药物制备（共8篇）
药物制备 篇1
摘要：本文根据作者多年工作经验,从酯类药物的种类和一般的制备原理对脂类药物的制备原理进行了阐述和探讨,希望能够帮助同仁。
关键词：化工,脂类药物,制备,原理
0 引言
脂质(lipid)是类脂(lipoid)、脂肪(fat)及其衍生物的总称，广泛存在于植物、动物等生物体中。脂肪是指三脂酰甘油(又称甘油三酯)。类脂的性质与脂肪类似，体内的类脂有磷脂、糖脂及类固醇(steroid)等。脂质类物质的共同物理性质是不溶或者很少溶于水，可以非常好的溶于一些有机的溶剂，如氯仿、乙醚、丙酮等。有一些脂质具有特定的生理、药理效应，并已经用于疾病的防治，称为脂质类药物。
1 酯类药物的种类
脂类药物种类较多，各种脂质类物质的结构和性质也相差很大，但大体可分为以下几类：1)胆酸类，如鹅去氧胆酸、胆酸钠、去氢胆酸等;2)不饱和脂肪酸类，如二十碳五烯酸、亚油酸、前列腺素、二十二碳六烯酸等;3)磷脂类，如脑磷脂、磷脂酞胆碱等;4)固醇(sterol)类，如麦角固醇、胆固醇等;5)色素类，如血红素、胆红素等;6)其他，如鳖烯等。
脂类药物的药理作用和临床的应用各不相同。如胆酸钠具有乳化肠道脂肪、抑制能够致病的菌类生长等作用，临床上可以用来医治胆囊炎、胆汁缺乏症及消化不良等;鱼油多不饱和脂肪酸具有调血脂作用，用来预防动脉粥样硬化和防治高脂血症;前列腺素E1和E2具有收缩平滑肌作用，临床上一般使用在早中期引产、催产和抗男性的不育症;胆红素是一种抗氧化剂，具有清除氧自由基的共用，是人工牛黄的主要组成成分。同一种类的脂类药物，因为它的结构存在差异，也会具有不同的药理作用，在临床上的应用也不尽相同。
2 脂类药物的一般制备原理
脂类药物种类多，结构和性质差异较大，决定了其来源和生产方法的多样性，有的可从生物细胞中直接提取和纯化，有的可由微生物发酵或酶转化法生产。脂类药物制备方法多种多样，由于脂类药物有不溶或微溶于水、易溶于某些有机溶剂的共性，在制备方法上也有一些规律可循、一些方法适用较广。
2.1 脂类药物的提取
根据要制备脂质的种类、理化性质、存在的状态，用适宜的提取溶剂、工艺路线和操作条件进行提取。
自然界中脂质大多是以游离的形式存在的，但是一种脂质往往与其他脂质共存，主要是基于相似相溶的原理通过疏水相互作用存在一起。有些脂质是以结合的形式存在的，如脂蛋白、糖脂中的脂质，它们以共价键与其他物质结合。
有些脂质没有极性或极性较弱，如脂肪;有些脂质有极性或有离子基团，如磷脂。因此，在选择溶剂时应区别对待。对于没有极性或极性较弱的脂质，一般通过非极性溶剂对它们进行提取，如氯仿、乙醚、苯等;脂质本身含有极性时，通常会用相对极性较强的溶剂提取，如丙酮、乙醇等。对于共价结合的脂质不能用溶剂直接提取，要先用酸或碱水解使脂质分子从复合物中分裂出来，再根据其极性的强弱进行提取。
进行提取操作时，一般是在室温的情况下进行，除非特殊情况要求时，才可以在低于室温的情况下进行提取实验操作。在对不稳定的脂质进行提取实验时，一定要避免对溶液进行加热。使用含醇的混合溶剂能使许多醋酶和磷脂酶失活，对于比较稳定的酶我们可以把它放在沸腾的水中浸泡1min～12min，使酶的活性消除。对高度不饱和的脂质的提取时，溶剂中要通入氮气以驱除空气，并在向容器中通入氮气的条件下操作。
2.2 脂类药物的纯化
脂质的纯化最主要的任务是将目的脂质中的其他脂质杂质去除，因此，脂质的纯化工艺和采取的单元操作也是根据目的脂质与脂质杂质性质的差异来设计。这些性质包括极性、荷电性质、溶解度、分子量、结晶性、沸点等。常采用的方法有以下几种：
1)溶剂法
利用脂质在不同溶剂中溶解度的不同进行分离，其中包括沉淀法和萃取法。例如，利用磷脂酸胆碱和脑磷脂不溶于丙酮而胆固醇溶于丙酮的性质可实现磷脂与胆固醇的分离，进一步利用磷脂酞胆碱溶于乙醇而脑磷脂不溶于乙醇的性质可实现磷脂酞胆碱与脑磷脂的分离。
2)层析法
吸附层析是在制备规模上分离脂质混合物常用的有效方法。吸附层析是通过离子力、极性等的相互作用力把各种类型的化合物黏到固体吸附剂的上面，然后用极性变化的溶剂进行洗脱，使不同极性的吸附物得到分离。通常情况下，洗脱的次序是按照极性增大的方向进行的，我们可以从脂类的混合物中按照极性增大的次序分理处各类物质，部分脂类的顺序为：蜡、固醇酚、脂肪、长链醇、脂肪酸、固醇、二脂酸甘油酷。
离子交换色谱也常用于脂质的纯化。脂质分为非离解的、两性离子的和酸式离解的三种情况，因此可根据混合物中脂质荷电性质的差异用离子交换层析进行分离纯化。在应用离子交换层析分离纯化脂质时，应特别注意和应用pH的影响与作用。
3)尿素包合法
尿素一般是四方晶形，当与某些脂肪族化合物化合时形成包合物时，尿素通过-NH2与相邻尿素分子的氧形成氢键，构成直径约为0.5nm内壁为六方晶格的管道，把其它的脂肪酸或者另外的分子进行包合。包合物的框架有尿素分子通过螺旋状的方式构成，每个单元晶格里面含有6个尿素分子。截面积大的含有支链的脂肪酸被阻挡在管道外面。在管道里面的直链脂肪酸和尿素通过相互的作用力结合在一起形成了稳定的包合物。分子间的引力跟脂肪酸的碳链长成正比，碳链越长包合物就越稳定。碳链较短或双键较多的脂肪酸很难跟尿素结合成稳定的包合物。
实际操作过程中，我们把尿素和混合脂肪酸进行混和，先把它们溶解于热的甲醇中，冷却至室温或0℃进行结晶，再将包合物和母液分别与水混合，按常规用乙醚或石油醚萃取，即可得成品。
3结论
脂类药物的制备原理有很多，不同的脂质药物有不同的制备方法，在制备过程中要充分考虑外界环境的影响和制备方法的可行性。在充分论证的基础上，依据制备原理进行合理操作，相信一定能够得到自己想要的脂质。
参考文献
[1]林元藻,王凤山.生化制药学.北京:人民卫生出版,1997.
[2]吴梧桐.生物制药工艺学.2版.北京:中国医药科技出版社,2006.
药物制备 篇2
关键词：阿维菌素类药物 酶联免疫法 快速检测
中图分类号：S854文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2014）14-0019-04
Abstract： The method of enzyme-linked immune-sorbent assay （ELISA） was used to detect the residues of AVMs in food. The judgment of positive and negative were the same when using ELISA and HPLC to detect the samples. The ELISA method was sensitive with high repeatability and specificity， and suitable for detecting AVMs residues in food.
Key Words： AVMs enzyme-linked immune-sorbent assay（ELISA） quick-tested
食品行業是一个关系到人们健康的敏感行业，食品安全问题引起了全社会前所未有的关注。尽管科技进步显著降低了疾病对人类的危害，但随着新型农药、兽药的大量使用，农、兽药残留仍然是人类健康的威胁之一。阿维菌素（Avermectins）是一种应用广泛使用的杀虫、杀螨剂，是一种具有十六元环结构的大环内酯类抗生素。由于其具有高效、广谱、低残留、相对安全等特点，一直被广泛用于农药和畜牧业中。目前，主要采用仪器检测对农畜牧产品中的阿维菌素药物残留进行检测控制，但仪器设备及试剂较昂贵、耗费长、需配备专业的检测人员，不便于现场检测，给检测造成了很大的困难。
本研究在何方洋[1]已经成功研制出阿维菌素抗原及单克隆抗体的基础上，自制阿维菌素抗原和阿维菌素单克隆抗体，以酶标记后采用间接竞争ELISA试剂盒原理制作出快速检测试剂盒，以满足灵敏度高、成本低廉及检测及时的筛查工作。
1 实验材料及方法
1.1 实验材料
阿维菌素标准品购自北京标准物质研究中心；牛血清白蛋白（BSA）、氯化钠、磷酸盐等均购自北京百欣试剂公司；酶标仪（最大量程为4.0）上海雷勃分析仪器有限公司；涡旋仪、均质器湖南湘立科学仪器有限公司；牛血清白蛋白BSA、卵清蛋白OVASigma公司；辣根过氧化物酶标记的羊抗鼠二抗美国Jackson公司；底物显色液由A液和B液组成，A液为过氧化氢，B液为四甲基联苯胺；2%氯化钠溶液、洗涤液、封闭液、终止液；实验室自制。
1.2 实验方法
1.2.1 AVM抗原的制备
AVM抗原的制备参照朱蓓蕾[2]等人的方法。
1.2.2 AVM单克隆抗体制备及鉴定
