CN115887691A - 一种用于静脉氧合的氧微滴及其生产方法和生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及人工氧合技术领域，具体涉及一种用于静脉氧合的氧微滴及其生产方法和生产装置。该氧微滴包括呈球形的脂质层，脂质层为磷脂层，磷脂层的疏水端构成用于容纳氧气的封闭内腔，磷脂层的亲水端构成所述氧微滴的球形外壁，磷脂层的亲水端还与聚乙二醇吸附层键连。生产方法利用具有同轴嵌套设置，且出口位于同一水平位置的内管路和外管路，以及设置在距内管路和外管路出口设定距离处的流动相出口小孔制备氧微滴。本发明使用到的生产设备简单，生产方法便捷高效，制备得到的氧微滴粒度均匀稳定，在静脉输氧领域上具有很高的研究价值和应用前景。

Description

一种用于静脉氧合的氧微滴及其生产方法和生产装置

本申请主张2022年09月07日申请的申请号为202211086723.9的“一种氧微滴的生产方法”的优先权，原受理机构为中国。

技术领域

本发明涉及人工氧合技术领域，具体涉及一种用于静脉氧合的氧微滴及其生产方法和生产装置。

背景技术

健康人体在氧气充足的条件下，通过呼吸作用完成对生命活动的供能，吸入的氧气在肺部被吸收，由血液中红细胞携带，并输送到组织中完成代谢。然而，如急性肺损伤等疾病会直接损害肺部功能，进而影响全身供氧，神经细胞依赖氧气代谢获取能量，持续几分钟的低血氧症就可使全身神经系统受损，造成难以挽回的后果。目前的治疗手段包括：加强机械通气和高浓度吸氧来治疗低血氧症，但存在加重肺损伤的风险；使用体外膜肺氧合(ECMO)，将患者血液引出体外，添加氧气排出二氧化碳，然后将其泵回患者体内，但感染风险较高，同时需要熟练的专业医护人员配合和专业设备辅助。如果可以通过静脉途径直接补充氧气，则可以减少对高端医疗设备依赖，降低治疗过程中造成的二次伤害，节省大量治疗成本，具有较高的经济价值。

目前，携氧产品介入人体治疗已受到国内外学者广泛关注，已有报道通过注射高氧水、全氟化碳溶液、人造血液等促进血液氧合，但这些技术或多或少都存在使用成本高、制备工艺繁杂，规模化生产困难等缺点，阻碍了其进一步发展。微液滴具有体积小、比表面积大、样品无扩散等优点、已在诸多领域引起广泛的关注。目前已有将微液滴用于气体包裹，可用作超声造影剂、药物输送载体、肿瘤治疗等(Angew.Chem.Int.Ed.,2021,60,9284-9289； Chem.Eng.J.2021,422,130109；Nat.Rev.Drug Discov.,2004,3,527-532)。传统的微液滴制备方法有界面聚合法、超声振动法和高速搅拌法等，但这些方法制备的液滴在分散性、粒径均匀性和稳定性等仍存在不足，例如界面聚合法制备的氧液滴，是由多巴胺氧化自聚形成聚合物包裹氧气，而化学反应发生具有不可控性，因此该方法制备的液滴粒径均匀性和分散性较差。另外通过在含有表面活性剂分子的水溶液中高速剪切制备氧液滴分散体，该由表面活性剂分子制备的氧液滴是不稳定的，容易合并和奥斯瓦尔德成熟，氧气将逐渐从直径较小的微泡转移到直径较大的微泡，稳定性仍有待提高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明首先提供一种用于静脉氧合的氧微滴。

本发明采用的技术方案为：

一种用于静脉氧合的氧微滴，该氧微滴包括呈球形的脂质层b，所述脂质层b为磷脂层，所述磷脂层的疏水端构成用于容纳氧气a的封闭内腔，所述磷脂层的亲水端构成所述氧微滴的球形外壁，所述磷脂层的亲水端还与聚乙二醇吸附层c键连。

优选的，所述氧微滴的直径在40～100μm范围内，平均直径为80μm。

本发明还提供上述一种用于静脉氧合的氧微滴的生产方法，该生产方法利用具有同轴嵌套设置，且出口位于同一水平位置的内管路和外管路，以及设置在距内管路和外管路出口设定距离处的流动相出口小孔制备氧微滴；

