淀粉微球制备中连续相聚合物对水相两相体系相行为的影响机制研究

为解决淀粉微球制备中PEG（聚乙二醇）免疫原性风险及工艺优化问题，研究人员系统探究了PEG、PVP（聚乙烯吡咯烷酮）、PEtOx（聚2-乙基-2-噁唑啉）和HPMC（羟丙基甲基纤维素）对水相两相体系（ATPS）相行为及微球形成的影响。研究发现，聚合物类型通过调控水活性和连续相粘度显著影响微球尺寸与聚集行为，而淀粉晶体结构不受聚合物选择影响，为生物相容性微球制备提供了新策略。

　　

在生物医药和食品工业领域，淀粉微球因其生物相容性和可降解性成为药物递送的理想载体。传统制备方法依赖聚乙二醇（PEG）作为连续相聚合物，但近年发现PEG可能引发免疫反应，且工艺调控机制尚不明确。如何在不影响微球性能的前提下替代PEG，并精准控制微球形成条件，成为亟待解决的科学问题。

瑞典隆德大学（Lund University）的研究团队在《Food Hydrocolloids》发表的研究中，系统比较了PEG、PVP、PEtOx和HPMC四种聚合物对淀粉基水相两相体系（ATPS）的影响。通过水活性测定、流变学分析和显微表征等技术，发现聚合物类型通过改变水分布而非分子量调控相行为，其中PEtOx和PVP可替代PEG且能通过调节连续相粘度优化微球尺寸。该研究为开发安全高效的淀粉微球制备工艺提供了理论依据。

关键技术方法包括：1）水分布测定（通过热重分析TGA和水活度仪）；2）流变学分析（剪切速率1-250 s^-1范围）；3）扫描电镜（SEM）和激光粒度分析；4）广角X射线散射（WAXS）和差示扫描量热法（DSC）表征晶体结构。

3.1 ATPS水分布
研究发现PEG体系水分布斜率最小（-0.6至-0.8），PVP和PEtOx斜率接近-1，表明后者水分布更均衡。关键机制在于水活性差异：55%淀粉相（a_w 0.972）需32% PEG、39% PVP或42% PEtOx匹配，这与聚合物化学结构相关。

3.3 微球形成
连续相粘度对乳化稳定性至关重要：低粘度PVP10（0.04 Pa·s）导致微球粘连，而1.0 Pa·s的PEtOx则形成均匀微球。PEG20制备的微球直径（D50=120 μm）是PVP40（60 μm）的两倍，但晶体类型均为A型（WAXS证实）。

3.4 微球性质
所有聚合物制备的微球均呈现多孔表面和致密内核（SEM），DSC显示新洗微球熔融焓（ΔH=6.5 J/g）高于冻干样品（4.4 J/g），说明冻干过程会部分破坏结晶结构。

该研究证实淀粉微球性能主要受水活性调控，而聚合物选择可独立优化工艺参数。这一发现不仅为替代PEG提供了PVP和PEtOx等安全选项，更建立了通过水活性和粘度协同调控微球质量的普适性方法，对生物制剂递送系统开发具有重要指导意义。