（1）动物免疫方法。以AVM-BSA为免疫原，免疫雌性BALB/c小鼠（8～12周龄）。首次免疫每鼠用100g的AVM-BSA（以载体蛋白计）与等量FCA混合制成乳化剂，颈背部皮下多点注射。二免和三免时，将FCA换成FICA，剂量和方法同首免。每次免疫间隔2周。融合前3天每只小鼠腹腔注入50gAVM-BSA进行加强免疫。
（2）免疫细胞培育。四免后第3天，无菌条件下取小鼠脾细胞与SP2/O细胞融合（10：1）。融合剂为50%的PEG2000，静置2min，加入25ml无血清DMEM营养液，静置5min，8000g/min离心15分钟，用20mlDMEM营养液悬浮混匀，铺种于2块96孔细胞培养板（含饲养细胞），每孔100l。待细胞长至孔底的1/2～1/3时，阳性细胞迅速扩大培养并采用有限稀释法进行亚克隆。10～14天后，取细胞上清检测，计算阳性率。阳性率100%时，得到稳定的细胞株。
（3）单克隆抗体制备。采用体内诱生腹水法进行大量单克隆抗体的制备，将BALB/C小鼠（8周龄）腹腔注入灭菌石蜡油0.5ml/只，7天后，再注入阳性细胞1×106个/只，10天后抽取腹水。离心去脂肪层和细胞层后，用饱和硫酸铵法纯化，分装冻存。阳性细胞经过3次亚克隆，阳性率达100%，得到稳定分泌单克隆抗体的细胞。
（4）单克隆抗体的鉴定。经琼脂扩散沉淀试验、间接ELISA检测、染色体计数和SDS-PAGE电泳检测，确认该单克隆抗体的免疫球蛋白亚类为IgG1，分子量为165.7KDa，染色体数目为89～94条，亲和常数为1.80×1010M-1。
（5）羊抗鼠抗抗体及酶标记抗抗体的制备。参照杨利国[3]等人的方法，以羊为免疫动物，以鼠源抗体为免疫原免疫无病原体羊，得到羊抗鼠抗抗体；再采用过碘酸钠法将羊抗鼠抗抗体与辣根过氧化物酶（HRP）进行偶联，得到酶标记抗抗体。
1.2.3 试剂盒的制备
以100uL适宜稀释倍数的阿维菌素抗原稀释液包被96孔酶标板，37℃孵育2h，然后用洗涤液洗板3次，拍干，用150uL封闭液封闭，37℃孵育2h，取板后拍干。
1.2.4 阿维菌素类药物试剂盒配套试剂
96孔酶标板，标准品1～6（浓度为0、0.5、1.5、4.5、13.5、40.5ug/L）高浓度标准品（浓度为5mg/L），酶标二抗，抗体工作液（以最佳稀释浓度稀释的间克隆抗体），底物液A液，底物液B液，终止液，20×浓缩洗涤液，2×浓缩洗涤液。
1.2.5 样本前处理方法
nlc202309020217
本研究以鸡肉为样本，用均质器均质组织样本；称取3.0±0.05g均质后的组织样本至50ml聚苯乙烯离心管中，加入9ml乙腈、3ml正己烷，用振荡器3000g振荡10min，15℃（59）离心5min；移取1ml下层液至10ml洁净干燥玻璃试管中，于50-60℃水浴氮气流下吹干；加入1ml复溶工作液，用涡旋仪涡动1min，超声波溶解10min，再用涡旋仪涡动1min。取出100μl溶解后的样本液，加入100μl复溶工作液，用涡旋仪涡动30s，混匀；取20μl用于分析。
1.2.6 试剂盒各技术参数的确定
分别对试剂盒的灵敏度、准确度、检测限、精密度、稳定性、交叉反应率进行试验，并将灵敏度、精密度和准确度与HPLC检测的灵敏度、精密度和准确度进行对比。
2 结果分析
2.1 最佳单克隆抗体浓度的确定
测定添加10μg/kg阿维菌素标准品的鸡肉样品OD450的结果见表1。
结果表明，抗体浓度为1×103時标准曲线扭曲变形相关参数无法计算，可以看出抗体浓度在4×104：1000倍稀释时，最大吸光值、回收率和50%抑制浓度均处于最佳状态。
2.2 最佳抗原包被浓度确定
由表中可见，随着包被浓度的降低，曲线的IC50值也在下降（即灵敏度在提高），AVM-OVA包被抗原3000倍稀释时，试剂盒IC50和最大吸光度值等技术指标均较好，6000倍稀释时试剂盒的吸光度值较低，因此选择3000倍的AVM-OVA稀释浓度进行包被。
上述一系列实验表明，阿维菌素ELISA检测方法的最适条件分别为：包被抗原液稀释倍数为3000，单克隆抗体液稀释倍数为40000，酶标二抗液稀释倍数为1000。
2.3 试剂盒灵敏度和检测限试验
该方法对鸡肉样本的检测限为1.5g/kg，对其它不同种类食品检测限略有不同。具体结果见表3。
2.4 样本精密度和准确度试验
以5、10、20mg/kg三个浓度的阿维菌素分别对鸡肉样品进行添加，用三批试剂盒进行测试（测试数据见表4）。
从表4可以得出，样品平均回收率在68.5%～92.6%之间；批内、批间相对标准偏差均小于15%。
2.5 试剂盒稳定性试验
当试剂盒存放在4℃时，经过12个月的测定，从生产之日起到第9个月，试剂盒的最大吸光度值（零标准）、50%抑制浓度、阿维菌素添加回收率均在正常范围之内。到第12个月时检测结果发现标准吸光度值在0.6以下，试剂盒灵敏度有一定下降，阳性样本加以率也有下降趋势。
当试剂盒存放在37℃时，该试剂盒在37℃经7天的保存试验，OD值有所下降，但零标准吸光度值仍在0.9以上。回收率在73.4%-97.3%；标准品板内变异系数在10%以下。将试剂盒在37℃保存的条件下放置7天，（据唐伟国著[4]《医学验诊断试剂的制备与应用》介绍，试剂盒在37℃每稳定一天，可相当于4～10℃保存一个半月）进行老化试验，结果表明该试剂盒各项指标完全符合要求。
从以上研究可得出阿维菌素类药物多残留试剂盒可以在4℃至少保存6个月以上。
2.6 交叉反应率试验
阿维菌素抗体与麦迪霉素、螺旋霉素、链霉素、庆大霉素、新霉素和四环素等非阿维菌素类药物的交叉反应率均小于1%，而与阿维菌素类药物的交叉反应率大，说明抗体特异性高。结果见表5。
2.7 与高效液相结果比较
2.7.1 灵敏度比较
用本试剂盒和仪器方法[6]分别测定了随机鸡肉样品共10份样品，结果如表6。
由于仪器方法的最低检测限为1g/kg，低于1g/kg的样品不能检出；用试剂盒方法检测鸡肉样品的最低检测限为1.5g/kg，按照试剂盒最低检测限1.5g/kg判定，低于1.5g/kg的，表示符号为“-”，高于1.5g/kg的，按照实际检测结果报告。从表可知，试剂盒的准确度与仪器检测结果相同，阴阳性符合率为100%。
2.7.2 精密度和准确度比较
同等条件下，分别按照高效液相色谱和自制试剂盒检测提供的方法，以5g/kg浓度对空白鸡肉进行阿维菌素添加回收试验，比较仪器检测方法和自制试剂盒检测方法的平均回收率和变异系数。自制试剂盒检测方法中，将添加样品在3块不同酶标板上测定，做4个平行，计算变异系数。结果见表7。
由表7可见，高效液相色谱检测方法以5g/kg浓度添加，平均回收率为82.0%，变异系数为7.0%。自制试剂盒以5g/kg浓度添加时，平均回收率在73.4%～78.0%之间，批内、批间变异系数均小于15%，自研试剂盒适于实际样品的检测。
3 讨论
我国国家标准《动物源食品中阿维菌素类药物残留量的测定》[5]和农业部标准《动物源食品中阿维菌素类药物残留量的测定——高效液相色谱法》[6]，通过将样品处理后，进行衍生化后用液相色谱法进行测定，该标准对动物源食品中阿维菌素、伊维菌素、多拉菌素、埃普利诺菌素的检出限均是1.0μg/kg，而本研究中制备的试剂盒对应鸡肉、鸡肝、虾中阿维菌素的检测限分别为1.5、1.9、1.6μg/kg，与国标检测限比较十分接近。另外，由于样品衍生化需要一定的时间100min，再加上仪器检测时间就更长，因此利用酶联免疫试剂盒能够比国标方法更加快速、简便地检测出动物源食品中的阿维菌素类药物的含量，而该试剂盒的操作时间最长仅需25min，适合现场大量检测样本的检测，更符合快速检测的要求，实现了对阿维菌素类残留的简便、快速、精确检测。
参考文献
[1]何方洋等.阿维菌素类药物单克隆抗体的制备和鉴定[J].现代畜牧兽医，2010.07，48- 51.
[2]朱蓓蕾，动物性食品中阿维菌素类药物残留高效薄层色谱分析方法的研究[J].动物毒理学，1997， 12（2）： 11- 16.
[3]杨利国，胡少昶，魏平华等.酶联免疫技术[M].江苏：南京大学出版社，1998.
[4]唐伟国主编.医学检验诊断试剂的制备与应用[M].上海：上海科学技术文献出版社，1996.
[5]GB/T21321-2007，动物源食品中阿维菌素类药物残留量的测定—免疫亲和-液相色谱法[S].
[6]农业部781号公告-5-2006，动物源食品中阿维菌素类药物残留量的测定—高效液相色谱法[S].
[7]王永明，黄耀凌，王鹤佳等.链霉素酶联免疫检测试剂盒的稳定性研究[J].中国兽药杂志，2007，41（7）：23-24，31.
[8]唐伟国.医学检验诊断试剂的制备与应用[M].上海：上海科技文献出版社，1996：99.