包括以下步骤：

S1.将两亲性分子粉末加入磷脂的生理盐水悬乳液中，超声处理直至溶液呈现半透明，得到包裹液，所述包裹液加入外管路中；

S2.配制浓度为0.005wt％～1.0wt％的聚乙二醇水溶液作为流动相，并将所述内管路和外管路的出口没入流动相中；

S3.内管路连接输氧设备，使氧气由内管路出口流出，并使所述包裹液自外管路出口流出，所述氧气被包裹液包裹，在流动相带动下，经过所述流动相出口小孔，所述包裹液包裹氧气形成脂质层b，流动相形成与所述脂质层b键连的吸附层c，最终形成氧微滴。

优选的，所述内管路出口的内直径为200～400μm，所述外管路出口的内直径为400～600μm，所述流动相出口小孔的直径为300～500μm，所述内管路(30)和外管路出口距离所述流动相出口小孔的竖直距离为0.7～1.0mm。

优选的，所述包裹液的具体制备方法为，取一定量的磷脂类粉末溶解在装有氯仿的容器中，搅拌溶解充分挥发氯仿后，得到贴附在容器壁上的磷脂类薄膜；取所述磷脂类薄膜0.5～4.0质量份加入100质量份的生理盐水中，搅拌形成磷脂悬浮液，再将1.2～10.0质量份的两亲性分子粉末加入上述磷脂悬浮液中，搅拌30min后超声处理直至溶液呈现半透明，得到所需包裹液。

优选的，所述磷脂类粉末为大豆卵磷脂、蛋黄卵磷脂、二硬脂酰基磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰胆碱、棕榈酰油酰磷脂酰胆碱中的任意一种或几种；所述两亲性分子粉末为山梨醇硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯、L- 抗坏血酸棕榈酸酯中的任意一种或几种；所述步骤S2中，使用的聚乙二醇分子量为600～3000。

优选的，步骤S1中，所述搅拌的转速为500～1500rpm，所述超声条件为在28～40KHZ下处理30～60min。

优选的，步骤S3中，所述氧气的流速为10～40ml/h，所述包裹液流速为10～40ml/h，所述流动相经过所述流动相出口小孔的流速为300～1000 ml/h。

本发明还提供制备上述一种用于静脉氧合的氧微滴的生产装置，该装置包括包裹室和设置在所述包裹室下方的接收室，所述包裹室内沿竖直方向设置一个用于氧气传输的内管路和一个用于包裹液传输的外管路，所述内管路和外管路同轴嵌套设置，所述内管路和外管路的底端均设置出口，且出口位于同一水平位置；所述包裹室的底部设置流动相出口小孔连通所述接收室，所述流动相出口小孔的设置位置与所述出口相适配；所述内管路连接氧气输送装置，外管路连接包裹液输送装置，所述包裹室内填充流动相且所述流动相自流动相出口小孔进入所述接收室。

优选的，所述氧气输送装置包括与所述内管路通过氧气管路连接的储氧罐，以及设置在所述氧气管路上的输氧泵；所述包裹液输送装置包括与所述外管路通过包裹液管路连接的包裹液储罐，以及设置在所述包裹液管路上的包裹液输送泵；所述包裹室的侧壁开设流动相入口，所述流动相入口通过流动相管路连接流动相储罐，所述流动相管路上还设置有流动相输送泵。

优选的，所述接收室侧壁上开设有取样口。

优选的，所述接收室中还设置有扰动振荡装置。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的氧微滴尺寸远小于人体血管半径，可用于静脉注射，氧微滴进入体内后脂质层溶解，氧气释放直接与血红蛋白进行氧合，提高血氧浓度，在患急性肺损伤、气道阻塞、冠状病毒感染肺炎等疾病时以代替肺部功能。相较与机械通气、体外膜肺氧合或者液体充氧方法，利用本发明氧微滴生产装置，生产方法简单，使用便捷，能避免对肺部二次损伤和降低各种感染。同时将氧气包裹成微米级氧液滴，可防止其在血管内聚集形成气栓，加快溶氧速率。

本发明中通过将氧气注入内管路，由内管路出口流出，从而能够被同轴设置的外管路中包裹液包裹，并在外接流动相驱动作用下拉伸破碎，最终制备得到氧微滴。生产方法便捷高效，制备得到的氧微滴粒度均匀稳定，在静脉输氧上具有很高的研究价值和应用前景。

利用本发明氧微滴生产装置生产，氧流体和包裹液受到流动相的剪切作用下被拉伸，使得两个界面同轴同向形成射流，在包裹室底端流动相出口小孔处形成流动聚焦，从而获得均匀性好包裹率高的氧微滴，同时在生产过程中流体表面张力与其他作用力相差不大，所以氧微滴保持了良好的分散稳定性。

