周 游，马文澳，赵 位，喻 东，杨 威，姚学萍，罗 燕

（四川农业大学动物医学院 611130）

微胶囊技术（Microcapsule technology）是指用一种或多种高分子材料制成壁壳包裹某种物质，制成微小粒子的一门技术。 微胶囊在常态下通常为固态的球形结构，分为外壳和内芯，组成外壳的物质称为壁材，组成内芯的物质称为芯材[1]。 微胶囊可以隔绝外界不良环境（过高的pH、温度、消化酶），改变物体内在性质（屏蔽气味、毒性、颜色），控制物质的释放时间等作用。 它已广泛应用于生物医药、化工、食品、农业等领域。 微胶囊技术作为疫苗生产的一种方法，具有稳定性、可控性、混合性等多种优点，可以广泛应用于口服、鼻用、或肠外给药[3]，目前已成为新型疫苗技术的研究热点[4]。 本文综述了疫苗微胶囊化的壁材选择，疫苗微胶囊化的主要方法，微胶囊口服疫苗的优点及效果评价的指标，为疫苗微胶囊化的深入研究提供参考。

1 壁材

微胶囊的壁材主要分为三种：天然高分子材料、半合成高分子材料、全合成高分子材料。 天然高分子材料通常有碳水化合物（如壳聚糖、果胶、海藻酸钠等）、蛋白质（如明胶、白蛋白、大豆蛋白等）、脂类（如油脂、硬脂酸、卵磷脂等）。 半合成高分子材料主要是各类纤维素衍生物（如甲基纤维素、乙基纤维素、一羧甲基纤维素等）、变性淀粉、氢化油脂等。 全合成高分子材料主要包括不可降解材料与可降解材料， 其中可降解吸收材料 （聚氨基酸、聚甲基丙烯酸甲酯等）在食品、疫苗等领域得到了广泛利用。

2 壁材的选择

壁材的选择与微胶囊的性质息息相关，决定了微胶囊的机械强度、缓释性、降解性等[5]。 如天然高分子材料具有无毒成膜性好的特点，常常作为蛋白质、微生物、多糖类的微胶囊化。 因此，在选择不同种类的高分子材料作为壁材时，应考虑以下几点：壁材本身的性质（如渗透性、稳定性、机械强度等）；壁材与芯材的生物相容性；壁材对制备方法的影响；壁材为无毒，可降解的高分子材料；壁材的来源广泛且价格低廉。

但在实际生产中，一种高分子材料很难满足以上条件，因此往往使用多种材料联合制成壁材包裹抗原，如海藻酸钠-壳聚糖微胶囊、聚丙交酯-乙醇酰胺微胶囊[7]等。

3 疫苗微胶囊化的方法

由于芯材、壁材的不同选择，所需的成囊条件也不尽相同，制备工艺较为繁多，但大致分为物理、物理化学、化学三大类。

3.1 物理法

3.1.1 喷雾干燥法 将芯材分散至壁材溶液，经喷雾器雾化成小液滴后进行热交换使壁材溶剂蒸发凝固成囊。 用喷雾干燥法制微胶囊时，受壁材的选择、芯壁比、乳化工艺、喷雾方式、进风温度等多种因素的影响， 制得的微胶囊粒径一般为10～300μm，甚至更大。 产品多为球形的单个颗粒或不规则的聚集体[8]。

3.1.2 超临界流体法 超临界流体法所用工艺与喷雾干燥法相近，只是超临界流体代替了喷雾干燥工艺中所用的水，常用超临界CO2代替。 一般采用两种方法形成微粒：超临界溶液的快速膨胀；超临界反溶剂结晶路线[9]。 该方法相比于喷雾干燥法，形成的包囊更为均一，芯材释放时间更长。

3.2 化学法

3.2.1 锐孔-凝固浴法 以可溶聚合物为壁材，并在其溶液中加入活性物质， 将分散液通过锐孔装置加在另一液体中凝固得到微胶囊。 该方法固化反应进行非常快，需在向含有芯材的聚合物溶液加入固化剂之前预先成球形。 且因锐孔大小的不同，粒径往往有较大差异，通常为毫米级微胶囊[10]。

3.2.2 界面聚合法 将芯材乳化或分散在一个溶有壁材的连续相中，然后单体经聚合反应在芯材表面形成微胶囊。 该方法主要受搅拌、杂质、表面活性剂、温度等因素的影响。

