改性高嶺石穩(wěn)定W/O/W雙重Pickering乳液的制備

湯琪 甄博文 王明浩 郭虎 朱文鳳 謝襄漓

（1. 桂林理工大學材料科學與工程學院，廣西 桂林?541004; ???????2.?桂林理工大學化學與生物工程學院，廣西 桂林?541004）

摘 ?????要：雙重乳液是一種能滿足對親水親油特性不同的兩種藥物同時進行輸送的載體系統(tǒng)，但傳統(tǒng)乳液中表面活性劑的使用給環(huán)境造成的重危害問題使乳液的應用受到限制。以卵磷脂改性的高嶺石為乳化劑制備W/O/W雙重Pickering乳液，主要研究了改性劑用量、改性高嶺石特征、乳液體系的油水比等對雙重Pickering乳液穩(wěn)定性的影響。以接觸角為130°的改性高嶺石穩(wěn)定的內(nèi)相（W1/O），以接觸角為88°的改性高嶺石穩(wěn)定外相（O/W2），獲得了可以對兩種不同親水性特征藥物同時進行包封的W1/O/W2雙重Pickering乳液。

關(guān) ?鍵 ?詞：雙重Pickering乳液;高嶺石;改性;卵磷脂

中圖分類號：TQ039 ?????????文獻標識碼：?A ?????文章編號： 1671-0460（2019）11-2449-04

Preparation of W/O/W Double Pickering Emulsion

With Modified Kaolinite?as Emulsifier

TANG Qi¹，?ZHEN Bo-wen¹，?WANG Ming-hao¹，?GUO Hu¹，?ZHU Wen-feng¹，?XIE Xiang-li^2*

（1.College of Materials Science and Engineering， Guilin University of Technology， Guangxi Guilin 541004， China;

2.College of Chemistry and Bioengineering， Guilin University of Technology，?Guangxi?Guilin?541004， China）

Abstract： Double emulsion is a carrier system that can deliver hydrophilic and hydrophobic drugs simultaneously. But the use of surfactants in conventional emulsion has caused serious environmental hazards， which limits the application of traditional emulsions. In this study，kaolinite modified by lecithin was used as emulsifiers to prepare W/O/W double Pickering emulsions. The influence of lecithin content， modified kaolinite， oil-water ratio of emulsion on the stability?of double Pickering emulsions was studied in this work. The prepared W1/O/W2 double Pickering emulsion， whose?internal phase （W1/O） was stabilized with lipophilic kaolinite（ the contact angle of 130°）?and whose?external phase （O/W2） was stabilized with hydaophilic kaolinite （the contact angle of 88°） ， could simultaneously encapsulate two drugs with different hydrophilic and lipophilicity characteristics

Key words： Double Pickering emulsion; Kaolinite; Modification ; Lecithin

1??引 ?言

乳液是由一種液體以液滴（分散相）的形式分散于另一種液體（連續(xù)相）當中形成的均勻體系。乳液被用作藥物輸送的載體而廣泛應用于食品、藥品等行業(yè)^[1]。但是普通乳液在藥物輸送領域的應用是有限的，將藥物溶解在由水相組成的內(nèi)相中并被由油相組成的外相包裹而形成的油包水（W/O）乳液體系只能用作親水性藥物的載體;而將藥物溶解在由油相組成的內(nèi)相中并被由水相組成的外相所包圍所形成的水包油（O/W）乳液體系只能用作親油性藥物的載體。傳統(tǒng)乳液無法滿足同時將兩種不同親水親油性特征的藥物在同一個體系中輸送的要求。因此雙重乳液的開發(fā)及利用顯得極為迫切，W / O / W型雙重乳液可以作為同時包封親水性藥物和疏水性藥物的載體。但是目前雙重乳液都是由表面活性劑來穩(wěn)定^[2-6]，表面活性劑的使用帶來的環(huán)境危害問題使傳統(tǒng)乳液的應用受到限制^[7-9]，以固體顆粒穩(wěn)定的 Pickering 乳液開創(chuàng)了環(huán)境友好型乳液研究和應用的新思路^[8]。