本发明通过改变内管路氧气、外管路包裹液、流动相的流速流量，可以调控生产的氧微滴粒径大小及分布，实现氧微滴按需生产、过程可控。同时氧微滴生产装置简便、易于操作、产生效率高，有利于产品大规模生产，具有较高经济价值。

附图说明

图1为本发明氧微滴结构示意图；

图2为本发明生产装置的结构示意图；

图3为本发明中包裹室和接收室部分的结构示意图；

图4为图3中Ⅰ部分的放大图，其中图4A为内管路和外管路的出口设置图，图4B为液体经出口形成稳定的锥形结构的示意图；

图5为制备的氧微滴直径分布图。

图中标注符号的含义如下：

10-包裹室11-流动相出口小孔12-流动相入口13-压力检测仪

20-接收室21-取样口

30-内管路31-内管路出口

40-外管路41-外管路出口

50-流动相储罐51-流动相管路52-流动相输送泵

60-氧气储罐61-氧气管路62-输氧泵

70-包裹液储罐71-包裹液管路72-包裹液输送泵

a-氧气b-脂质层c-聚乙二醇吸附层

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明。

实施例1

如图2-4所示，一种用于静脉氧合的氧微滴的生产装置，包括包裹室10 和设置在包裹室10下方的接收室20，包裹室10内沿竖直方向设置一个用于氧气传输的内管路30和一个用于包裹液传输的外管路40。内管路30和外管路40同轴嵌套设置，外管路40中形成一个环形的液体流动通道，如图4A 所示，内管路30和外管路40的底端平齐且底端均设置出口。其中内管路30 的内管路出口31内直径为200～400μm，外管路40的外管路出口41的内直径为400～600μm。包裹室10的底部设置流动相出口小孔11连通接收室20，流动相出口小孔11的直径为300～500μm，流动相出口小孔11的设置位置与出口相适配，在同一竖直位置上且相距0.7～1.0mm。此距离下，如图4B所示，经内管路30和外管路40流出的液体能形成稳定的锥形结构，在流动相出口小孔11处形成流动聚焦，便于破碎后形成氧微滴。

包裹室10的侧壁开设流动相入口12，流动相入口12通过流动相管路51连接流动相储罐50，内管路30通过氧气管路61连接储氧罐60。内管路 40通过包裹液管路71连接包裹液储罐70，流动相管路51上还设置有流动相输送泵52，氧气管路61上设置输氧泵62，包裹液管路71上设置包裹液输送泵72，用于控制各液体的流速。

接收室20中还设置有扰动振荡装置，实现扰动振荡功能。包裹室10的底部还设置有压力检测仪13，接收室20侧壁上开设有供氧微滴流出的取样口21。

利用上述装置制备用于静脉氧合的氧微滴的生产方法，包括以下步骤：

S1.取一定量的磷脂类粉末溶解在装有氯仿容器中，搅拌溶解充分挥发氯仿后，得到贴附在容器壁上的磷脂类薄膜；取磷脂类薄膜0.5～4.0质量份加入100质量份的生理盐水中，搅拌形成磷脂悬浮液，再将1.2～10.0质量份的两亲性分子粉末加入上述磷脂悬浮液中，搅拌30min后超声处理直至溶液呈现半透明，得到所需包裹液，加入包裹液储罐70中保存。

磷脂类粉末为大豆卵磷脂、蛋黄卵磷脂、二硬脂酰基磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰胆碱、棕榈酰油酰磷脂酰胆碱中的任意一种或几种；两亲性分子粉末为山梨醇硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯、L-抗坏血酸棕榈酸酯中的任意一种或几种。上述搅拌的转速为500～1500rpm，超声条件为在 28～40KHZ下处理30～60min。

S2.配制浓度为0.005wt％～1.0wt％的聚乙二醇水溶液作为流动相加入流动相储罐50储罐中，使用的聚乙二醇分子量为600、1000、1500、3000 中的任意一种或几种。聚乙二醇水溶液经流动相管路51进入包裹室10填充直至从流动相出口小孔11进入接收室20；通过流动相输送泵52控制流动相的流速为300～1000ml/h。

S3.打开输氧泵62和包裹液输送泵72，使包裹液储罐70中包裹液进入外管路40，由外管路出口41流出，并通过包裹液输送泵72控制外管路40 中包裹液流速为10～40ml/h。氧气储罐60中氧气进入内管路30，由内管路出口31流出，并通过输氧泵62控制内管路30中氧气流速为10～40ml/h；