3.3 物理化学法

3.3.1 单凝聚法 芯材分散至以一种高分子材料作为壁材的水溶液中，加入凝聚剂降低壁材与水的溶解度，壁材凝聚沉淀成囊。

3.3.2 复合凝聚法 用两种或两种以上带有相反电荷的高分子材料作壁材，将芯材分散在壁材溶液中，在适当条件下，相反电荷的高分子材料发生静电作用凝聚成囊。 pH 值和浓度的大小主要影响成囊的效果，且当材料的相反电荷相等时，才能达到最大产率。

3.3.3 复相乳液法 将芯材分散至壁材溶液中， 后除去连续相中的溶剂成囊。 该方法适用于活性材料的微胶囊化，且包埋过程中不会引起活性成分的变性。 微胶囊粒径的大小主要受初始液体的粘度、搅拌速率和温度等因素的影响。

4 疫苗微胶囊化的优点

4.1 传统兽用疫苗的特点

目前的传统兽用疫苗主要分为灭活疫苗和减毒活疫苗[11]。兽用疫苗在制作工艺、使用方法、使用途径等方面存在多种问题[12]。如：（1）注射灭活疫苗或死疫苗的免疫期短，需多次接种免疫，应激反应强烈。 尤其是一些水产动物接种时，伤口不易长好，容易造成二次感染[13]。 （2）灭活疫苗主要引发体液免疫，难以诱导机体产生细胞免疫。（3）注射或口服活疫苗的抗原易被体内的不良环境破坏，降低其活性，且缺乏缓释功能，需多次接种才能达到预想疗效，导致费用增高，免疫效率降低等问题。（4）活疫苗在保存、运输、使用中都需冷藏保存，容易因保存条件不当导致免疫失效。 （5）活疫苗注射后，由于患者的自身传播性质可能导致减毒苗的毒性恢复或增加，引起机体炎症反应[14]。

4.2 疫苗微胶囊化的特点

4.2.1 稳定性

将疫苗制成微胶囊后，由于外界壁材的保护，可以避免不良环境（光照、pH、酶等）对疫苗品质的破坏[15]。

4.2.2 缓释性

在机体或外环境中，微胶囊包裹的抗原将持续地缓冲式释放，使机体产生长久高效的抗体。这种性质与微胶囊的孔径大小有关，通过调节孔径大小，可以人为控制抗原的释放速度或释放地点。 应用不同壁材的物理、化学特性，可以人为地使微胶囊在一定的环境刺激下的三维构象发生改变，从而改变孔径大小，控制释放速度，以达到缓释控释的目的。Chu[16]等人制得的对Ba2+敏感的微胶囊在溶液中的释放速度快，但在BaCl2条件下，芯材的释放速度明显下降。 除此之外， 还存在一些对温度、pH、 电场、Ca2+等刺激产生反应的微胶囊。这些环境刺激反应微胶囊可以在一定条件下控制释放或减缓释放芯材， 提高机体对该物质的吸收利用。

4.2.3 粘附性

生物粘附给药系统 (bioadhesive drug delivery system,BDDS）指具有粘附性的高分子材料作为药物载体与胃肠道粘膜液层/上皮细胞相互作用，延长药物滞留时间，进入接触处的黏膜上皮进入循环系统。壳聚糖作为一种阳离子生物聚合物，可与带负电的聚合物结合， 靶向性地给药到胃肠道上部[17]。Mukhopadhyay P 等人发现， 微球及纳米制剂可以显著延长在胃肠道的滞留时间，延长药物作用时间，提高生物利用率[18]。

4.2.4 靶向性

某些高分子材料因有独特的理化性质， 能够抵抗不适环境，直到到达给药部位才会缓释。 如海藻酸钠[19]具有良好的抗酸性，故常用于胃肠道的给药。 除此之外，Zebli[20]等人构建了磁性靶向微胶囊，通过在局部创建磁场梯度，令带有磁性的微粒被大量吸附在该区域，以提高细胞对胶囊的吸收。

4.2.5 免疫反应

微胶囊口服疫苗主要在肠道降解和淋巴组织的低吸收。 当微胶囊疫苗的粒径≤10μm 时，易向肠集合淋巴结（PP）迁移，并被特殊肠上皮细胞-M 细胞摄取转运至深层肠集合淋巴结；粒径≤5μm 时，微胶囊口服疫苗易被巨噬细胞吞噬，抗原被转移至系统淋巴组织，诱导机体产生系统免疫反应；粒径＞5μm 时，抗原会滞留于富含B 细胞的肠集合淋巴结，使B 细胞致敏，从而引起黏膜分泌sIgA[21]。