高嶺石可以作為固體顆粒用來穩(wěn)定Pickering 乳液。高嶺石是由硅氧四面體（SiO₄）和鋁氧八面體（Al₂（HO）₄）按 1∶1 規(guī)律堆疊而成的黏土礦物，單元層內(nèi)的硅氧四面體和鋁氧八面體片之間由共價鍵連接， 單元層之間由氫鍵連接。無論片層怎么堆疊和剝離， 高嶺石顆粒的外表面的一面為Al₂（HO）₄八面體表面， 被羥基覆蓋; 而另一面為SiO₄四面體表面，被硅氧烷基團覆蓋。因此高嶺石顆粒本身具有天然表面差異性（Janus特性）。然而高嶺石顆粒本身的Janus特性比較弱且在通常情況下被掩蓋起來，只有通過對高嶺石外表面的選擇性修飾，放大兩個不同基面結(jié)構(gòu)和化學特征差異，高嶺石結(jié)構(gòu)的 Janus 特征才會明顯顯現(xiàn)出來，使其具有類似表面活性劑雙親性的結(jié)構(gòu)特征。

卵磷脂是一種被稱為血管清道夫的營養(yǎng)物質(zhì)為改性劑，其結(jié)構(gòu)中的膽堿基團在一定條件下可以與高嶺石八面體表面的羥基作用而完成對高嶺石的修飾。本文用卵磷脂改性高嶺石，通過對改性條件的控制獲得不同改性程度的高嶺石并作為制備雙重乳液的穩(wěn)定劑。探討了改性高嶺石特征、改性高嶺石的用量、水油比對乳液穩(wěn)定性的影響。

2 ?實驗部分

2.1 ?試劑與原材料

高嶺石取自廣東茂名;姜黃素（純度> 95%）和兒茶素（> 98%）購自Sigma-Aldrich（Saint Louis，MO，USA），卵磷脂（> 90%）購于上海麥克林生化科技有限公司，中鏈甘油三酯（MCT100%）購自Now Foods有限公司。

2.2??實驗方法

（1）卵磷脂改性高嶺石制備：利用乳液界面為兩親性分界面，將高嶺石分散于乳液界面上，以實現(xiàn)高嶺石的定向控制分布，從而達到對高嶺石表面的選擇性修飾的目的。典型的制備方法：在室溫下把0.05 g卵磷脂分散于50 mL乙醇于中，于1 000 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌10 min達到充分溶解分散后作為反應的水相;將50 mL石蠟油作為反應的油相加入上述乙醇溶液中，于12 000 r/min下充分攪拌5?min后，加入2 g高嶺石作為乳化劑，繼續(xù)攪拌20?min后轉(zhuǎn)移至75℃的恒溫水浴鍋中，于5 000 r/min攪拌條件下繼續(xù)反應24 h后離心洗滌，干燥后即得到接觸角為88°的改性高嶺石，標記為θ=88°。在相同的條件下，調(diào)節(jié)卵磷脂的用量為0.3g，得到接觸角為130°的改性高嶺石，標記為θ=130°。

（2）卵磷脂修飾高嶺石穩(wěn)定的雙重乳液制備：采用兩步法，用改性高嶺石作為乳化劑將兒茶素和姜黃素同時包封在由改性高嶺石穩(wěn)定的W/O/W雙重Pickering乳液中。首先把一定體積的溶有姜黃素的中鏈甘油三酯作為乳化的油相（O），將1%的強親油性改性高嶺石θ=130°。均勻分散在油相中。把一定體積的溶有兒茶素的去離子水作為水相（W1）加入油相中，且V（O）：V（W1）=5：5，在12 000 r/min的攪拌速度條件下均化5分鐘形成W1/O乳液。然后，取一定體積的W1/ O乳液，并向其中滴加均勻分散有0.5%～1%的高嶺石或親水性改性高嶺石θ=88°的去離子水作為乳化的W2相，且V（W2）：V（W1/O）=6：4/5：5/7：3，以12 000 r/min的攪拌速度均化5?min形成了同時將兒茶素和姜黃素包封在由W1/O組成內(nèi)相的W1/O/W2乳液。W2相作為乳液的連續(xù)相與油水界面上的改性高嶺石形成對O相和W1相的保護屏障作用，進而達到對油溶性姜黃素和水溶性兒茶素共同包封的目的。