稳定性药物制剂及其制备方法探讨 篇3
药物的稳定性主要体现在药物制备、存储以及使用过程中所发生变化的大小, 在临床医学中, 对于药物质量的评价也需要通过药物的稳定性来进行。如果药物的稳定性较差, 在使用时就会出现降解等问题, 患者使用了药物不仅达不到治疗的效果, 严重时还会产生一系列的负面效应。近年来, 我国在药物的稳定性上面也做出了相应的规范标准, 同时很多制药厂也利用了新的药物制备技术来进行制药, 这样也很大程度的避免了药物出现降解等问题。纳米技术是目前较为先进的制药技术, 在实际应用过程中也有着非常好的表现效果, 并且在其他的相关领域中也都有着非常广泛的应用。纳米技术所制备的药物在制作后表面效应和小尺寸的效应也是其他制药方法所不具备的特点, 使用纳米药物的过程中也有着多种特异性和高效性, 因此也被人们所广泛采用和认可。利用纳米制药技术生产的药物在稳定性、效率上也都相对较高, 其中制作方法上也分为几种不同的类型, 其中包括了化学合成法、机械粉碎法以及物理分散法等, 下面通过对几种制备方法的介绍来详细说明纳米技术在制药中的重要作用。
2化学合成法
在采用纳米技术进行制药的过程中, 化学合成法是最为常见的一种合成方式, 化学合成法主要包括了乳化聚合法以及微乳液法等两种方法, 第一种方法主要是采用了表面活性剂来将不相容的两种溶剂进行溶解, 溶解后得到的微乳液在制备的容器中就逐渐的形成核、聚结、团聚、热处理等, 并且在逐渐的反映过程中形成纳米粒。第二种方法主要是利用了一些相关的化学处理方式除了口服胰岛素毫微球、聚氰基丙烯酸正丁酯纳米粒等, 将药物分别放置在室温环境、冰箱内, 对其外观、纳米粒形态、再分散性进行观察, 如果没有发生变化, 并且一切的指标都相对正常, 那么也说明这种方法进行制药的稳定性也相对较高。
由脂质、水以及助表面活性剂和表面活性剂粗恶等组成的溶液就是我们通常所说的微乳, 微乳液法进行制药在保证药物稳定性上的效果也非常明显, 其中主要主要方法就是利用微乳液来将制备药物进行高温加水、表面活性剂以及主表面活性剂的混合物等加热来达到脂质的温度, 在这样的过程中不断的进行搅拌和加入脂质的熔融体, 完成后再通过一定比例的混合来继续进行下一步的搅拌工作, 这样所获得的制剂就是微乳制剂, 这种制剂的生产方法对操作要求并不高, 同时在保证药物稳定性上也有着非常好的效果。
3机械粉碎法
机械粉碎法与化学合成法有着本质上的区别, 其中机械粉碎发主要是采用了物理的制作方法, 将物质利用特定的机械粉碎来形成纳米粒子, 这样在粉碎的过程中也不会出现化学变化。较为常见的机械粉碎法主要有超临界流体-液膜超声技术、气流粉碎技术以及高压均质法-气穴爆破法等几种。目前在应用过程中这几种也都有着各自不同的特点, 并且也都有着各自的优势。利用球磨机进行制药的过程中一天就可以制备出一定范围直径的四君子汤纳米药剂, 并且在经过了长期的实验中也可以看出, 这项制作技术在应用于肠道微生物生态失调的白鼠中相比其他药物也有着非常明显的表现效果。同时, 纳米药物制剂的生物利用度和药物的活性也都相对较高, 在保证药物制作的成本上和提高资源利用率上也都有着非常明显的优势。
在高压的作用下, 高压均质设备可以将制备药品表面的活性剂溶液挤出, 在这这样的情况下, 空隙中的动力压强也会相对有所提高, 同时静压也会相对减小, 而制备药品在常温的状态下会出现沸腾的情况, 这样所产生的气流和爆裂就会进一步的粉碎药物微粉。而在经过多次的粉碎作用后, 就会形成固体含量约为20%的纳米制剂。而在实际应用中我们也可以看出, 采用了这种方法来进行药物的制备后, 其稳定性也会大大提高, 并且在实际应用时也受到了人们的普遍认可。
4物理分解法
当前, 药剂生产中常用的物理分解法包括溶剂扩散法、高压乳化法、逆向蒸发法、双乳法、乳化-溶剂挥发法等。
高压乳化法主要是在高压作用下推动液体使其通过窄缝, 短距离内流体高速运转, 并利用十分高的剪切力将颗粒撕开至微米大小。试验表明[3], 用高压乳化法制作的醋酸曲安奈德纳米脂质体作用于人体, 可以有效减少药物从皮肤中透过的量, 从而使其滞留在皮肤中的量显著增加, 极大程度上降低了药物的全身性副作用。
乳化-溶剂挥发法。以罗哌卡因乳酸羟基乳酸共聚物微球 (ROP-PLGA-MS) 的制备为例, 制作前, 首先将ROP溶解在水中, 用二氯甲烷溶解乳化剂与PLGA并作为有机相, 倒入已经制备好的ROP水溶解液, 用高速分散均质机进行高速搅拌至其形成乳状, 将其慢慢滴加到含有稳定剂PVA外水相中, 在常温下持续搅拌2h逐渐挥发, 再用蒸馏水离心洗涤, 在冷冻干燥的环境下保持48h, 所制备出的纳米粒子直径均匀, 可长时间有效释放, 具有极强的稳定性[4]。
逆向蒸发法。这种做作方法相比以上两种制作方法也有着明显的区别, 其中主要是讲磷脂等多种材料溶解在有机的溶剂当中, 再通过超声波等来对乳状液进行持续的照射, 而后再把蒸发后的有机溶剂去除, 这样所获得的纳米粒子就可以进行应用。在采用这种方法时, 利用逆向蒸发法制备出氟尿嘧啶脂质体, 经观察和试验, 这种药物平均直径为282nm, 平均包封率为75.5%, 且药物外观平整圆润。利用相同方法制备的鱼腥草挥发油纳米脂质体平均直径则更小, 仅有96nm, 包封率则达到了99%以上。将该药物对小鼠静脉注射后所产生的抑菌效果明显优于常规组, 此外对小鼠的肺部靶向效果也十分显著。
5结论
从上述内容中我们也可以看出, 目前在针对药物制剂稳定性方面我们也做出了很多的研究, 其中纳米技术制备的药物所表现出的效果较为明显, 因此对纳米制药进行进行广泛的应用推广, 这样不仅可以有效的降低药物生产的成本, 同时也具有更好的发展前景。然而需要注意的是目前在纳米制药过程中无论是理论上还是实际应用中依然还存在着一些不足, 还需要我们进一步的加以改进和完善, 这样也才能够获得更多的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]陈宏杰.影响药物制剂稳定性的因素及解决办法研究[J].中国医药指南, 2013, 19 (08) :749-750.
[2]戴雅芳.浅析影响药物制剂稳定性的主要因素[J].时代教育, 2013, 21 (06) :217-219.
药物制备 篇4
1 药物微囊制备技术
1.1 药物微囊简介
药物微囊化技术是指将固态或液态药物包裹成直径为1~500μm的药库型微型胶囊。微囊技术最先由美国威斯康星大学的渥斯特教授发明,他采用空气悬浮法制备了微囊,并成功地运用于药物的包衣[1]。根据药物和囊材的性质以及对微囊化释放性能、粒径、靶向性的不同要求,采用物理机械、物理化学、化学等方法,将药物微囊化,制成分散剂、片剂、颗粒剂、胶囊剂和注射剂等不同的剂型,从而研发出疗效更显著的新药[2]。
1.2 微囊化技术方法
微囊制备方法很多,据统计约有200多种[3]。制备药物微囊可根据药物、囊材的理化性质,以及所需粒度与释放性能的不同而选择不同的微囊化方法[4]。
微囊化的方法根据原理可以分为化学法、物理化学法和物理机械法3类。化学法主要有界面缩聚法、辐射交联。物理法主要有凝聚法、溶剂—非溶剂法、液中干燥法。物理机械法主要有喷雾干燥法、空气悬浮法、真空蒸发沉积法、静电结合法、挤压法。其中常用的方法包括界面聚合法、复凝聚法、喷雾干燥法、包结络合法等[5]。
此外,静电自组装技术[6]、超临界流体技术[7]以及乳滴模板法[8]等也被应用于药物微囊的制备。
2 高压静电喷雾药物微囊化技术
2.1 传统微囊化工艺的局限性
(1)对微囊化环境要求高。在传统的微囊制备过程中,往往会加入有机溶媒如氯仿、二氯甲烷等从而使蛋白类药物稳定性降低。水溶性药物微囊化的传统方法主要有单凝聚法、液中干燥法、喷雾干燥法等[9]。单凝聚法需要调节溶液p H和温度,引入甲醛等有机溶剂。液中干燥法成囊过程中需要进行加热减压等操作步骤,较复杂。喷雾干燥法存在蒸发温度高,活性物质易失活,制得的微囊囊膜脆性大等缺点。
(2)粒径调节范围窄。微囊的粒径直接影响到药物的释放和生物利用度,是微囊性能中重要的指标因素。传统工艺由于其工艺特点,不能根据要求定量控制微囊的粒径,调节粒径的范围比较窄或者不易调节。
2.2 高压静电喷雾微囊化的优点
制备过程在直流高压发生器的正负极板之间的电场中发生。喷枪悬于盛有固化液容器的液面上方一定距离处,使具有一定导电率的溶液克服黏滞力和表面张力喷射形成细小液滴喷雾,并在收集装置中固化成囊[10]。Eri Sasaki等人研究发现高压静电喷雾可以用于转化酶微囊的制备,微囊囊壳薄且粒径均匀[11]。
高压静电喷雾微囊化方法主要有以下优点:
(1)避免使用有机溶剂。高压静电喷雾制备微囊避免使用传统成囊法所需的有机溶媒,同时有利于提高多肽蛋白类药物的稳定性。
(2)室温常压条件。制备微囊过程一般在室温常压就可以达到成囊要求。
(3)粒径大小易调节。静电喷雾法制备微胶囊,成囊性好,粒径均匀,无菌操作,并且可通过调节电压控制微囊的粒径到微米级[12]。薛伟明等人用静电液滴工艺,通过减小原料液表面张力,增加电场强度并改善电场分布,制备了d≤10μm的蛋白质微球载体[13]。陈爱政等人研究发现随着电压升高,使用不同型号的平针头所制得的胶珠的平均粒径均快速地减小[14],因此,通过适当调节电压、推进速度和更换针头,可得到粒径不同的微胶囊。
(4)实现规模化生产。锐孔法具有反应条件温和,操作简单,不使用有机溶剂等优点,但是它不易大规模工业化生产[15]。在锐孔法的基础上施加电场可以加快成囊速度且减小粒径,易实现规模化制备微囊。
2.3 囊材与芯材的选择
高压静电喷雾微胶囊化方法最常用的囊材是海藻酸钠或是壳聚糖-海藻酸钠等复合囊材[16~19]。高压静电法喷雾法主要用于多肽、蛋白等水溶性药物以及细胞为芯材的微囊的制备[20~24]。
2.5 工艺过程分类
高压静电喷雾制备微囊的装置主要包括喷雾装置和接收装置。据文献记载[25~28],高压静电喷雾方法制备海藻酸钠微囊的工艺根据海藻酸钠溶液滴入顺序的不同分为以下2种工艺:
