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微膠囊概念
微膠囊是指由天然或人工合成高分子材料作為外壁材料制成的微型容器 （直徑一般在2-1000μm）。微膠囊技術是指將成膜材料作為殼物質，把固體、液體或氣體包覆成微小顆粒的技術，形成的核殼結構使微膠囊具有保護性、阻隔性，殼內的芯材物質既不會受到外界環境侵入的影響，同時又不會向外界逸出。
02
微膠囊組成
微膠囊通常由壁材和芯材組成，被包裹在微膠囊內的物質稱為芯材，芯材可以是液體或固體。包覆在外層的成膜材料稱為壁材，可以是天然或合成的高分子化合物，也可以是小分子無機化合物。其結構示意圖如圖所示，其主要形態可分為單核、多核、雙殼、多核無定形以及復合型。
幾種微膠囊常見的結構示意圖
單核微膠囊：指連續的芯材被連續的壁材包埋形成的微膠囊
多殼微膠囊：指連續的芯材被雙層或多層連續的壁材包埋形成的微膠囊。
多核微膠囊：指芯材被分割成若幹部分，嵌在壁材的連續相中，包括多核、多核無定形及絮集成簇等多種結構。
無定形微膠囊：指不規則或非球形的膠囊，包埋的粒子可以是單核、多核或固體顆粒。
復合微膠囊：指用連續的壁材包埋多個微膠囊，即對已形成的微膠囊進行二次包埋得到的微膠囊。
◼芯材
芯材是由單一的物質，也可以由幾種物質混合組成，是包裹在微膠囊內部的物質。大多數情況下，芯材功能的發揮必須從壁材中釋放才能夠實現。芯材的釋放分為瞬時釋放和緩慢釋放。瞬時釋放是指壁材在摩擦、變形、機械破碎等外力作用下發生破裂，或受熱後熔化。緩慢釋放是指芯材通過壁材的溶解、降解或囊壁的擴散而釋放。芯材從微膠囊中釋放的規律一般遵循零級或一級反應速率方程。
◼壁材
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微膠囊應用
1. 醫藥領域的應用
經微膠囊化的藥物苦澀感大大降低，且相比於普通藥物，微膠囊化藥物可降低自身的毒副作用，提高穩定性，減少藥劑使用量。其中微膠囊的緩釋功能是決定微膠囊藥物能否發揮作用的關鍵。
2. 食品領域的應用
很多食品添加劑和營養素類物質易被氧化發生變質，通過微膠囊技術可以將這些敏感成分作為芯材保護在壁材內，便於運輸和儲存。因此，微膠囊技術在食品領域得到瞭廣泛應用。
3. 塗料領域的應用
利用微膠囊的核殼結構可以改變塗料的結構組成，從而提高塗料的應用性能。
4. 液晶領域的應用
液晶微膠囊化是一種通過微膠囊將液晶固定在成膜材料中以拓寬液晶應用范圍的技術，其具有生產成本低、工藝簡單、易於大批量制備的優點，在動態濾波器、信息存儲、光通訊、安全防偽領域中有廣闊的應用前景。
04
微膠囊釋放機制
由於微膠囊壁材和芯材類型的不同，芯材的釋放動態主要取決於其本身在介質中的溶解性、溶劑的擴散能力、聚合物的溶脹、壁材的降解以及外界因素，如觸碰、光、 pH 等的影響。微膠囊釋放機制主要包括以下 4 種：擴散-控制釋放、溶解-控制釋放、降解-控制釋放和刺激-控制釋。
◼ 擴散釋放
擴散釋放是一種常見的釋放方式之一，一般采用界面聚合法和原位聚合法制備的微膠囊的釋放機制主要為擴散控制釋放。
◼溶解釋放
溶解釋放過程屬於一種物理化學過程。在此釋放機制中，當聚合物囊壁在釋放介質中可溶時，芯材的釋放速率由聚合物囊壁的溶解速率決定，囊壁厚度越大，囊壁在釋放介質中的溶解度越小，芯材釋放越慢。
◼ 囊壁侵蝕-降解控制釋放
聚乳酸或乳酸與羥基乙酸聚合物的降解產物無毒且可回收，是目前最常見的可降解微膠囊壁材。
◼ 刺激-控制釋放
刺激-控制釋放微膠囊在功能性芯材中應用較廣泛。目前有多種刺激途徑可以用於芯材的釋放。觸發誘導釋放的刺激因子主要有化學、生物、光、熱、磁和電等。
05
微膠囊制備
微膠囊的制備涉及到高分子化學、材料化學、膠體化學、分散幹燥技術等多個學科領域，具體的制備方法還需結合所從事的專業領域知識。據統計，目前有200多種微膠囊化方法。根據微膠囊的性質和形成機理，可分為物理法、化學法和物理化學法。
下圖為各類制備方法和制備方法的適用范圍及優缺點。
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ATS微膠囊包埋機應用
具體應用可見往期文章：
維生素A納米乳制備—-ATS納米乳均質機的應用ATS復雜制劑研究丨脂質體化妝品包埋
ATS微膠囊包埋機丨沙棘微膠囊制備
乳狀液粒徑對於噴霧幹燥後微膠囊水分含量、堆密度、粒徑沒有顯著影響，但對於微膠囊的包埋率和儲藏穩定性均有明顯影響。當乳狀液粒徑大於300nm時，隨著乳狀液粒徑的減小，噴霧幹燥後微膠囊包埋率越高；粒徑和堆密度相對小；微膠囊表面越光滑，結構越致密；微膠囊經過常溫和加速儲藏後復溶的乳狀液粒徑變化也越小；油滴發生遷移合並的速度也越慢；儲藏過程中表面油增加速度也越緩慢，儲藏穩定性越好。
微膠囊優勢：
1. 改善芯材的抗氧化性能：很多芯材通常含有不飽和脂肪酸， 易於被空氣中的氧氣氧化， 通過微囊包埋，可以減少氧氣與油脂的直接接觸，防止被氧化。
2. 改善芯材的物理性質：可以將油性的芯材物質經微囊化後，變成固體粉末，有利於後續在食品中添加等應用。
3. 屏蔽不良氣味和味道：有些芯材通常有一些不良味道，通過微膠囊的包埋，可以屏蔽芯材的不良味道，改善風味。
4.提高物質的穩定性：芯材因氧化而變得不穩定，通過微囊包埋，可以提高芯材的抗氧化性能及其穩定性。
5.控制釋放，促進口服吸收：將芯材包埋進微囊中，可以通過微囊的優化設計，控制芯材的釋放性能，並提高口服後的腸道吸收。
07
總結
微膠囊技術在多個領域中都具有潛力，未來市場發展前景廣闊。隨著科技創新和消費者需求的不斷增長，這一技術將繼續發揮重要作用，提供創新的解決方案，改進產品性能，並促進可持續發展。