上述过程中，氧气从内管路出口31流出，被外管路出口41流出的包裹液包裹，并在流动相剪切作用下被拉伸破碎，从而形成氧微滴。氧微滴结构如图1所示，包括呈微球形的脂质层b，脂质层b为磷脂层，脂质层b的疏水端构成内腔且容设有氧气a，脂质层b的亲水端构成氧微滴的球形外壁和/ 或脂质层b的亲水端与聚乙二醇吸附层c键连。内管路出口31和外管路出口41此两个界面同轴同向形成射流，在包裹室底端流动相出口小孔11处形成流动聚焦，从而获得均匀性好包裹率高的氧微滴，由于在生产过程中流体表面张力与流体产生的剪切力或重力等其他作用力相差不大，所以氧微滴能够保持良好的分散稳定性。

实施例2

以实施例1中装置制备氧微滴，装置中内管路出口31内直径为250μm，外管路出口41的内直径为500μm，流动相出口小孔11的直径为400μm，流动相出口小孔11与内管路出口31和外管路出口41的竖直距离为0.8mm。

将5g的二硬脂酰基磷脂酰胆碱粉末溶解在装有10ml氯仿的烧杯中，搅拌溶解充分挥发氯仿后，得到贴附在容器壁上的磷脂类薄膜；取上述磷脂类薄膜1.2g加入100ml的生理盐水中，搅拌后形成二硬脂酰基磷脂酰胆碱悬浮液，再将3g的山梨醇硬脂酸酯加入上述悬浮液中，800rpm转速下搅拌30min后，30KHZ下超声处理45min至溶液呈现半透明，得到所需包裹液，加入包裹液储罐70中保存。

配制浓度为0.005wt％的聚乙二醇(MW＝1500)水溶液作为流动相加入流动相储罐50储罐中，聚乙二醇水溶液经流动相管路51进入包裹室10填充直至从流动相出口小孔11进入接收室20；通过流动相输送泵52控制流动相的流速为400ml/h。

打开输氧泵62和包裹液输送泵72，使包裹液储罐70中包裹液进入环形的外管路40空间，由外管路出口41流出，并通过包裹液输送泵72控制外管路40中包裹液流速为25ml/h。氧气储罐60中氧气进入内管路30，由内管路出口31流出，并通过输氧泵62控制内管路30中氧气流速为20ml/h。

按照上述方法制备的氧微滴分散稳定良好，如图5所示，氧微滴直径在 40～100μm范围内，主要分布在70～80μm之间，氧微滴直径符合正态分布。

参考上述制备方法，分别制备对比例如下：

对比例1：流动相中不添加聚乙二醇成分，其余相同，制备得到磷酸脂质氧微滴；

对比例2：包裹液中不添加磷脂类粉末，其余相同，制备得到聚乙二醇修饰的氧微滴；

对比例3：以油酸甘油酯代替磷脂类粉末添加到包裹液中，其余相同，制备得到聚乙二醇修饰甘油酯的氧微滴；

将制备的对比例与本发明实施例2制备的氧微滴进行比较，结果如下表 1所示：

表1各组氧微滴性能比较

可以看出，由于组成不同，对比例和实施例2制备得到的氧微滴存在较大差异，对比例1中，流动相中未添加聚乙二醇，单以磷酸脂质层包裹氧气，易出现脂质层互溶或破损，使得制备得到的氧微滴稳定性下降。对比例2中，包裹液中不加入磷脂类粉末，包裹而成的氧微滴由于缺少磷脂层保护，易发生合并、熟化，形成大的氧气泡，氧微滴粒径大小分布变宽，氧微滴分散性稳定性均下降，不适用于静脉输氧。对比例3中，使用油酸甘油酯代替磷脂类分子，无法形成磷脂层包裹氧气，包裹性较差，制备氧液滴分散性稳定性降低，不具备实用性。

本发明实施例2以聚乙二醇修饰磷脂层包裹的氧气，制备氧微滴。聚乙二醇可与氧液滴包裹体上磷脂层发生氢键作用，物理吸附在氧液滴包裹体上，提高包裹体界面稳定性，所得氧液滴分散稳定性良好，生物相容性高，适用于静脉输氧。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而并非对本发明的限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于静脉氧合的氧微滴，其特征在于，该氧微滴包括呈球形的脂质层b，所述脂质层b为磷脂层，所述磷脂层的疏水端构成用于容纳氧气a的封闭内腔，所述磷脂层的亲水端构成所述氧微滴的球形外壁，所述磷脂层的亲水端还与聚乙二醇吸附层c键连。