(1)将海藻酸钠与芯材混合置于喷雾装置中,将固化液Ca Cl2置于接收装置中。其中Ca2+与海藻酸钠反应形成海藻酸钙胶珠。该工艺可以制备海藻酸钙胶珠和液芯微囊。制备的海藻酸钙胶珠可以经柠檬酸钠等液化内芯得到液芯。如朱敏莉等人利用高压静电制备了海藻酸钠-壳聚糖-海藻酸钠液芯微囊。
(2)将海藻酸钠溶液置于喷雾装置下方的接收装置中,将芯材与Ca Cl2等置于喷雾装置中。该工艺多用于制备液芯微囊。
3 展望
(1)高压静电喷雾法主要用于蛋白类及其他水溶性药物微囊的制备,囊材主要是海藻酸钠及其复合囊材。对于其他芯材和囊材的报道尚少,有待开发研究更多适合于高压静电喷雾微囊化的芯材和囊材。
药物制备 篇5
自1984年有文献报道聚N-异丙酰胺具温敏性以来,聚N-异丙酰胺及其衍生物已广泛用于药物释放研究[6]。但PNIPA水凝胶响应速度较慢,在化学制备过程中有少量残留引发剂等杂质,使其应用受到限制[7]。另外对于一些药物如抗癌药物,要求其在胃液中的释放速度小于在肠液中的释放速度,所以PNIPA水凝胶的单一响应性难以达到局部准确释放药物的目的。为提高水凝胶的响应速率,可采用引入动态接枝链[8]、冷冻法、互穿聚合物网络法[9]和成孔剂法等。其中,成孔法是最为常用的改善水凝胶性能的方法之一。通过改变水凝胶孔洞的数量和尺寸,可以提高水凝胶的溶胀性能和响应速率。在水凝胶的制备方法中,紫外光照法合成凝胶是目前研究比较少并且比较新颖的合成凝胶方法,它具有条件简单,反应易于控制的优点。
本文以NIPA为单体,不同分子量的PEG作为致孔剂,并且在体系中引入了对p H敏感的甲基丙烯酸成分,赋予凝胶温度/p H双重敏感性,同时使凝胶内部形成孔洞,在提高凝胶响应速率的同时,实现靶向给药。
1 实验试剂与仪器设备
1.1 实验试剂
N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM,AR):自制,用甲苯-正己烷(1∶7,V/V)混合溶剂重结晶;N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS-A,AR),安息香双甲醚(Doublecure BDK Lot No.86110)为光引发剂,聚乙二醇(PEG,AR),无水乙醇(AR),α-甲基丙烯酸(AR)。实验用水为自制蒸馏水。
1.2 仪器设备
SYP-Ⅲ型玻璃恒温水浴,FA1004型电子天平,DZF6020型真空干燥箱,101-1 AB电热鼓风干燥箱,C型玻璃仪器气流烘干器,AVATAR-360型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),T6紫外分光光度计,JSM-840型扫描电镜,PHSJ-3F型p H计,紫外灯(175W)。
2 凝胶制备、表征及性能
2.1 水凝胶的制备
称取180.0mg单体NIPA以及一定量的光引发剂BDK、交联剂BIS-A于5m L的玻璃具塞试管中,用微量进样器量取一定量的MAA注入试管并移取1.5m L的85%无水乙醇,依次加入不同分子量的PEG,用力震荡或加热使固体全部溶解,然后编号。通入氮气5~10min以排出全部氧气(因为氧气是阻聚剂),用塞子盖紧,将试管放在距紫外灯5cm的地方进行光照聚合,反应在室温下进行。反应完全后,终止光照,得到透明状的凝胶。之后取出试管,脱模,切片,得厚度约为3mm的圆形凝胶,先用去离子水反复洗数遍,然后再将凝胶置于去离子水中浸泡,每隔12h换水1次,以除去未反应的杂质。4d后将凝胶真空烘干,依次编号为PEG 0、PEG 2000、PEG4000和PEG 6000,置于干燥器中待用。
2.2 水凝胶的表征及性能
2.2.1 红外光谱(FT-IR)
取少量凝胶与KBr在60℃的真空干燥箱中充分干燥,取出后研磨并压片,采用傅里叶变换红外光谱仪采集样品红外光谱,振动频率范围:4000~400cm-1。
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
液氮淬冷法能够较好地保持凝胶表面孔洞结构。将达到吸水平衡的水凝胶样品取出,用滤纸擦去水凝胶表面的水后放入液氮中淬冷,再转入冷冻干燥机中干燥除水。切取干燥后的小块样品表面经喷金后,用JSM-840型扫描电镜在一定加速电压下对凝胶表面进行观察。
2.2.3 差示扫描量热(DSC)
在水凝胶溶胀平衡状态下,以锋利刀片切下约30mg样品,用DSC分析仪进行差热分析,升温速率3℃·min-1,测试其体积相转变行为和水分挥发过程。
2.2.4 水凝胶退胀动力学
将完全溶胀的凝胶称重,然后置于60℃恒温水浴锅中,每隔一定时间将水凝胶取出称重,按式(1)计算保水率(Water Retention,WR):
式中,Wd表示水凝胶干质量,Wt表示水凝胶于60℃水中在t时间的质量,W∞表示室温中水凝胶的质量。
2.2.5 水凝胶再溶胀动力学
将干凝胶称重后置于25℃的蒸馏水中,每隔一定时间取出水凝胶,迅速用滤纸擦拭吸取表面水分,称其质量,并按式(2)计算吸水率(Water Absorption,WA):
式中,W0表示水凝胶干质量,Wt表示水凝胶在25℃蒸馏水中t时间的质量,W∞表示凝胶中水的质量。
2.2.6 水凝胶p H敏感性测试
首先配置p H分别为2.0、4.0、9.0、12.0的缓冲溶液,其p H用p HS-25C数显酸度计测定并校准,用Na Cl溶液将其离子强度统一调至0.10mol·kg-1,然后,取在20℃蒸馏水中溶胀平衡后的小块凝胶,分别放入上述p H缓冲溶液中,充分溶胀后,用湿的滤纸快速擦去其表面的水分并称重,直到恒重为止;最后,将其放入80℃真空烘箱中,干燥12h至恒重,并按照式(3)计算其平衡溶胀比(SR)。
2.2.7 药物缓释实验
将干凝胶放在定量乙酰水杨酸的溶液中浸泡一昼夜,得到载药凝胶。然后将载药凝胶块分别放于不同p H值缓冲溶液中(用HCl、Na OH和Na Cl等调制,以保持离子强度相等),在37℃下进行释放试验,每隔固定时间取3m L释放溶液,同时迅速补充3m L原溶液,用紫外-可见分光光谱仪测定释放介质浓度,根据标准工作曲线计算浓度,并绘制释药率-时间曲线。
3 结果与讨论
3.1 原料组分对凝胶形成的影响
通过实验发现,光引发剂的用量应控制在0.33%以内,用量过多,容易产生气泡;反之则聚合反应缓慢甚至不聚合。交联剂应在0.67%以内,用量过多,凝胶硬度大但是很脆,易碎;用量过少,凝胶会很软,不成型。
3.2 水凝胶的红外光谱分析
加入不同分子量的PEG制得的一系列产物红外光谱见图3。
从图3可看出,凝胶中PEG分子量不同时,构成的产物红外光谱图基本相同,这说明PEG对产物的分子结构没有明显影响。1637.61 cm-1处为酰胺Ⅰ带,是C=O的吸收峰;1560.28 cm-1是酰胺Ⅱ带-NH-的面内弯曲振动峰;2973 cm-1左右的峰是甲基和次甲基的C-H振动峰;1417cm-1附近为C-H的不对称弯曲振动峰。1346cm-1附近为-CH(CH3)2中双甲基的对称振动耦合分裂峰,再加上1130.75cm-1处的C-C骨架振动吸收峰,可以证明-CH(CH3)2的存在。1271.46cm-1处为C-O的伸缩振动峰。由此说明该聚合物为N-异丙基丙烯酰胺与甲基丙烯酸的共聚物。加入吸附药物后,由图可知,3400~2500cm-1是缔合羧酸,3000cm-1左右的是苯环的C-H伸缩振动峰,2900cm-1左右是甲基中的C-H伸缩振动峰,1700cm-1左右是羧酸C=O伸缩振动峰,1740左右是苯环酯羰基振动峰,1500cm-1左右是苯环骨架振动峰,1271.46cm-1的大峰是C-O伸缩振动峰。由此说明该聚合物含有乙酰水杨酸。
3.3 多孔水凝胶的微观形貌
利用SEM观察水凝胶的内部结构如图4所示。随着凝胶中PEG分子量的增大,凝胶内部的孔洞逐渐增大,最后形成连续贯通的孔道。孔洞结构为水分子自由进出水凝胶提供了通道,很大程度上减小了水分子及其它水溶性物质如药物分子在水凝胶中的扩散阻力,使水凝胶具有较快响应特性。同时多孔结构也提供了巨大的容纳空间,使凝胶的负载量增加。PEG 0不含PEG,凝胶表面较为致密,只有冷冻干燥后形成的褶皱。PEG 2000从断面来看,已经有许多孔洞形成,但是孔洞较小。PEG 4000孔洞明显增大、增多,PEG 6000内部形成连续贯通的大孔。
3.4 DSC分析
凝胶体系中存在着亲水基团和疏水基团。当温度较低时,亲水基与水分子之间存在较强的氢键作用,表现出良好的亲水性,凝胶呈现溶胀状态。当温度升高至一定值,疏水基作用开始增强,高分子链剧烈收缩并相互缠结,凝胶体积收缩,发生不连续相变同时伴随吸热现象。图5为4种水凝胶的DSC曲线,从图中可以看出,所有水凝胶的LCST都在31℃左右,并没有明显的差异。这是由于水凝胶的体积相转变是由凝胶网络中亲水基团与疏水基团的相互作用引起的,虽然添加的PEG分子量不同,但是不影响凝胶结构中2种基团的比例,即它们的化学结构相同,所以它们的LCST大致相同。由于PEG 6000、PEG 4000、PEG 2000这3种水凝胶含水量较多,所以出现的热吸收峰较宽。
3.5 水凝胶去溶胀动力学
水凝胶P(NIPAM-co-MAA)的去溶胀动力学曲线如图6所示。各水凝胶在短时间内失水后达平衡状态。随着PEG分子量的增加,凝胶的退胀速率加快。根据Hoffman的水凝胶收缩模型,水凝胶的收缩从水凝胶表面开始逐渐向内部进行,水凝胶收缩后在水凝胶的表面形成疏水的致密层,阻止了水凝胶内部水的排出,因此水凝胶的收缩速率很慢。而引入孔洞结构后,水凝胶中的水可以通过孔洞透过表面致密层排出,因此水凝胶的退溶胀速率明显增加。
3.6 水凝胶的再溶胀动力学曲线
将水凝胶P(NIPAM-co-MAA)真空干燥后放入25℃恒温水浴中,测得再溶胀动力学曲线如图7所示。由图中可以看出,具有孔洞结构的水凝胶的溶胀速率明显大于没有孔洞结构的水凝胶。随着PEG分子量的增加,水凝胶的溶胀速率逐渐增大,说明具有孔洞结构的水凝胶在相同时间内能够吸附更多的液体物质。这是因为孔道结构为水分子的快速进入提供了通道,同时内部的多孔也增大了容纳液体物质的空间,这为提高凝胶的载药量提供了依据。
3.7 水凝胶的p H敏感性研究
