哈佛大学 具有不同厚度外壳的微胶囊(红色)可以稳定地封装货物，并在精确校准的低渗透压下释放货物，允许药物和其他物质在人体内安全输送
学分:哈佛大学威斯学院 敲开鸡蛋释放蛋黄需要施加外力(就像拍打碗边一样)来克服蛋壳的强度
类似地，将含有微胶囊的治疗性生物分子输送到人体内需要在它们被注射后打破它们的容器，以便货物可以在正确的时间被输送到正确的位置
许多外部刺激可用于触发胶囊化分子的释放，其中最简单的一种是渗透压，因为它只需要引入水来引起微胶囊膨胀和破裂
然而，为了产生足够的内部压力来破坏胶囊壳，必须向微胶囊中加入大量的渗透剂来吸引水，并且由此产生的高破裂压力可能会损伤组织或导致血凝块
哈佛大学怀斯生物启发工程研究所和约翰·阿的研究人员已经找到了解决这个绊脚石的办法
保尔森工程和应用科学学院(SEAS)，他发明了一种方法来制造厚度不均匀的微胶囊，使它们在较低的渗透压下破裂，使它们在人体内使用更安全
这项研究发表在《小》杂志上
“我们的炮弹最薄弱的部分比最坚固的部分薄40倍，这使它们更容易破碎和释放它们的货物，”第一作者夏薇·张博士说
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怀斯研究所和SEAS的博士后研究员
“另一方面，这些微胶囊非常耐用，如果不暴露在升高的渗透压下也不会泄漏，使它们非常稳定，能够长时间储存其内容物
" 为了制造不均匀的微胶囊，研究人员使用玻璃毛细管微流体装置，采用水包油包水的方法，将含有渗透剂suc rose的水溶液封装在悬浮在油中的单体外壳内
当单体暴露在紫外光下时，它们相互反应并交联，在蔗糖溶液周围形成固体聚合物壳
通过改变蔗糖溶液“货物”和单体油“壳”流过装置的速度，研究小组发现它们可以改变形成的壳的厚度，形成一边壁厚而另一边壁薄的不平衡胶囊
微胶囊在外壳最薄的部分破裂，留下几十微米大小的开口，允许大多数生物分子和药物释放
学分:哈佛大学威斯学院 然后，研究人员通过加入水使微胶囊受到渗透冲击，水扩散到微胶囊中，使微胶囊在外壳最薄的部分开始膨胀
大约20-30分钟后，变薄的外壳破裂，形成一个几十微米大小的开口，这个开口足够大，可以成功释放大多数生物分子和纳米材料
增加外壳最薄和最厚部分之间的差异导致更多数量的爆裂微胶囊，证实不均匀性的程度影响货物释放的功效
第一作者曲博士说:“通过在制造过程中改变囊壳的厚度来制造高度不均匀的微胶囊，并以小得多的渗透压释放药物，这为控制释放开辟了一个新的应用领域，这对于药物在医学和其他领域的传递是非常重要的。”
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怀斯研究所和SEAS的博士后研究员
为了测试微胶囊的耐久性，研究小组在其中封装了一种荧光聚合物，并测量了它们核心的荧光强度随时间的变化
他们在封装后的30天内没有观察到强度的变化，证明微胶囊保留了它们的货物而没有泄漏
此外，聚合物的尺寸比大多数生物分子(如抗体和酶)小得多，这表明外壳可用于长时间保护和储存生物分子或药物
最后，研究人员将蛋白酶(一种分解蛋白质的酶)和蔗糖共同封装在微胶囊中37天，然后施加渗透休克以触发其内容物的释放
蛋白酶保留了91%的原始活性，表明这种储存方法不会显著损害其生物学功能
微胶囊是使用油包水包油技术制造的，该技术通过改变外壳和货物材料的流速来实现不均匀的外壳厚度
学分:哈佛大学威斯学院 “与细胞、纳米颗粒或囊泡等其他控释载体相比，该系统具有高度的通用性、稳定性和可定制性，使其成为一种有吸引力的替代物，可安全有效地为人类健康和其他应用输送药物和其他生物分子，”相应的作者大卫·韦茨博士说
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他是威斯学院的核心教员，也是SEAS大学的马林克罗特物理学和应用物理学教授
该团队通过优化外壳材料来进一步降低破裂所需的渗透压，从而继续开发微胶囊
他们计划首先将他们的技术应用于药物的输送，如治疗性抗体，目标是能够利用人体的高含水量作为注射后的破裂触发器
“这个项目是一个很好的例子，说明简单的解决方案往往比复杂的解决方案更好，因为打破微胶囊所需的唯一输入是机械压力，而不是复杂的化学或分子开关，”合著者唐纳德·英格博说
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他是怀斯研究所的创始主任，英国皇家医学院血管生物学和波士顿儿童医院血管生物学项目的尤达·福克曼教授，以及SEAS大学生物工程教授
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