（化学工程专业论文）尼莫地平缓释微囊的制备及其释放性能研究.pdf

摘要 尼莫地平为第二代二氢吡啶类钙拮抗剂，是目前脑血管治疗的首选药物。 尼莫地平疗效显著，副作用小，但半衰期短且难溶于水。为克服上述缺点，本 文结合固体分散技术和药物微囊化技术，建立了套操作简便的毛细管破碎装 置制备尼莫地平缓释微囊，研究了微囊结构及药物分布状况，考察了体外药物 释放过程，初步探讨了尼莫地平微囊的释药机制。试验结果如下： 采用熔融法制备了水不溶性药物尼莫地平的聚乙二醇固体分散体。体外溶 出试验表明，聚乙二醇分子量越大、载体比例越高、固体分散体颗粒越细小， 尼莫地平释放越快。红外及x 射线衍射测试显示，尼莫地平在固体分散体中以 微晶方式存在。 对于毛细管破碎装置，制备的微囊的球形度与粒径偏差同液体流速、粘度、 操作频率及针头直径有关，可近似地用w e b e r 线形理论描述；确定了制备尼莫 地平固体分散体一海藻酸魔芋葡甘聚糖- 壳聚糖微囊的适宜操作条件。制备过程 中发现将尼莫地平制成固体分散体可缓解针头堵塞现象。海藻酸钠浓度高、载 药比例大的微囊在烘箱中干燥后，能保持较好的球形度。 溶胶一凝胶试验及红外测试表明，魔芋葡甘聚糖与海藻酸钠之间、药物与微 囊中其他高分子材料之间均有一定的相互作用。扫描电镜照片显示微囊内魔芋 葡甘聚糖与海藻酸产生相分离，离子浓度大，内部凝胶结构疏松。尼莫地平固 体分散体在微囊中分散得比较均一，且颗粒细小。 体外释放试验显示海藻酸浓度、魔芋葡甘聚糖浓度、凝胶离子浓度、壳聚 糖浓度、壳聚糖分子量、药物晶型对尼莫地平微囊释放有不同程度的影响。与 市售尼莫地平片剂相比，尼莫地平微囊释药时间长，释药速率较稳定，符合 h i g u c h i 时间平方根模型。加入魔芋葡甘聚糖可改善海藻酸微囊的释药特性，降 低爆释的可能。 关键词t 尼莫地平固体分散体海藻酸魔芋葡甘聚糖 毛细管破碎法 a b s t r a c t n i m o d i p i n e ，a c a l c i u ma n t a g o n i s to fs e c o n dg e n e r a t i o n ，i s8p r e f e r r e dm e d i c i n et o t r e a tc e r e b r o v a s c u l a rd i s e a s e h o w e v e gi ti sw a t e r i n s o l u b l ea n dh a ss h o r th a l fl i f e i n o r d e rt os o l v et h e s ep r o b l e m s ，t h ef o l l o w i n gw o r kh a sb e e nd o n ei nt h i st h e s i s m a k i n gu s eo ft e c h n o l o g yo fs o l i dd i s p e r s i o na n dm i c r o e n c a p s u l a t i o n ，c o n t r o l l e d r e l e a s e n i m o d i p i n em i c r o s p h e r e s w e r e p r e p a r e du s i n g v i b r a t i o nm e t h o d t h e m i c r o s p h e r es t r u c t u r ea n dd r u gd i s p e r s i o ns t a t ei nm i c r o s p h e r ew e r es t u d i e d t h r o u g h i nv i t r or e l e a s ee x p e r i m e n t ，t h em e c h a n i s mo f r e l e a s ew a sd i s c u s s e d n i m o d i p i n e - p e gs o l i dd i s p e r s i o nw a sp r e p a r e di nm e l t i n gm e t h o d ，t h ei nv i t r o d i s s o l u t i o n e x p e r i m e n t si n d i c a t e dt h a tt h e d i s s o l u t i o nr a t eo fs o l i dd i s p e r s i o nw a s e n h a n c e db yi n c r e a s i n gp e gm o l e c u l a rw e i g h t ，p e gp r o p o r t i o na n d d e c r e a s i n g p a r t i c l e s i z et h ei rs p e c t r aa n dx r a yd i f f r