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微胶囊概念

微胶囊是指由天然或人工合成高分子材料作为外壁材料制成的微型容器 （直径一般在2-1000μm）。微胶囊技术是指将成膜材料作为壳物质，把固体、液体或气体包覆成微小颗粒的技术，形成的核壳结构使微胶囊具有保护性、阻隔性，壳内的芯材物质既不会受到外界环境侵入的影响，同时又不会向外界逸出。

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微胶囊组成

微胶囊通常由壁材和芯材组成，被包裹在微胶囊内的物质称为芯材，芯材可以是液体或固体。包覆在外层的成膜材料称为壁材，可以是天然或合成的高分子化合物，也可以是小分子无机化合物。其结构示意图如图所示，其主要形态可分为单核、多核、双壳、多核无定形以及复合型。

几种微胶囊常见的结构示意图

单核微胶囊：指连续的芯材被连续的壁材包埋形成的微胶囊

多壳微胶囊：指连续的芯材被双层或多层连续的壁材包埋形成的微胶囊。

多核微胶囊：指芯材被分割成若干部分，嵌在壁材的连续相中，包括多核、多核无定形及絮集成簇等多种结构。

无定形微胶囊：指不规则或非球形的胶囊，包埋的粒子可以是单核、多核或固体颗粒。

复合微胶囊：指用连续的壁材包埋多个微胶囊，即对已形成的微胶囊进行二次包埋得到的微胶囊。

◼芯材

芯材是由单一的物质，也可以由几种物质混合组成，是包裹在微胶囊内部的物质。大多数情况下，芯材功能的发挥必须从壁材中释放才能够实现。芯材的释放分为瞬时释放和缓慢释放。瞬时释放是指壁材在摩擦、变形、机械破碎等外力作用下发生破裂，或受热后熔化。缓慢释放是指芯材通过壁材的溶解、降解或囊壁的扩散而释放。芯材从微胶囊中释放的规律一般遵循零级或**反应速率方程。

◼壁材

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微胶囊应用

1. 医药领域的应用

经微胶囊化的药物苦涩感大大降低，且相比于普通药物，微胶囊化药物可降低自身的毒副作用，提高稳定性，减少药剂使用量。其中微胶囊的缓释功能是决定微胶囊药物能否发挥作用的关键。

2. 食品领域的应用

很多食品添加剂和营养素类物质易被氧化发生变质，通过微胶囊技术可以将这些敏感成分作为芯材保护在壁材内，便于运输和储存。因此，微胶囊技术在食品领域得到了广泛应用。

3. 涂料领域的应用

利用微胶囊的核壳结构可以改变涂料的结构组成，从而提高涂料的应用性能。

4. 液晶领域的应用

液晶微胶囊化是一种通过微胶囊将液晶固定在成膜材料中以拓宽液晶应用范围的技术，其具有生产成本低、工艺简单、易于大批量制备的优点，在动态滤波器、信息存储、光通讯、**防伪领域中有广阔的应用前景。

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微胶囊释放机制

由于微胶囊壁材和芯材类型的不同，芯材的释放动态主要取决于其本身在介质中的溶解性、溶剂的扩散能力、聚合物的溶胀、壁材的降解以及外界因素，如触碰、光、 pH 等的影响。微胶囊释放机制主要包括以下 4 种：扩散-控制释放、溶解-控制释放、降解-控制释放和刺激-控制释。

◼ 扩散释放

扩散释放是一种常见的释放方式之一，一般采用界面聚合法和原位聚合法制备的微胶囊的释放机制主要为扩散控制释放。

◼溶解释放

溶解释放过程属于一种物理化学过程。在此释放机制中，当聚合物囊壁在释放介质中可溶时，芯材的释放速率由聚合物囊壁的溶解速率决定，囊壁厚度越大，囊壁在释放介质中的溶解度越小，芯材释放越慢。

◼ 囊壁侵蚀-降解控制释放

聚乳酸或乳酸与羟基乙酸聚合物的降解产物无毒且可回收，是目前*常见的可降解微胶囊壁材。

◼ 刺激-控制释放

刺激-控制释放微胶囊在功能性芯材中应用较广泛。目前有多种刺激途径可以用于芯材的释放。触发诱导释放的刺激因子主要有化学、生物、光、热、磁和电等。

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微胶囊制备

微胶囊的制备涉及到高分子化学、材料化学、胶体化学、分散干燥技术等多个学科领域，具体的制备方法还需结合所从事的专业领域知识。据统计，目前有200多种微胶囊化方法。根据微胶囊的性质和形成机理，可分为物理法、化学法和物理化学法。

下图为各类制备方法和制备方法的适用范围及优缺点。

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ATS微胶囊包埋机应用

具体应用可见往期文章：

维生素A纳米乳制备----ATS纳米乳均质机的应用

ATS复杂制剂研究丨脂质体化妆品包埋

ATS微胶囊包埋机丨沙棘微胶囊制备

乳状液粒径对于喷雾干燥后微胶囊水分含量、堆密度、粒径没有显著影响，但对于微胶囊的包埋率和储藏稳定性均有明显影响。当乳状液粒径大于300nm时，随着乳状液粒径的减小，喷雾干燥后微胶囊包埋率越高；粒径和堆密度相对小；微胶囊表面越光滑，结构越致密；微胶囊经过常温和加速储藏后复溶的乳状液粒径变化也越小；油滴发生迁移合并的速度也越慢；储藏过程中表面油增加速度也越缓慢，储藏稳定性越好。

微胶囊优势：

1. 改善芯材的抗氧化性能：很多芯材通常含有不饱和脂肪酸， 易于被空气中的氧气氧化， 通过微囊包埋，可以减少氧气与油脂的直接接触，防止被氧化。

2. 改善芯材的物理性质：可以将油性的芯材物质经微囊化后，变成固体粉末，有利于后续在食品中添加等应用。

3. 屏蔽**气味和味道：有些芯材通常有一些**味道，通过微胶囊的包埋，可以屏蔽芯材的**味道，改善风味。

4.提高物质的稳定性：芯材因氧化而变得不稳定，通过微囊包埋，可以提高芯材的抗氧化性能及其稳定性。

5.控制释放，促进口服吸收：将芯材包埋进微囊中，可以通过微囊的优化设计，控制芯材的释放性能，并提高口服后的肠道吸收。

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总结

微胶囊技术在多个领域中都具有潜力，未来市场发展前景广阔。随着科技创新和消费者需求的不断增长，这一技术将继续发挥重要作用，提供创新的解决方案，改进产品性能，并促进可持续发展。

参考文献

1.王嘉炜,王迎国.微胶囊的制备方法研究进展.Hans Journal of Nanotechnology 纳米技术[J].2022,12(2),19-25.

2.徐朝阳,余红伟,陆刚,王 轩. 微胶囊的制备方法及应用进展. 弹性体[J].2019.

3.王慧梅,范艳敏,王连艳. 基于微胶囊技术对油脂包埋的研究进展. 现代食品科技[J].2018.

4. 盛琪,佴逸凡,赵伟,李月欣,刘璐. 乳状液粒径对微胶囊储藏稳定性的影响. 食品研究与开发[J].2023.