图8是水凝胶在不同p H值缓冲溶液中24 h后的溶胀情况。从图中可以看出,该水凝胶为阴离子型p H敏感凝胶,并具有较高的p H敏感性。水凝胶在p H=2.0的缓冲溶液中溶胀率很小,甚至不溶胀,随着p H值的增大,水凝胶的溶胀率开始增大。当p H值增大至9.0时,溶胀率达到最高值。随着p H值继续增大,溶胀率开始降低。这是因为在酸性缓冲溶液中,由于H+浓度较高,抑制了亲水基团-COOH和酰胺基-CONH的解离,所以水凝胶的亲水性变弱。而在强碱性缓冲溶液中,可能是由于未被交联的酰胺基-CONH上的氢原子会和凝胶网络上的氧原子形成氢键,致使网络坚实而水分子不易进入,所以凝胶的溶胀率有所下降。
3.8 水凝胶药物缓释实验
考虑到药物应尽可能在人体的小肠部位释放,人体温度为36℃,因此在36℃下,分别考察凝胶在p H值为7.4和1.7时药物释放情况。
图9为乙酰水杨酸的标准工作曲线。图10为载药凝胶PEG 6000在p H值为7.4和1.7时的药物释放情况。由图可知,在两种p H值条件下,释药率均呈现先快速后缓慢,然后趋于平稳的趋势。在p H=7.4时,药物12 h的释放率约为75%,而在p H=1.4的条件下,相同时间仅释放30%。这是因为水凝胶中引入了含有羧基的甲基丙烯酸,使凝胶具有p H敏感性,当p H增大,以阴离子形式存在的羧基含量增多,电荷间的静电排斥作用使凝胶溶胀,易释放出药物小分子。说明该水凝胶有利于实现小肠部位的靶向给药。
图11为载药水凝胶在p H=7.4的条件下释药情况。可以看出,前8h内,释药速率很快。8h之后,释药速率会逐渐变慢趋于平稳。随着PEG分子量的不断增大,凝胶释药率升高。
4 结论
采用紫外光照引发聚合法,85%乙醇溶液为反应介质,成功合成了[P(NIPAM-co-MAA)]智能型水凝胶。通过测试证明了该水凝胶具有温敏性和p H敏感性。致孔剂聚乙二醇(PEG)的引入使水凝胶内部形成多孔结构,并且随着PEG分子量的增大,孔洞逐渐增大,最后形成互为贯通的孔道,使水凝胶的载药率和释药率都得到了提高。药物释放实验发现,水凝胶的双重敏感性使其在特定温度下,能准确地在小肠部位释放药物,扩大了水凝胶在药物载体上的应用。
摘要：采用紫外光照引发聚合法,以85%乙醇溶液为反应介质,不同分子量的聚乙二醇(PEG)作为致孔剂,成功合成了具有温度和pH双重敏感性的聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸)[P(NIPAM-co-MAA)]智能型水凝胶。利用红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)测定退/溶胀率,并对凝胶进行表征,分析原料配比对凝胶性能的影响,并以乙酰水杨酸为模型药物研究了药物释放性能。结果表明,具有大孔结构的双重敏感性水凝胶能够在特定温度和pH环境下,快速平稳地释放药物,并且随着PEG分子量的增大,水凝胶的载药率和药物释放速率均得到提高。
关键词：N-异丙基丙烯酰胺,智能水凝胶,药物释放,双重敏感性
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药物制备 篇6
辣椒素(Capsaicin,Cap)是茄科辣椒属草本植物[1],具有抗炎止痛止痒作用,是一种天然的抗菌剂,且不易产生耐药性,具有广阔的应用前景。但辣椒素刺激性大,半衰期短,直接用药会引起不良反应,使其应用受到了一定的限制[2,3]。因此,科研工作者对辣椒素的缓释体系进行了大量研究,目前常用的辣椒素缓释制剂有软膏剂、注射液、脂质体、贴剂、缓释微球[4,5]、缓释微胶囊[6]等。
利用静电纺丝法可制备各种具有微纳米纤维结构的聚合物及其复合材料,其具有比表面积大、孔隙率高等特点[7],这种结构有利于细胞粘附和药物的担载,可用于组织工程、创伤敷料和药物传递系统等[8,9,10],在生物医药领域显示了很好的应用前景。静电纺丝制得的高分子微纳米纤维可以通过调节纤维尺寸和形态、孔隙率和组成等精确控制药物释放,从而实现药物在组织体内定时、定位和定量释放。Kenawy等[11]研究了聚氨酯(PU)、聚己内酯(PCL)以及它们的共混纤维对酮洛芬(KET)的缓释性能。陈平等[12]研究了聚乳酸(Polylactide,PLA)负载二氯环戊二烯钛(TDD)的载药纤维药物释放性能和抗菌活性。Yu Dengguang等[13]利用静电纺丝技术制备了玉米蛋白-酮洛芬(Zein-KET)纳米载药纤维膜,并进行了一系列的表征和药物释放,结果表明,纤维对药物的封装效果较好,突释率得到明显的降低。另外,Qi Hongxu等[14]对串珠结构纳米载药纤维和无串珠结构纳米载药纤维中药物的释放进行了研究,结果证明,串珠结构纳米纤维明显改善了药物的突释现象。2002年,隋晓等[15]同样证明了串珠结构纳米纤维可以减少药物的突释现象。
静电纺丝法制备的聚乳酸/辣椒素(PLA/Cap)微纳米纤维复合载药薄膜具有不同于传统辣椒素载药体系的特点,拓宽了辣椒素的应用,但目前这种载药体系的研究还未见报道。本研究以生物降解性无毒高分子———聚乳酸为载体,利用静电纺丝技术制备了不同载药量的串珠结构和光滑无串珠结构的两种PLA/Cap复合载药纤维膜,通过SEM观测其微纳米结构,利用紫外分光光度法检测其药物释放行为,并与溶液法制备的PLA/Cap复合载药薄膜中辣椒素的释放行为进行对比,研究了其微观形态结构、载药量对药物释放行为的影响。
1 实验
1.1 材料
聚乳酸(PLA),型号为AI-1001,深圳光华伟业实业有限公司;合成辣椒素(Capsaicin,Cap),纯度95.2%,武汉远城科技发展有限公司;二氯甲烷(DCM),二氧六环,N,N-二甲基甲酰胺(DMF),无水乙醇,以上化学试剂均属于分析纯,购自北京化工厂;去离子水,中科院化学所自制;透析袋,22mm×34mm,截留分子量14000Da,北京瑞达恒辉科技发展有限公司。
1.2 电纺溶液的配制
(1)将一定量的聚乳酸分别加入到DCM/DMF(w/w,7∶3)的混合溶液、二氧六环/DMF(w/w,7∶3)的混合溶液中,40 ℃磁力搅拌,配制成均一的9%(质量分数)的聚乳酸溶液。
(2)分别加入一定量的辣椒素,使载药量分别为5%、10%、15%(相对于PLA的量,质量分数),充分搅拌,制备PLA-Cap溶液。
1.3 静电纺丝
静电纺丝实验装置由带金属针头的注射器、覆盖铝箔纸的铝箔收集板和一个高压直流电源组成。在电压为18kV、收集距离为12cm的条件下,将纺丝液以2mL/h的恒定速度从注射器中挤出,进入直流高压发生器产生的高压电场中,射流经过电场力的高速拉伸、溶剂挥发与固化,最终沉积在覆盖铝箔纸的铝箔收集板上,制备出具有微纳米纤维结构的PLA/Cap复合载药薄膜(薄膜Ⅰ和薄膜Ⅱ)。室温下真空干燥48h,保存备用。
1.4 溶液法制备PLA/Cap复合载药薄膜
将一定量的PLA加入到DCM中,搅拌溶解,配制成9%(质量分数)的聚合物溶液;然后加入一定量的辣椒素,分别配制成载药量为5%、10%、15%(质量分数)的PLA/Cap溶液,倒入模具中铸膜,密封,室温下溶剂自然挥发完全,即可获得PLA/Cap复合载药薄膜(薄膜 Ⅲ),真空干燥、保存备用。
1.5 形貌表征
将复合载药薄膜真空干燥48h,并在膜表面喷金90s后置于JEOL JSM-7500F型扫描电子显微镜(SEM)下观察其微观形貌。
1.6 体外药物释放
将不同载药量的200mg样品置于透析袋中,并用2mL释放介质稀释,置于50mL 50%乙醇水溶液中。将该药物释放系统置于25 ℃恒温水浴摇床中,转速100r/min,间隔不同时间取样,同时补加等量等温的新鲜释放介质。将所取样液用紫外分光光度计测定吸光度,推算出药物累计释放量。
2 结果与讨论
2.1 微观结构
通过静电纺丝法和溶液法分别制得了不同微结构(薄膜Ⅰ为光滑纤维结构、薄膜Ⅱ为串珠结构、薄膜Ⅲ为较密实薄膜)和不同载药量的PLA/Cap的复合载药薄膜。图1-图4为PLA/Cap复合载药薄膜的SEM图。图1、图3分别以载药量为15%、5% (质量分数)的复合载药薄膜为例,显示了3种微结构的载药薄膜的SEM照片。
薄膜Ⅰ和薄膜Ⅱ是通过静电纺丝法制备的具有微纳米纤维结构的PLA/Cap复合载药薄膜,如图1(a)、(b)和图3(a)、(b)所示,薄膜Ⅰ中纤维表面光滑无串珠结构,纤维直径为(800±100)nm;而薄膜 Ⅱ 中纤维直径减小((400±100)nm),且纤维表面明显可见大量与纤维之间有粘结的串珠样结构,串珠大小为(3±1)μm×(7±1)μm。在电纺溶液浓度和电纺工艺参数不变的情况下,改变溶剂的组成可以改变电纺纤维的形貌[16,17,18]。本研究中制备薄膜Ⅰ和薄膜Ⅱ的电纺工艺参数和聚合物浓度均相同,二者仅纺丝液溶剂不同,薄膜Ⅰ和Ⅱ分别以DCM/DMF、二氧六环/DMF混合溶液为溶剂。故推测薄膜Ⅱ中串珠结构的形成,是由于二氧六环(沸点为101.3 ℃)和DMF(沸点为153 ℃)沸点很高,在电纺时二者不能及时完全挥发所造成的[19,20]。
图1(c)、图3(c)是溶液法制备的载药量分别为15%、5%(质量分数)的复合载药膜(称为薄膜Ⅲ)的微观形态图。由图1(c)、图3(c)可见,溶液法制备的PLA/Cap复合载药薄膜有相分离现象,这可能是由于在溶剂挥发的过程中,随着溶剂的逐渐减少,辣椒素和聚乳酸的溶解量越来越小,并且聚乳酸和辣椒素之间相容性也随之减小,从而有部分析出、聚集,出现明显的相分离现象,且载药量越高相分离现象越明显。辣椒素释放后复合载药薄膜的微结构发生了变化:对于高载药量(15%,质量分数)的复合载药薄膜,薄膜Ⅰ中纤维塌陷变形,薄膜Ⅱ中部分串珠由原来的纺锤形变成了扁平结构,薄膜Ⅲ中原始致密表面上出现大量孔隙结构,如图2所示。而低载药量(5%,质量分数)的复合载药薄膜因药物含量较少,药物释放后复合膜微结构变化不明显(见图4),这些结构的变化和药物释放行为的关系在2.2节中将作进一步的讨论。
2.2 辣椒素的体外释放
2.2.1 辣椒素检测方法和标准曲线的绘制