2.如权利要求1所述的一种用于静脉氧合的氧微滴，其特征在于，所述氧微滴的直径在40～100μm范围内，平均直径为80μm。

3.一种如权利要求1所述氧微滴的生产方法，其特征在于，该生产方法利用具有同轴嵌套设置，且出口位于同一水平位置的内管路(30)和外管路(40)，以及设置在距内管路(30)和外管路(40)出口设定距离处的流动相出口小孔(11)制备氧微滴；

包括以下步骤：

S1.将两亲性分子粉末加入磷脂的生理盐水悬乳液中，超声处理直至溶液呈现半透明，得到包裹液，所述包裹液加入外管路(40)中；

S2.配制浓度为0.005wt％～1.0wt％的聚乙二醇水溶液作为流动相，并将所述内管路(30)和外管路(40)的出口没入流动相中；

S3.内管路(30)连接输氧设备，使氧气由内管路出口(31)流出，并使所述包裹液自外管路出口(41)流出，所述氧气被包裹液包裹，在流动相带动下，经过所述流动相出口小孔(11)，所述包裹液包裹氧气形成脂质层b，流动相形成与所述脂质层b键连的吸附层c，最终形成氧微滴。

4.如权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述内管路出口(31)的内直径为200～400μm，所述外管路出口(41)的内直径为400～600μm，所述流动相出口小孔(11)的直径为300～500μm，所述内管路(30)和外管路(40)出口距离所述流动相出口小孔(11)的竖直距离为0.7～1.0mm。

5.如权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述包裹液的具体制备方法为，取一定量的磷脂类粉末溶解在装有氯仿的容器中，搅拌溶解充分挥发氯仿后，得到贴附在容器壁上的磷脂类薄膜；取所述磷脂类薄膜0.5～4.0质量份加入100质量份的生理盐水中，搅拌形成磷脂悬浮液，再将1.2～10.0质量份的两亲性分子粉末加入上述磷脂悬浮液中，搅拌30min后超声处理直至溶液呈现半透明，得到所需包裹液。

6.如权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述磷脂类粉末为大豆卵磷脂、蛋黄卵磷脂、二硬脂酰基磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰胆碱、棕榈酰油酰磷脂酰胆碱中的任意一种或几种；所述两亲性分子粉末为山梨醇硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐单油酸酯、L-抗坏血酸棕榈酸酯中的任意一种或几种；所述步骤S2中，使用的聚乙二醇分子量为600～3000。

7.如权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤S1中，所述搅拌的转速为500～1500rpm，所述超声条件为在28～40KHZ下处理30～60min。

8.如权利要求3所述的生产方法，其特征在于，步骤S3中，所述氧气的流速为10～40ml/h，所述包裹液流速为10～40ml/h，所述流动相经过所述流动相出口小孔(11)的流速为300～1000ml/h。

9.一种制备如权利要求1所述的氧微滴的生产装置，其特征在于，包括包裹室(10)和设置在所述包裹室(10)下方的接收室(20)，所述包裹室(10)内沿竖直方向设置一个用于氧气传输的内管路(30)和一个用于包裹液传输的外管路(40)，所述内管路(30)和外管路(40)同轴嵌套设置，所述内管路(30)和外管路(40)的底端均设置出口，且出口位于同一水平位置；所述包裹室(10)的底部设置流动相出口小孔(11)连通所述接收室(20)，所述流动相出口小孔(11)的设置位置与所述出口相适配；所述内管路(30)连接氧气输送装置，外管路(40)连接包裹液输送装置，所述包裹室(10)内填充流动相且所述流动相自流动相出口小孔(11)进入所述接收室(20)。

10.如权利要求9所述的生产装置，其特征在于，所述氧气输送装置包括与所述内管路(30)通过氧气管路(61)连接的储氧罐(60)，以及设置在所述氧气管路(61)上的输氧泵(62)；所述包裹液输送装置包括与所述外管路(40)通过包裹液管路(71)连接的包裹液储罐(70)，以及设置在所述包裹液管路(71)上的包裹液输送泵(72)；所述包裹室(10)的侧壁开设流动相入口(12)，所述流动相入口(12)通过流动相管路(51)连接流动相储罐(50)，所述流动相管路(51)上还设置有流动相输送泵(52)。

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