a c t i o ni n d i c a t e dt h a t n i m o d i p i n ew a s p r e s e n t i ns o l i dd i s p e r s i o na sv e r yf i n em i n i c r y s t a l a sf o rd e v i c eo fv i b r a t i o nm e t h o d ，t h em i c r o s p h e r es i z ea n ds t a n d a r dd e v i a t i o n w e r ee f f e c t e db y j e tv e l o c i t y , s o l u t i o nv i s c o s i t y , f r e q u e n c yo fd i s t u r b a n c ea n dn o z z l e d i a m e t e r t h eo p t i m u mo p e r a t i o nc o n d i t i o nw a sd e t e r m i n e dt op r e p a r en m ps o l i d d i s p e r s i o n l o a d e d a l g i n a t e - k o n j a cg l u c o m a n n a n c h i t o s a nm i c r o s p h e r e s d u r i n g p r e p a r a t i o n 、i tw a sf o u n dt h a tn m p s o l i dd i s p e r s i o nc o u l dp r e v e n tf r o mc l o g g i n gi n n o z z l e h a v i n gb e e nd r i e di no v e n m i c r o s p h e r e sw i t l lh i g hc o n c e n t r a t i o no fa l g i n a t e a n dh i g hd r u gl o a dc o u l dm a i n t a i n g o o ds p h e r i c i t y n e e x p e r i m e n to fs o l - g e lt r a n s i t i o no fa l g i n a t es o l u t i o ni n d u c e db yc a l c i u mi o n i n d i c a t e dt h a ta d d i t i o no fk g mi n c r e a s e dv i s c o s i t yo fc a l c i u m a l g i n a t eg e l t h r o u g h i rs p e c t r aa n ds e m m i c m g r a p h ，t h ei n t e r a c t i o no fb e t w e e nk g m a n da l g ，t h e i n t e r i o rs t r u c t u r eo fm i c r o s p h e r e sa n dn i m o d i p i n ed i s p e r s i o ni n m i c r o s p h e r e sw a s s t u d i e d t h ei nv i t r or e l e a s ee x p e r i m e n t ss t u d i e dt h ee f f o c to fa l g c o n c e n t r a t i o n k g m c o n c e n t r a t i o n ，c a l c i u mi o nc o n c e n t r 撕0 i l ，c h ic o n c e n t r a t i o n ，c h im o l e c u l a rw e i g h t a n dn i m o d i p i n ec r y s t a lf o r mo nr e t e a s eb e h a v i o ro f m i c r o s p h e r e s c o m p a r e dw i t h c o m m e r c i a ln i m o d i p i n et a b l e t ，t h er e l e a s en i m o d i p i n em i c r o s p h e r e sw a ss l o w e ra n d m o r es t a b l e ，a n dc o u l db ed e s c r i b e da ss q u a r er o o t - t i m ep r o c e s s a d d i t i