图5为辣椒素在50% 乙醇水溶液中的紫外吸收光谱。辣椒素在200~350nm范围内有3个吸收峰,分别位于208nm、228nm和280nm处,由于208nm和228nm处的吸收峰距离较近且容易受溶剂和其他物质干扰,而280nm处的吸收峰比较稳定,故选择280nm作为测定波长测试辣椒素吸光度。
图6是以质量浓度(μg/mL)为横坐标,吸光度为纵坐标的标准曲线,将数据进行回归分析得到方程:
辣椒素质量浓度在50~80μg/mL范围内与吸光度呈良好的线性关系,可用来检测辣椒素含量。
2.2.2 辣椒素释放曲线
图7-图9为不同载药量、不同微结构的聚乳酸/辣椒素复合载药薄膜在25 ℃下100h内的药物累计释放曲线。由图7可见,载药量为5%(质量分数)的PLA/Cap复合载药薄膜对辣椒素具有一定的缓释效果,且随着时间的延长,药物累计释放量逐渐增加。其中光滑纤维结构的复合载药膜药物释放速度最快,前10h释放最快,累计释放量接近75%;10~29h释放速度逐渐减小,29h时药物释放量达100%。串珠结构复合载药薄膜在释放初期(1~35h),辣椒素几乎恒速释放,累计释放量达80%;35h后,药物释放速度逐渐减小,但累计释放量仍缓慢增加。而溶液法制备的复合载药膜中辣椒素在100h内几乎恒速释放,药物累计释放50%。总之,载药量为5%(质量分数)的PLA/Cap复合载药薄膜中辣椒素的释放速度由快到慢为:薄膜Ⅰ、薄膜Ⅱ、薄膜Ⅲ。对于载药量为10%和15%(质量分数)的复合载药薄膜,辣椒素有相似的释放行为,如图8、图9所示。这种药物释放行为是由复合载药薄膜的微结构造成的:薄膜Ⅰ和薄膜Ⅱ比薄膜Ⅲ有更大的比表面积和更高的孔隙率,从而增加了难溶性药物的溶解性;而串珠结构纤维有利于药物的缓释和缓解药物突释现象[14,15],串珠结构直径远大于纤维直径,有利于颗粒药物的担载,且串珠较纤维比表面积小,不利于药物的释放,故薄膜Ⅱ药物释放较薄膜Ⅰ相对缓慢。
随着载药量的增加,3种复合载药薄膜的药物释放速度都增加(如图7-图9所示),且3种复合载药薄膜中辣椒素释放速度的差别逐渐减小。当载药量达15%(质量分数)时,薄膜Ⅰ和薄膜Ⅱ的药物释放速度相似,这是因为当载药薄膜具有较高载药量时,载药量对药物释放行为的影响减弱了载体微结构对药物释放行为的影响作用。随着载药量的增加,载体表面分布的药物增加,从而增加了药物的突释和药物的释放速度[21];同时,增加的辣椒素的含量也使得释放介质和载药薄膜之间存在更大的药物浓度梯度,高浓度的药物扩散机制迫使了辣椒素的释放;并且,对于溶液法制备的复合载药薄膜(薄膜Ⅲ),载药量越高相分离现象越明显,且高载药量时会有部分药物分子形成聚集体,这些药物聚集体在释放后形成孔洞结构(见图2(c)),这些释放孔洞更有利于剩余药物的释放,所以载药量越高,药物释放越快。
实验结果表明,药物释放行为同时受到复合载药薄膜的微结构和载药量的影响。
3 结论
(1)通过静电纺丝技术成功制备了具有一定缓释效果的聚乳酸/辣椒素复合载药薄膜。
药物制备 篇7
环糊精(Cyclodextrins,CDs)是一类由α-D-吡喃葡萄糖单元通过1,4-糖苷键首尾相连形成的六、七或八环寡糖,其结构呈“锥筒”状,中间是直径为0.7～1.0nm的空洞。内壁由葡萄糖分子中3-C和5-C上的氢原子及成苷的氧原子构成,具有疏水性,外壁则由2-C、3-C、6-C位羟基构成,具有亲水性,整个环糊精分子的尺度在纳米级[1]。这种“外亲水、内疏水”的特殊结构,使环糊精具有识别多种客体分子并与之形成超分子包合[2,3]、缓释[4]等能力。纳米载药体系及释放是近年来高分子和制药研究的热点[5,6]。环糊精自身具有的两亲性、特殊的空腔结构、生物相容性及纳米尺度,使其作为药物载体和药控释放载体具有独特优势[7]。本文从环糊精-药物复合纳米粒子的制备方法及控制释放方面,对近年来的研究进行了综合评述,并展望了其发展趋势。
1 环糊精-药物纳米粒子的制备
用于药物载体的纳米结构主要有胶束、脂质体、树枝状聚合物、液晶、纳米胶囊和纳米微球[6]。依赖于纳米粒子的制备方法,药物可以溶解、诱捕、封装或键合而成为纳米粒子。对于环糊精纳米粒子,可以通过环糊精憎水性的内腔线穿和非共价包合各种客体分子,以外缘羟基基团与药物共价键合后可生成各类纳米粒子。天然环糊精在水体系中的溶解性较差,单纯与药物包合的载药和释放能力大受限制,而改性衍生物的药物包合研究较为广泛。
1.1 直接法
两亲性环糊精与小分子药物溶于1种、多种溶剂充分混合,通过蒸发、透析、冷冻或离心等除去溶剂,基质与药物以分子间作用力结合,制备纳米粒子。乳液蒸发、共沉淀、喷雾干燥为主要的几种方法。
直接法所采用的环糊精衍生物主要有6-C位、2-C位或2,3-C位改性的环糊精,药物分子也大多为消炎、降糖、抗菌甚至抗癌药物等。表1列出了直接法制备小分子环糊精/药物包合体系。
由表1可知,直接法制备的复合粒子形貌因制备方法的不同差异较大,同时,亦受溶剂类型、药物类型、浓度和制备环境的限制。利用双金属氢化物的层状结构,Hirokazu[17]以磺化丁基醚-β-环糊精(SBE7-β-CD)插层双金属氢化物乳液包合呱唑嗪药物,夹层厚度为2.15nm,通过调节SBE7-β-CD含量,成功获得了缓释效果。
1.2 分子键合
经修饰的环糊精与药物分子通过键合可以避免包合体系因竞争剂或稀释而解离,在没有到达病灶前就暴释或提前释放[4]。同时,由间隔(Spacer)部分键合的靶向半族体系到达病灶位置与靶向组织或细胞作用,完成控制释放。此过程包含3种体系:(1)键合分子是药物分子兼靶向剂(Target moiety);(2)键合分子只作为靶向剂,药物分子与CD包合;(3)键合分子作为药物分子,靶向半族包合在CD腔中。目前研究较多的环糊精键合靶向载体所用靶向剂包括叶酸[18]、氨基酸[19]、阿仑膦酸[20]、蛋白质[21]、乳糖[22]等,而修饰的环糊精主要有6位羟基的氨化、酸化或其他官能化;药物分子大多为抗癌药如阿霉素、消炎药[22]等,其结构见图1。
Stefano[18]制备了由聚乙二醇间隔的叶酸-环糊精(CD-PEG-FA),它对固定叶酸键合蛋白表现出相当的靶向性。对罗丹明B载药研究表明,键合物对罗丹明的包合物水溶性约为叶酸的10万倍。同时,叶酸也可以在体液中水解成为药物分子。Amal等[23]以萘普生、舒林酸和氟比布洛芬(Fbp)为模型药,使药物的羧基基团与α-或β-CD的羟基键合,制成了口服前药Fbp-α-CyD或Fbp-β-CyD,在治疗肠炎疾病方面具有潜在应用。
Carine[21]制备了β-CD键合的催产素,其可以与前列腺素及其衍生物形成主-客体复合物,作为分娩促进剂或与抗癌药物结合用于宫颈癌或宫内癌的治疗,同时可以提高药物的溶解性、稳定性和生物活性而降低其副作用。而Liu等[20]开发的生物矿物阿仑膦酸-β-环糊精键合物可作为新的药物输送体系,对羟磷灰石有极强的包合作用。作为牙釉质的靶向半族载体,这种新型的药物输送体系在治疗口腔疾病方面有巨大潜力。
Yoshiki[22]以C6位上的1, 4-羟基部分或全部键合带苯基的D-半乳糖-β-CD作为载药分子,使抗癌药阿霉素上的苯基与载药分子的苯基通过强烈的π-π相互作用,包合进入CD空腔,包结常数达105～107L/mol,而载药分子的半乳糖通过键合花生乳糖作为靶向剂,使阿霉素在癌变部位定点释放,达到良好的治疗效果。
1.3 基于环糊精高分子的药物纳米粒子制备
利用环糊精主面与次面的-OH反应活性不同,在不同条件下单官能团修饰或多官能团修饰得到的单体可聚合成纳米级环糊精聚合物,星形、树枝形和超支化及纳米水凝胶是最重要的几种。环糊精高聚物在水溶液中可自组装为胶束,诱捕药物并增加药物固有的溶解度而在人体中输送,并控制药物释放。
1.3.1 星形环糊精高分子
环糊精拥有多个可供修饰的羟基,是合成星形聚合物的理想底物。常利用6位或全部羟基的多取代修饰结合开环、点击化学、偶合、原子转移自由基聚合等反应,制备具有两亲性星形高分子,作为胶束载体用于治疗。
Yasushi等[24,25]以多胺化的β-环糊精与聚异丙基丙烯酰胺(PIPA)偶合制备了温度敏感的星形高聚物,对8-苯胺-萘磺酸(ANS)的包合使得PIPA链由无规线团变化到球状从而引起相转变,在不同的溶剂中其包合常数不同,可以通过溶剂的浓度调节药物的包合及释放。
Mohsen[26]以6位全磺酰化β-CD中的-OH官能团引发乳酸(LA)开环聚合,合成了以甲苯磺酰基-β-CD为核、聚乳酸为臂的星形聚合物。以该星形聚合物为引发剂,引发2-乙基-2-唑啉开环聚合,制备了含有环糊精核的两亲性纳米共聚物PLA-β-CD-POX,其粒径为170nm。
Gou等[27]以全正丁基二甲基硅烷化的CD为初始物,经2,3位羟基的烷基化脱去正丁基二甲基硅烷得到中间物,其6位上的-OH引发ε-己内酯开环制备了七臂星形聚合物,通过与酸化聚偶合,制得了七臂嵌段两亲性星形聚合物,可以作为药物载体胶束。
Xu等[28]以2-溴丙酰溴全改性的β-CD为起始剂,在NaN3/DMF中制备了全叠氮化的丙酰CD,以炔丙基-2-氯丙酸酯为引发剂,通过点击化学-原子转移自由基聚合(ATRP)反应结合生成了N-异丙基丙烯酰胺封端的21臂温度敏感星形聚合物,与全6位相同结构的线性聚合物相比较,21臂具有更低的相转变温度。
1.3.2 超支化和树枝形环糊精
以环糊精为核的树枝形、超支化结构因其高的CD密度而备受学者们的关注,它结合了树形和超支化高聚物较小的流体动力学体积,又兼具环糊精空腔的强烈包合作用,可以对多种药物分子进行封装或包合,并进行控制释放。
Isabelle[29]在单6位取代的基础上以单糖为接枝单元,合成了β-CD结构的单糖修饰的树枝状聚合物,并对其抗凝血素键合能力进行了研究。Antonio[30]合成了基于β-CD核的七乳糖苷和十四糖苷超支化结构。7臂结构为超支化β-CD与乳糖剩基通过C-6空间臂连接而成,14臂结构为全-6-I-β-CD与甘油树枝结构亲核取代形成,它们可以用于细胞特定点位的药物释放。Abdullah等[31]合成了基于β-CD核的十四价肽基键合的衍生物缩氨酸树枝形聚合物,它们对金刚烷羧酸有良好的包合性能。