2.3 ?表征方法

乳液微觀特征觀察用萊卡Leica DM RX型顯微鏡，用AxioVisionSE64 Rel.4.9軟件對圖片編輯，采用美國科諾工業(yè)有限公司SL200KS接觸角測量儀對改性高嶺石的親水親油性特征進行分析，乳液的穩(wěn)定性采用乳液穩(wěn)定性指數(shù)^[5]（ESI）分析，用Nano- Measurer 1.2軟件對乳液的粒徑分布進行分析。

3 ?結(jié)果與討論

3.1 ?卵磷脂對高嶺石的修飾作用

圖1是改性劑卵磷脂含量對高嶺石改性效果的影響，用三相接觸角測試結(jié)果表征改性高嶺石的親水親油性特征。

高嶺石疏水性程度取決于改性劑的添加量，未添加改性劑的原始高嶺石的三相接觸角為0°，表明高嶺石四面體層的水化陽離子賦予四面體層表面親水性，而高嶺石八面體本身被親水性的 Al2-OH 基團覆蓋而具有親水性，導致整個高嶺石的表面具有極強的親水性。然而，在使用2.5%～15%的卵磷脂進行修飾之后，高嶺土的疏水性急劇增加，接觸角從88°迅速增加到130°，當改性劑的含量為15%時有最大接觸角130°，說明此時的得到的該性高嶺石表現(xiàn)出最大疏水性。這個現(xiàn)象可能歸因于，卵磷脂分子結(jié)構(gòu)中的膽堿基團在一定條件下可以與高嶺石八面體表面的羥基作用而完成對高嶺石的修飾作用，且隨著改性劑用量的增加，與高嶺石八面體接觸而參與反應的卵磷脂的量也隨著增加，使得高嶺石的疏水性也逐漸增大。說明選用卵磷脂為改性劑在一定條件下可以顯著的的該變高嶺石的親水親油性，從而進一步凸顯了高嶺石顆粒的 Janus 特性，使其具有類似表面活性劑雙親性的結(jié)構(gòu)特征。

3.2 ?基于卵磷脂修飾的高嶺石穩(wěn)定的雙重乳液的制備及特征

乳化劑之間存在極性差異，合適的添加量和水油比是完成制備穩(wěn)定的雙重Pickering乳液的必備條件。兩步乳化方法用于制備雙重Pickering乳液，表1為W/O/W乳液樣品的組成成分。各樣品成分之間均存在顯著差異，并通過對其進行顯微鏡觀察和乳液穩(wěn)定性指數(shù)（ESI）的表征來確定制備雙重Pickering乳液的最佳條件。

在乳化劑種類的選擇上，原始高嶺石表現(xiàn)為強親水性，接觸角為0°，只能用作制備O / W乳液的乳化劑。因此選用單一的原始高嶺石無法完成雙重乳液的制備。由圖1可以看出用卵磷脂為改性劑改性后的高嶺石，改性劑用量差導致改性高嶺石樣品之間的親水親油性存在很大差異。本實驗選用θ=130°的改性高嶺石代替?zhèn)鹘y(tǒng)的親油性表面活性劑作為第一步制備W/O乳液的乳化劑，并選擇用θ=88°的改性高嶺石或θ=0°的原始高嶺石代替?zhèn)鹘y(tǒng)的親水性表面活性劑作為第二步W/O/W乳液的乳化劑。表1中樣品a與樣品b的乳化條件均相同，主要區(qū)別是在第二步乳化的過程中，樣品a是用θ=0°的原始高嶺石作乳化劑，而樣品b是用θ= 88°的改性高嶺石作乳化劑。由圖2a和圖2b可以看出二者均形成了雙重乳液，但是樣品b內(nèi)相中的W1相所占整個W1/O相的比例要比樣品a的更高，顯然這是利于對兩種不同疏水性物質(zhì)的同時包封的要求。雙重乳液樣品a液滴尺寸分布為20～120μm且近50%集中分布在60～80μm，而樣品b的液滴尺寸分布為30～85μm，且超過60%集中分布在40～60μm。圖2Ⅱ顯示樣品b的ESI為42.03%，遠高于樣品a的ESI質(zhì)（30.35%）。這表明用θ= 88°的改性高嶺石作乳化劑有利于形成液滴粒徑更小，粒徑分布更均一，更穩(wěn)定的多重乳液。這種差異的存在可能是由于θ= 88°的改性高嶺石降低了油的界面張力有利于其在油水界面的分布，使改性后的高嶺石更容易在乳液液滴表面形成致密有序的殼結(jié)構(gòu)。這是一個重要的觀察結(jié)果，因此用θ= 88°的改性高嶺石作為乳化劑的將可以減少對表面活性劑的依賴性。