o no fk g m c a ni m p r o v er e l e a s eb e h a v i o ro f a l g i n a t em i c r o s p h e r e sb yr e d u c i n gt h ep o s s i b i l i t yo f b u r s tr e l e a s e k e y w o r d s ：n i m o d i p i n e s o l i dd i s p e r s i o n a l g i n a t e k o n j a c g l u c o m a n n a n v i b r a t i o nm e t h o d 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨凄盘壁或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨壅盘壁有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁涟表坐可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 导师签名 签字日期：年月e t 签字日期：年 月日 前言 前言 尼莫地平( n i m o d i p i n e ，缩写为n m p ) 是第二代吡啶类钙拮抗剂，优先作 用于小动脉，选择性作用于脑血管1 1 】。临床主要用于缺血性脑血管病、偏头痛、 突发性耳聋、老年性痴呆、珠网膜下腔出血和高血压( 尤其对原发性高血压) 等疾病的治疗，已取得了良好的效果【“，同时其还具有保护或促进记忆等作用。 但该药溶解度小，口服片剂生物利用度低，仅为静脉注射的3 0 o , - - 2 8 r ”。普通 片需日服3 4 次h i ，不仅服药次数多，而且血浓“峰珞”效应明显，为了提高 药效，延长给药间隔，方便患者服药，研制n m p 缓释微囊具有较高的临床应 用价值。 固体分散体是指将药物高度分散在无生理活性的载体中，形成的一种阻固 体形式存在的分散系统f 5 j 。制剂中难溶性药物的释放。吸收与药物的分散状态关 系极为密切，对其释放吸收影响很大。将难溶性药物制成固体分散体后，药物 在其中以微晶状态、分子态或过饱和态存在，分散程度大大提高。溶出时，药 物颗粒尺寸较小，与溶出介质接触的表面积增大，故而能极大的提高药物在水 相环境中的溶解度和生物利用度，即提高药效。尼莫地平不溶于水，生物利用 度低，应用固体分散技术将其制成速释型固体分散体后，能够显著提高溶解度 【6 】。若将缓释技术与固体分散技术结合，可在增加其溶解与吸收的同时，延缓 释放，以达到减少服药次数的目的。 近年来，海藻酸微囊在缓释药物方面得到广泛的应用，海藻酸微囊作为口 服药物具有药物流动性好、填装方便、患者服用简便等特点。此外海藻酸为天 然水凝胶，具有良好的生物相容性、温和的瞬时凝胶化等优良特性，而且可以 通过覆壳聚糖膜、加入添加剂来改变释药速率n 】。 魔芋葡甘聚糖是膳食纤维中具有代表性的低热、低脂可溶性多糖，在胃肠 中不能被人体消化酶分解利用，仅在肠内部分消化。目前国内外主要将其用作 食品初级原料，作为药物载体研究较少【8 】。本文以魔芋葡甘聚糖作为添加剂， 结合固体分散技术，开发海藻酸盐魔芋葡甘聚糖壳聚糖作为尼莫地平的缓释 材料，制备条件温和，不仅可减少血浓“峰谷”效应与服药次数，还可增加药 剂的保健生理功能。 在不涉及使用有机交联剂，强酸强碱的情况下，目前已开发的海藻酸微胶 囊制备方法主要可分为乳化法和喷雾法两大类。乳化法生产规模较大，可制备 粒径较小的微囊，但粒径分布较宽。同时对于口服过程，粒径太小，药物释放 将较快，这对缓释过程也是不利的。喷雾法制备的微囊较大，生产规模有限， 前言 但可以通过增加喷头个数可提高产量。喷雾法中的毛细管破碎法流量较大，制 得的微囊粒径较小，且粒径比较均- - ”。其装置形式简单、操作条件便于控制， 所得微囊大小主要受喷头内径、液体粘度、液体流速和震动破碎频率控制。 本文将结合固体分散技术和缓释微囊技术，将尼莫地平固体分散体应用于 海藻酸水凝胶微囊体系，并利用魔芋葡甘聚糖改善微囊性质，调控药物的释放 性能。尼莫地平固体分散体应用于水凝胶体系，一方面可提高药物在水凝较微 囊体系中的分散，消除微囊制备过程中药物颗粒对针头的堵塞；另一方面可提 高药物的溶出度与生物利用度。采用魔芋葡甘聚糖可进一步改善凝胶结构、药 物分布与微囊的降解过程，与现有市售片剂相比，可明显减少服药次数，保持 相对稳定的药物释放速率。 本文的主要内容包括： 第一章综述了现有尼莫地平药剂情况；固体分散体的性质与制备；微囊化技术； 海藻酸壳聚糖微囊的应用、魔芋葡甘聚糖性质及海藻酸微囊的制备。 第二章利用熔融法制备了尼英地平聚乙二醇固体分散体；利用溶出度试验、 x 射线衍射、红外测试，研究了聚乙二醇分子量与含量对药物溶出度 与结晶状态的影响。 