以修饰的环糊精缀合于树枝聚合物核结构上可以制备树枝环糊精。田威[32]以硅氢加成反应生成的超支化硅为核、PDMA为支化单元,加入悬挂了单碘代的β-CD制备了HBP-g-PDMA-β-CD超支化环糊精。曹中林[33]用磺酰化和氨化β-CD修饰树枝状聚酰胺-胺得到了粒径不大于5nm的聚合物粒子。
田威等[34,35]由多步环糊精修饰改性制得了ABx型功能化β-CD大单体,通过硅氢加成反应, 采用一步法合成新型超支化聚(β-CD)高分子;通过对β-CD上6位伯羟基和2位仲羟基的多步功能化改性得到同时含有Si-H和-CH=CH2基团的AB2型β-CD大单体;利用硅氢加成反应一步法合成了一种新型的水溶性超支化聚合物,其具有β-CD空腔和超支化空穴2种疏水单元,可以对多种客体分子包合。
1.3.3 纳米水凝胶环糊精
水凝胶可用于水基中药物释放调节,或作为溶胀载体或溶胀控制释放器件。
Masaru[36]将氨基乙基羰基-β-CD与乙二醇缩水甘油在微乳液体系界面加成聚合制备了纳米粒子。Lu等[37]以聚乳酸与可聚合的β-CD衍生物通过自由基聚合制备了可生物降解的交联PLA-β-CD微凝胶,并考察了CD含量对凝胶溶胀和降解的影响。
1.4 超分子组装
近年来,利用环糊精及其衍生物的空腔,与客体分子通过分子间作用力(范德华力、氢键和π-π键等)将1个或多个环糊精分子像穿珠子一样穿起来,形成索烃、轮烷、聚轮烷以及管道等的自组装法,成为研究的热点。它可以制备结构形貌规整的纳米复合体,并成为靶向控制释放的研究热点。有关其制备及综述已有多篇综述报道[2,38,39]。
Taishi[40]将聚乙二醇(分子量约为2200)单取代的胰岛素水溶液与α-CD或γ-CD水溶液混合,4℃保持12h,沉淀物以PEG-胰岛素穿入α-CD或γ-CD空腔形成了多聚轮烷结构,可以明显改善胰岛素缓释。Ooya[41]研究了以N-氨基乙基-茶碱-7-乙酰胺键合PEG、线穿α-CD,并被L-苯丙氨酸封端的PEG聚轮烷,发现其可作为药物释放体系。L-苯丙氨酸作为靶向剂,可在酶作用下降解,而茶碱固定的聚轮烷经细胞膜到达病灶后在茶碱分解酶的作用下释放药物,从而表现出强的载药、靶向释放性能。Cheol等[42]以PEG链线穿α-CD分子形成的聚轮烷(PR)键合阿霉素(DOX)抗癌药,经水解作为细胞毒性药物释放。为便于肿瘤细胞内细胞吸收PR-DOX,细胞渗透低分子量鱼精蛋白(Tyr)连接在PR的两端作为靶向剂,其结构如图2所示。
2 环糊精-药物复合体的药控释放
依据环糊精-药物复合体的结构,可以通过扩散控制、溶胀控制和化学控制进行药物释放。
环糊精包合物可以通过稀释或竞争剂的存在而扩散释放。包合物不能渗透进生物膜,只有游离的药物分子才能穿过胃肠消化系统的脂质屏障。药物的游离与包合比率的变化主要是依赖体系的相溶解行为。因此,药物的释放、吸收、生物利用度受溶解度、溶解速率及胃肠道吸收速率的影响,而药物的溶解速率主要由本身的化学性质决定。
纳米水凝胶通过溶胀过程释放药物。部分凝胶还可对环境的变化产生响应,同时随基体降解而释放药物[43]。两亲性环糊精在水溶液中可自组装为胶束,小分子或大分子药物可以部分键合或/和诱捕分装于胶束中,其释放的速率受药物分子本身的性质,聚合物的亲水性、在介质中的形态等的影响[26,44]。
根据靶向机理的不同,药物载体分为生物靶向、理化靶向和复合靶向。分子键合环糊精释放体系多数为生物靶向机理,可由化学控制释放。它们的释放包括键合分子的水解,靶向剂的酶解、扩散和溶蚀,药物分子的扩散。药物释放速率由键的断裂速率控制。聚轮烷键合的药物[42]可以由水解速度控制药物释放,其结构提高了渗透性和持久性,体外释放曲线如图3所示,药物可以持续释放4天以上。
理化靶向可由刺激-相应如酶、pH、氧化、温度和磁响应等来控制释放[2,43]。
Shashwat等[45]以环糊精-柠檬酸-阿拉伯树胶改性的磁性纳米粒子作为载体,动态光散射表明粒子平均直径为26.2 nm。对憎水性的药物布洛芬的包合及体外释放研究表明,磁性粒子可以大大提高载药量,释放时间可以达到400h以上。单个靶向体系在复杂的释放环境中可能提前释放或对细胞受体毒性大。多功能的复合靶向载药体系可以避免因药物累积而可能产生的副作用,Nathalie等[46]分别以羰基与赖氨酸键合的金刚烷-聚乙二醇改性的铁传递蛋白质为客体,键合咪唑的聚环糊精阳离子为主体,癌细胞的铁传递蛋白质为受体,将自组装得到的纳米粒子用于转移性癌症的核酸治疗。
3 结语
环糊精药物复合纳米粒子结合了包合、改性修饰与释放的功能,其制备和控制释放受多条件限制。对环糊精药物复合体系的基础研究已有了一定的积累,但是离大规模的临床应用还有很长的距离。环糊精药物复合纳米粒子目前主要用于体外和动物体内的模拟释放,其生物安全性、药物安全性还需进行更深入的研究。
从发展趋势上看,影响和制约环糊精药物复合纳米粒子制备和释放的研究主要有: (1)环糊精的修饰改性技术研究,尤其是取代产物的分离与提纯;(2)人体环境下的控制释放理论模型的建立及释放评价;(3)生理学上细胞毒性及毒理学评价;(4)超分子复合体系中环糊精与药物分子、靶向剂及受体间的相互作用机理研究。
随着对环糊精药物复合纳米粒子研究的不断深入,具有各种功能释放于一体的体系将被研究制备出来。如何利用超分子体系构筑智能型释放体系[47,48],开发多功能、长效释放体系,将多靶向剂、多药物键合后分层次释放,是今后长期努力的方向。
摘要：从直接法、小分子键合、星形、树枝状和超支化环糊精大分子胶束及水凝胶、超分子组装7方面论述了环糊精-药物纳米复合体的制备,认为扩散控制、溶胀控制和化学控制是环糊精-药物纳米复合体主要的释放机理。结合释放机理,指出具有超分子结构的复合体系可望成为智能靶向释放领域的主导。
药物制备 篇8
关键词：超临界流体沉降技术,中药制剂,应用
超微粉体是近几十年来新兴的一门科学技术,通常将1 250目(即10μm)以下的粉体称为“超微粉体”[1]。固形物质经过超微粉碎后,处于微米甚至纳米尺寸时,该粉体的物理、化学特性都会发生极大的变化。中药经过超微粉碎后具有多方面优越性:提高药物中有效组分的溶出率,增大药物的生物利用度;节省药材,降低药物用量;改变药物的释药机制;减少药物的治疗剂量,降低药物的不良反应。
传统制备超微粉体的方法主要有喷雾干燥、冷冻真空干燥、超微粉碎、研磨等。但这些方法存在粒径分布范围大、产品中有溶剂残留、生产成本高、生产时间长或机械粉碎所造成的损害等缺陷。近年来,超临界流体(SCF)沉降技术作为一种新型的微粒制备方法,已经在药物制剂领域得到迅速发展和广泛应用,引起了药学工作者的高度重视。
1 超临界流体及其性质
超临界流体是指其温度与压力均高于其临界温度与临界压力的流体。超临界流体分子间力很小,黏度类似于气体,具有气体的低黏度,而密度却很大,接近于液体,具有液体的高密度。因此具有介于气体和液体之间的气液两重性质,同时具有液体较高的溶解性和气体较高的流动性,比普通液体溶剂传质速率高[2]。且在临界点附近,压力的微小变化都会引起密度的改变。溶解度、导热系数、热容、膨胀系数等在流体临界点附近受温度、压力的影响也很大,因此仅改变流体的温度或压力就可改变流体的性质,这在许多化工过程中都可以得到广泛的应用[3]。
2 S CF技术制备超微粉体原理及特点
在超临界情况下,降低压力可以导致过饱和,而且可以达到高的过饱和速率,固体溶质可从超临界溶液中结晶出来。这种过程在准均匀中进行,能够更准确地控制结晶过程,生产出平均粒径很小的细微粒子,而且还可以控制其粒度尺寸的分布[4]。
与传统超微粉体制备方法相比,SCF沉降技术制备超微粉体具有以下特点和优势:
(1)操作条件易于控制,制得微粒的粒径大小、粒度分布以及粒子形态结构的重现性好;
(2)处理过程温和,避免了有效成分在处理过程中降解、氧化、逸散等缺陷;
(3)SCF自身无毒无害,且当操作压力降低时会自动转为气相而挥发,故大多数的SCF过程所制颗粒一般无溶剂残留。
SCF沉降技术主要包括超临界溶液的快速膨胀微粒制备技术(RESS)、超临界反溶剂微粒制备技术(SAS)、气体饱和溶液沉降技术(PGSS)等。目前,RESS法和SAS法是在药物超微粉体制备中应用较为广泛并且很有前景的超微粉体制备技术。
3 超临界溶液的快速膨胀微粒制备技术(RES S)
3.1 原理及特点
RESS技术的原理:先将溶质溶解在超临界流体中,然后使超临界流体在极短的时间内(约10-8～10-5s)通过一个喷嘴(25～65μm)进行减压膨胀,并形成以音速传递的机械搅动。这样,超临界流体通过快速膨胀即会形成极高的过饱和度,使溶质在瞬间形成大量晶核,并在短时间内形成晶体的生长,从而形成大量粒径及形态均一的超微颗粒[5,6]。
RESS法适用于所有能够溶解于超临界流体的物质的超细微粒制备。快速传递扰动和高过饱和度结合是超临界流体溶液快速膨胀过程的特点,前者使介质中组分分布均一,从而形成很窄的粒径分布,后者导致颗粒的超细化,二者结合使该方法易于控制产品的大小和粒度分布。
3.2 RES S过程的影响因素
RESS过程比较复杂,影响沉积物形态的因素很多且相互牵制[4]。RESS过程中,影响粉体形态、粒径和粒径分布范围的因素主要有:喷嘴结构、溶质浓度、SCF压力、温度、夹带剂等[7]。
3.2.1 喷嘴结构
喷嘴是实现RESS过程的关键部件。喷嘴的结构是影响产品颗粒形态、粒径的重要因素。目前研究较多的是毛细管喷嘴和多孔烧结板喷嘴,材料可以采用石英玻璃或不锈钢。研究表明,用多孔烧结板喷嘴可得到比毛细管喷嘴粒径小的微细颗粒,且烧结板的孔径越小,得到的粉体平均粒径越小[8]。
Peterson等[9]在研究纤维时发现,当喷嘴长度一定,孔径从50μm减小到5μm时,平均粒径从4.5μm降到了1.3μm。喷嘴的长径比(L/D)也是影响产物从粒子到纤维的重要因素。通常认为长径比越大,沉析的颗粒粒径越小,越均匀;当长径比减小时,所得颗粒的纵横比增加,从而使产品呈细丝状,喷嘴的孔径越大,形成细丝的直径也越大。
陈鸿雁[10]通过对300 MPa,373.2 K条件下不同长径比喷嘴内部流动以及喷嘴的出口状态进行计算,发现当喷嘴孔板的厚度为0.4 mm,喷嘴的孔径分别为15μm、20μm、30μm、40μm、50μm时,随着长径比增加,喷嘴出口处流体的密度、压力、温度都变小,过饱和度变大,结晶微粒更为细小。并通过实验对理论计算进行了证实。