在乳化劑用量的選擇上，表1中各樣品的乳化劑的用量的主要區(qū)別為在第二步乳化過程。樣品b的乳化劑用量為1%，獲得的雙重乳液樣品b的連續(xù)相W2中出現(xiàn)了過量的固體顆粒。樣品d的乳化劑用量為0.8%，獲得的雙重乳液樣品d的連續(xù)相W2中并無過量的固體顆粒。繼續(xù)減小乳化劑用量到0.5%得到樣品e的連續(xù)相W2中發(fā)現(xiàn)了未被包封的黃色的油相（O）。圖2e₁中雖然具有較小的粒度分布30～65μm的液滴，但是圖2Ⅰ顯示樣品e的乳液含量是最少的，僅有30%。圖2II顯示樣品e的ESI降到最小值15%，可能是由于添加的乳化劑不足所致。綜上所述，在第二步乳化的過程中乳化劑的合適的用量為0.8%。

在水油比的選擇上，表1中各樣品的水油比的主要區(qū)別為在第二步乳化的過程中，樣b水油比為（V （W2） ∶V（（W1/O）乳液）=6∶4，調(diào)節(jié)該水油比至5∶5得到樣品c。由圖2c可以看出樣品c已經(jīng)沒有明顯的W1相，說明減小連續(xù)相W2的體積并不利于內(nèi)相（W1/O）的形成，而且圖2c₁顯示樣品c的液滴粒徑分布為40～105μm，較樣品b粒徑分布更寬，ESI指數(shù)也相對b樣品減少了近10%，說明減小第二步過程中的水油比并不利于乳液的穩(wěn)定及雙重乳液多相的形成。繼續(xù)調(diào)節(jié)水油比到（V （W2） ∶V（（W1/O）乳液）=7∶3得到樣品d，由圖d可以看出內(nèi)相中的W1又重新恢復，且內(nèi)相中的O相與W1相所占的比例與樣品b中的比例相當，都接近1∶1，這個比例接近在第一步乳化過程中的水油比值，這顯然是有利于對兩種不同疏水性藥物的同時包封的要求。圖2d1發(fā)現(xiàn)樣品d的乳液液滴粒徑分布為30～75μm，較樣品b粒徑分布更均一，圖Ⅰ也顯示樣品d的乳液含量達到70% ，圖Ⅱ說明樣品d的穩(wěn)定性指數(shù)也增加到56.87%，較樣品b上升了近10%，說明在第二步乳化的過程中水油比（V（W2） ∶V（（W1/O）乳液）=7∶3時，有利于多重乳液多相的形成及乳液的穩(wěn)定。

綜上所述，第一步乳化過程的優(yōu)選條件是用水油比為5∶5、用接觸角為130°含量為1%的改性高嶺石作乳化劑;第二步乳化的優(yōu)選條件是使用水油比為7∶3、用接觸角為88°含量為0.8%的改性高嶺石作乳化劑。此時可以制備出將親油性藥物包封在油（O）相，將親水性藥物包封在水（W1）相，并通過連續(xù)相W2相與油水界面上的改性高嶺石形成對兩種不同親水性特征藥物同時進行包封的W1/O/W2雙重Pickering乳液。

4 ?結(jié)論

本研究用卵磷脂作為改性劑，顯著地改變了高嶺石的親水親油性特征。用改性高嶺石為穩(wěn)定劑，采用兩步乳化法制備雙重乳液。分別采用接觸角為130°的改性高嶺石和接觸角為88°的改性高嶺石作為第一步乳化和第二步乳化過程的穩(wěn)定劑，獲得了制備雙重Pickering乳液的最佳條件。這種雙重Pickering乳液系統(tǒng)可以將親油性藥物包封在油（O）相，將親水性藥物包封在水（W1）相，并通過連續(xù)相W2與油水界面上的改性高嶺石對包封有兩種不同親水親油特性藥物的內(nèi)相（W1/O）形成保護作用，這種新型環(huán)保材料的使用將會改善對表面活性劑的依賴產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，在食品及藥品領域具有廣泛的應用前景。

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