作為X射線對比劑，增加X射線的衰減。磁性微球可作為MRI對比劑，改變水分子磁共振的弛豫。
結 論
微球是一種多功能、多用途的粒子，在醫學和生命科學中具有多種應用。相關人員可通過改變其類型、性質、合成方法和使用方式，針對不同的需求和目的進行定制。與傳統的材料或方法相比，微球具有許多優點，如更高的效率、更低的毒性、更好的生物相容性和更易于操作。然而，它們也帶來了一些挑戰，如潛在的免疫原性、聚集、降解、清除等問題。因此，需要進一步的研究和開發，以優化它們的設計和性能，并確保其安全性和有效性。
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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