4.2.6 降低联苗的拮抗作用

传统兽用疫苗联合接种时，不同种苗可能会在机体内产生拮抗作用，降低免疫效应。用微胶囊技术将两种或两种以上的疫苗分别用不同壁材处理后混合制成联苗，由于壁材选择的不同，打开释放抗原的时间和速度也不相同， 可以大大降低不同疫苗的拮抗作用，增强机体的免疫反应[22]。

5 疫苗微胶囊化效果的评价指标

5.1 Zeta 电位

Zeta 电位指连续相与附着在分散粒子上的流体稳定层之间的电势差，是表征胶体分散系稳定性的重要指标[23]。 Freitas 等[24]利用Zeta 电位探究了纳米脂质体在光与温度下的稳定性。 在外电场的作用下，微胶囊颗粒因表面电荷的不同，会向极性相反的电极移动， 通过显微镜观察粒子的迁移速度即可得到Zeta 电位[25]。

5.2 包埋率

包埋率指芯材被包埋后与微胶囊产品中总的芯材含量之比。 在微胶囊化过程中，部分芯材未能被完全包埋，留于表面，容易被体内的不良环境破坏其活性。 包埋率是衡量微胶囊效率的重要指标，受壁材选择、制作工艺等多种因素影响[26]。

5.3 保留率

在一定条件下贮存一段时间后，微胶囊所包裹芯材含量与初始微胶囊中芯材的含量之比称为芯材保留率。 它反映了微胶囊对芯材的保护作用，是评价微胶囊质量的重要指标。 在微胶囊口服疫苗的应用中， 表现疫苗经过胃液最终到达肠道被吸收并产生作用的含量高低。 通常采用体外试验模拟体内环境，测定抗原释放模型及缓释能力。

5.4 粒径大小

由于制作方法、壁材选择的不同，微胶囊的大小与结构差异往往较大。 球形微胶囊的直径就是粒径，非球形微胶囊的粒径即为等效球体的直径表示。 大量实验表明，粒径≥10μm 的微胶囊疫苗诱导机体产生的sIgA 抗体滴度明显小于粒径＜10μm 的微胶囊疫苗。 而王继鳞等人用聚乳酸/聚乙醇酸共聚微球作为破伤风疫苗载体，发现不同粒径微球混合后免疫大鼠，能够进一步提高免疫效应[27]。

5.5 缓释速度

一般认为芯材从微胶囊向外释放的过程包括3 个步骤，第一步是水进入微胶囊，第二部是芯材溶于水中，第三部是芯材从高浓度水溶液透过囊壁扩散到低浓度水相中。 在此过程中，有多种因素（囊壁厚度、孔径大小、芯材性质等）决定了芯材释放到外界的速度。 在肠溶性口服疫苗中， 通过人工控制疫苗的释放速率，可以长期稳定地刺激机体产生高效抗体[28]。但也有研究表明，生物可降解微球进入体内后，高酸性微环境快速形成，将聚酯微球内pH 值降低至3 以下导致壁壳加速腐蚀， 令抗原提前释放，降低缓释效率[29]。

5.6 膨胀指数

膨胀指数指微胶囊吸收水分的参数，其导致孔道形成并加速芯材移出胶囊，预先判断了微胶囊的药物释放特性[30]。 有研究表明，口服给药后，被困在聚合物系统中的蛋白质的水合作用可能会延长释放时间[31]。

5.7 黏附性能

微胶囊由于壁材选择的不同，往往呈现带电性。 因此微胶囊在机体的吸收过程中， 可以与黏膜上带电的蛋白质产生静电作用，粘附于黏膜表面，从而增加单位面积内的微胶囊浓度，延长药物的作用时间。 Dhawan 等人发现带正电的壳聚糖可以与肠黏膜表面带负电的糖蛋白相互吸引产生分子引力， 这种结合过程主要是黏膜黏液层与黏附聚合物相互作用的结果， 取决于壳聚糖制作工艺的不同[32]。

6 结语

微胶囊疫苗相比于传统兽用疫苗拥有多种优点，不仅延长了免疫的时间，而且增强了免疫的效果，有望在未来成为兽用疫苗的主要制作方法。 但微胶囊疫苗的免疫效果受壁材与芯材相容性、制作工艺的影响，且疫苗在动物消化道分解、释放、吸收的机制也有待深入研究。 随着微胶囊技术逐步地发展与完善，微胶囊疫苗将拥有更加广阔的前景。