3.2.2 溶质浓度
RESS过程中溶质浓度对颗粒形态和粒径有显著影响。对于溶解度较大的物质,当增加其在超临界流体中的浓度时,由于溶质过饱和度增大,成核速率增加,形成的颗粒粒径较小,这符合经典的成核速率理论;而对溶解度相对较小的物质而言,增加其浓度通常会使颗粒变大。
陈鸿雁等[11]在灰黄霉素超细微粒制备的研究中指出:提高溶解温度即降低进入预膨胀段的灰黄霉素的浓度,会使灰黄霉素在RESS过程中过饱和度降低,从而减小成核速率,使晶体粒径增大。
3.2.3 SCF压力
膨胀前压力和膨胀后压力均会对RESS过程产生影响。提高膨胀前压力可增加溶质在超临界流体中的溶解度,使过饱和度减小,从而使晶体成核速率减慢形成平均粒径较大的粒子;另一方面预膨胀压力的升高使流体在喷嘴内停留的时间变得更短,产生更大的扰动,使粒子的粒径分布窄。在CO2-苯甲酸体系中,当喷嘴直径为45μm,膨胀前压力为13.4～20.0 MPa,随压力增加,颗粒粒径减小,但变化不明显。膨胀后压力对粒径的影响不大,一般降低膨胀后压力可使颗粒粒径减小。
3.2.4 温度
(1)预膨胀温度。预膨胀温度是指喷嘴流体进口的温度,预膨胀温度变化会引起流体密度变化,从而影响其溶解能力。一般来说,预膨胀温度升高会使溶质在流体中的溶解度增加,过饱和度减小,从而使晶体成核速率减慢形成平均粒径较大的粒子。而对于溶解度随温度增高而降低的物质,升高预膨胀温度可得到较小的颗粒。也有学者[12]认为当膨胀前温度(T0)高于浊点温度(Tcp),即ΔT(ΔT=T0-Tcp)>0时,溶液在进入喷嘴前便发生相分离,晶核有足够的时间生长、聚集形成大的颗粒。而当ΔT=0,相分离发生在喷嘴的入口处,在沉积前晶核生长、聚集的时间较短。进一步降低膨胀前温度至ΔT<0,溶液在喷嘴里的沉积进一步推迟,形成尺寸更小的微粒或纤维。
(2)喷嘴温度。当预膨胀温度较低时喷嘴内部极易因冷凝发生堵塞,故在RESS过程中应对喷嘴进行加热,避免喷嘴内部堵塞。喷嘴温度提高产生的效应与预膨胀温度提高相似[13]。
(3)膨胀室温度。膨胀室温度对粒径分布的影响更大。一般认为膨胀后温度的降低可增大过饱和度使平均粒径降低,并使其粒径分布变窄。陈兴权等[14]在制备布洛芬微粒时,将沉降室温度从20℃升高到50℃,平均粒径增大了3倍。
3.2.5 夹带剂
由于某些物质在超临界流体中溶解度较低,故需要加入夹带剂以增加溶解度,常用的夹带剂为水、甲醇、乙醇、丙酮等。研究表明,微粒的粒径随夹带剂浓度的增大而减小,粒径分布也相应变窄。需要注意的是,共溶剂的浓度越大,所得产物中的共溶剂残留就会越多,从而使产物与共溶剂的分离越困难。因此,通常使用共溶剂的量不宜太大。
3.3 应用
Chiou等[15]用RESS法将难溶于水的菲洛地平制得微粒,并用PEG4000包囊。经检测,微粒粒径2～6μm,且大小一致,热力学分析表明:药物与PEG4000分子相交融,理化性质不变,从而极大地提高了溶解扩散率。
Turk等[16]以灰黄霉素和β-谷甾醇为模型药物,采用RESS法对其进行微粉化以提高其生物利用度。辅以超声技术,可将其粒径减小至2～8 nm。其粒径大小取决于所用的超临界溶剂系统以及预膨胀和膨胀后的条件,微粉化灰黄霉素的体外溶出速率提高,体内生物利用度明显改善;将经由RESS法制备的微粉化谷甾醇直接喷入含有表面活性剂的溶液中,可以制备性质稳定的混悬液。
贺帅等[17]应用超临界快速膨胀技术制备中药厚朴超临界CO2流体(SCF-CO2)萃取物纳米液,以平均粒径、厚朴酚、和厚朴酚的总酚含量为考察指标,采用正交实验,对影响RESS制备厚朴纳米液的因素(萃取温度、萃取压力、喷嘴孔径、预膨胀温度)进行优选。结果表明:在萃取温度50℃、萃取压力25 MPa、喷嘴孔径200μm、预膨胀温度30℃条件下,得到乳白色澄清纳米液,其平均粒径为303.50 nm,纳米液中总酚含量为0.172 g·L-1,低温密封放置1个月内仍保持稳定。该技术稳定可行,且操作温度低、工艺流程简单、对环境无污染,无有机溶剂残留。
贺帅等[18]等应用超临界快速膨胀技术制备中药丹参超临界CO2流体(SCF-CO2)萃取物超微颗粒。将β-环糊精和丹参萃取物按质量8∶1混合,对混合物进行RESS制粒,在电镜下观察制得粉末为粒状和片状混合物,聚集成絮状,粒径在2～80μm,并应用HPLC测定微粒中丹参酮ⅡA的含量,混合粒子中丹参酮ⅡA质量分数为0.54%。结论表明该技术可用于中药丹参SCF-CO2萃取物的超微颗粒制备,且操作温度低、工艺流程简单、对环境无污染,无有机溶剂残留。
陈兴权等[19]采用该法对α-细辛醚的微细化过程进行了研究,制取α-细辛醚的微细颗粒,其粒度分布比较窄,且服从正态分布。
王亭杰等[20]使用RESS法与流化床相结合的方法进行药物包覆,他们将含有包覆剂———石蜡的超临界流体(CO2)通过微细喷嘴快速膨胀到装有细颗粒的流化床中,膨胀射流中所产生的微核在细颗粒表面均匀沉积,形成包覆在细颗粒表面的薄膜。
分析结果表明,超临界流体快速膨胀前的温度是包覆过程的主要参数,通过控制操作过程参数可以获得良好的包覆结果。
4 超临界反溶剂微粒制备技术(S AS)
4.1 原理及特点
SAS过程是近年来提出的一种制备纳微米粉体材料的新方法,它是将要制成纳微米粉的固体(溶质)先溶于有机溶剂中形成溶液,再将该溶液迅速喷洒在SCF(通常是超临界CO2)中。此溶液中的溶质不溶于SCF,但溶剂却能与SCF互溶,当SCF将溶液中的溶剂反溶后能在极短的时间内使溶液形成极大的过饱和度,促使溶质以纳米或微米颗粒析出。该法无需将化合物溶于CO2流体中,故应用更广;当选择的SCF和操作条件合适时,溶液中的溶剂会被SCF完全溶解,析出的溶质可以是无污染的干燥粉体;并且,颗粒可按设计要求而具有不同的大小和形状。
SAS法又可分为气体反溶剂法(GAS)、气溶胶溶剂萃取体系法(ASES)、SCF提高溶液分散法(SEDS)、气体饱和溶液粒子沉积法(PGSS)。
4.2 S AS法简易流程及实验装置
SAS过程的流程有两种:间歇式和连续式。间歇式流程是将SCF加入少量的溶液中,使该溶液的体积大幅度膨胀,从而使溶质析出。采用这种流程的主要问题是析出颗粒的团聚以及在降压时析出物的再溶解等。连续式流程则是将溶液通过一个具有微孔的喷嘴以雾滴的形式喷洒在过量的SCF(通常是流动的)中,在适当的操作条件下,雾滴中的溶剂被SCF溶解气化,而析出不含残留溶剂的溶质粉体。无论是间歇式还是连续式,在沉积过程结束后,都要继续用SCF反溶剂清洗沉淀室以清除溶剂,否则溶剂或部分溶液就会在SCF减压过程中释放出来,以至重新溶解已沉淀的粒子。由于间歇式流程会出现析出颗粒团聚以及在降压时析出物的再溶解等问题,故目前连续式研究较多。
4.3 S AS过程的影响因素
SAS法中喷嘴结构、温度、压力、溶质浓度都是影响颗粒形态的重要参数。
4.3.1 喷嘴结构
喷嘴结构对SAS过程的影响与RESS过程相似:长径比(L/D)越大,沉析的颗粒越细;长径比减小时,沉析产品的纵横比增加而形成细丝状;喷嘴孔径增大,形成细丝直径亦增大。
4.3.2 温度
刘学武等[21]在以超临界反溶剂法制备槲皮素超细颗粒的研究中指出:温度越低制备的微粒平均粒径越小,分布越均匀。温度的变化还会影响沉积微粒的干燥时间,温度稍高时,可以缩短干燥所需的时间。
4.3.3 压力
压力的变化会引起SAS过程溶液膨胀程度的变化,超临界流体压力越大,溶液的膨胀程度越大,沉析后溶液的平衡浓度就越低,形成的过饱和度就越大,沉析出的颗粒就越小[22]。
刘学武等[23]在以超临界反溶剂法制备槲皮素超细颗粒的研究中发现,压力为8.5 MPa时,大部分晶粒处于无定形态,最大直径50μm,最小直径3～8μm;分布最多的直径15～30μm,平均直径18μm;晶粒分布不均匀;当压力为10.5 MPa时,晶粒呈不规则球状;最大直径10μm,最小直径1μm,平均直径6μm,晶粒分布较为均匀;当压力为13.0 MPa时,晶体变长,连接在一起,形成了絮状,晶粒最大直径5μm,最小直径1μm,平均直径3μm。
但是也有学者认为压力变化对最终颗粒粒径影响不大。
4.3.4 溶质浓度
溶液的浓度对微粒的粒径影响并不是很大,一般而言,溶液的初始浓度相同时,溶液的膨胀度越大,沉析后溶液的平衡浓度就越低,形成的过饱和度就大,沉析出的颗粒就小。
4.4 应用
李志义等[24]以乙醇为有机溶剂,CO2为反溶剂,利用连续式超临界反溶剂过程制备四环素超细微粒,研究了操作压力、温度、浓度、喷嘴内径等操作参数对制备的四环素超细微粒形态、粒径及粒径分布的影响。结果表明:采用乙醇作为有机溶剂,在压力15.0 MPa、温度35℃、溶液浓度5 mg/mL及喷嘴内径75μm实验条件下可得到较理想的实验结果,制备出的四环素超细微粒平均直径20～40 nm。
乙基纤维素(简称EC)是一种广泛应用于缓释药物制剂的载体,刘学武等[25]利用超临界反溶剂过程制备乙基纤维素超细微粒。实验以乙醇为有机溶剂,超临界CO2为反溶剂,研究了操作压力、温度、溶液浓度、反溶剂流量等操作参数对制备的超细微粒的形态、粒径及其分布的影响。研究表明,采用乙醇作为有机溶剂可得到较理想的结果,能制备出平均直径在20～40 nm范围内的乙基纤维素超细微粒。
Yeo等[26]分别采用二甲基亚砜和N,N-二甲基亚酰胺为溶剂,超临界CO2为抗溶剂,应用SAS过程首次制得平均粒径<5μm的胰岛素微粒,小白鼠对比实验表明,该微粒较好地保持了药物原有的生物活性。
5 结语
RESS法和SAS法出自超临界流体技术,可以实现低温下制备纳米颗粒。在制备过程中颗粒的生物活性及物性损失较小,且制备出的粉体粒径均匀,粒径分布窄。近年来,已有很多学者对使用这两种方法进行药物超微粉体制备进行了研究。微粉化对于药物成型和吸收都具有巨大的帮助,尤其对于中药,一方面可帮助药材细胞破壁,有利于有效成分提取;另一方面又可大量地节约药材,较为充分地发挥药效。超临界流体技术相比传统粉碎方法优势明显,国内科研工作者也对此做了有益的尝试。