第三章自行组装了毛细管破碎装置；考察了海藻酸粘度、流速、破碎频率与针 头直径对微囊大小、粒径分布和成球性的影响；并在较优条件下制备了 以尼莫地平固体分散体为包埋对象，以海藻酸魔芋葡甘聚糖壳聚糖微 囊为载体，制备了尼莫地平缓释微囊。 第四章通过研究溶胶凝胶过程中魔芋葡甘聚糖的作用，载药微囊的红外谱图 与扫描电镜照片，探讨了魔芋葡甘聚糖与微囊中其他物质的相互作用及 对凝胶结构的影响；分析了药物在尼奠地平微囊的分散情况。 第五章考察了海藻酸浓度、魔芋葡甘聚糖浓度、凝胶离子浓度、壳聚糖浓度与 分子量等因素对尼奠地平在模拟胃肠液中释放的影响；并与市售尼莫地 平片剂进行了比较；拟合了药物释放曲线：分析了尼莫地平微囊的释放 机理。 第六章归纳出本文结论并提出进一步研究设想。 第一章文献综述 1 1 尼莫地平简介 第一章文献综述 1 1 1 尼莫地平的化学结构与药理作用 尼莫地平( n i m o d i p i n e ，缩写为n m p ) 为第二代二氢吡啶类钙拮抗剂，于 1 9 8 5 年由德国拜尔( b a y e r ) 公司研制上市。化学名为异丙基一2 - 甲氧乙基1 ，4 二氢2 ，6 一二甲基4 ( 3 硝基苯基) 3 ，5 一吡啶二羧酸酯，化学结构式见图卜l 。 其药理特性是能有效地调节细胞内钙的水平，使之保持正常的生理功能。 因其易渗透血脑屏障，具有选择性扩张脑血管、显著逆转基底动脉和脊髓前动 脉痉挛的作用，临床上用于治疗高血压、中风、偏头痛、蛛网膜下腔出血及其 它脑出血疾病，是目前脑血管治疗的首选药物，特别对老年性痴呆具有较高的 临床应用价值。 ( c h 3 ) 2 c h o o c h 3 c n 0 2 c o o c h 2 c h 2 0 c h 3 c h 3 h c 2 i h 2 6 n 2 0 7 = 4 1 8 4 5 】 圈1 - 1 尼莫地平化学结构式 f i g 1 - 1c h e m i c a ls t r u c t u r a lf o r m u l a o f n l m o d l p i n e 1 1 2 尼莫地平制剂的研究 尼莫地平原药为淡黄色结晶性粉末，无臭、无味。不溶于水，在人体内不 易被吸收利用。常用的尼莫地平片荆毒性小，用药安全，假半衰期较短约为 1 5 - 2 h ，每天需要多次服药，而且血浓“峰谷”效应明显。为了提高尼莫地平 制荆的临床应用效果，目前主要有两个研究方向：一是增加尼莫地平的溶解度， 增加药效和生物利用度；另一个研究方向是制作尼莫地平缓释制剂，延长给药 时间间隔，方便患者服药，使血药浓度比较稳定，减少峰谷效应带来的副作用。 有关尼莫地平制剂的研究报道主要有固体分散物、各种片剂、胶囊剂、注 射剂、透皮制剂以及微囊等制剂新技术。 第一章文献综述 固体分散物方面的研究，多采用聚乙二醇( p e g ) 、聚乙烯吡咯烷酮( p v p ) 、 吐温8 0 、枸橼酸、泊洛沙姆1 8 8 ( p o l1 8 8 ) 等为载体，以熔融法、溶剂法和溶 剂熔融法制备固体分散物，可有效提高尼莫地平溶出度。陆锦芳等f 6 】选用分子 量为4 0 0 0 ，6 0 0 0 ，1 0 0 0 0 的聚乙二醇为载体，以熔融法制备了3 种不同比例4 ：1 ， 9 m 11 9 ：1 的尼莫地平p e g 固体分散体。溶出度测定结果显示各种组分的固体 分散体粉末( p e g 分子量不同，药物与p e g 比例不同) 溶出度均高于尼莫地平 原粉。以3 0 m i n ，6 0 m i n 溶出百分率进行比较，少则可增加4 倍，多则可增加8 倍。固体分散体的溶出度基本上随p e g 分子量的增加而增加，随p e g 含量的 增力口而增力口。 将尼莫地平固体分散体与缓释技术结合，可在增加其溶解与吸收的同时， 延缓释放。陈桂兰等m 1 采用固体分散技术，以p e g 6 0 0 0 为载体、硬脂酸为阻滞 剂，先把尼莫地平制成缓释型固体分散物，再压成片剂。体外溶出结果表明， 该缓释片里溶蚀型模型，释药速度慢而且稳定。吴伟等1 将尼莫地平先制成速 释型固体分散体，再与羟丙甲纤维素( h p m c ) 等物质压制成胃内滞留漂浮型 缓释片。结果表明：优选处方0 1 5 - 6 h 释放符合零级动力学；h p m c 量越大， 药物释放越缓慢；体内相对生物利用度为3 9 1 6 。周建平等m 】采用固体分散技 术和微晶技术结合的方法，研究和制备了尼莫地平缓释胶囊剂。体内外试验结 果表明，该胶囊具有明显的速释和缓释性能。0 5 h 释药量为4 5 ，保证了尼莫 地平快速达到治疗血药浓度和提高生物利用度的目的，6 h 释药量为8 5 ，以确 保尼莫地平缓释胶囊1 2 h 的有效性。 尼莫地平口服后在消化道吸收良好，但首过效应大，生物利用度不高。为 克服这一缺点，陈桂兰等【1 3 1 进行了尼莫地平注射液的研究，采用正交设计优选 处方，制备了以乙醇、p e g 4 0 0 0 、水为溶剂的较高浓度的注射液，乙醇、p e g 4 0 0 0 、 水最优组合比为4 0 ：3 0 ：3 0 ，注射液浓度为1 4 6 6 m g m l 。 尼莫地平透皮制剂也有较多的研究。选用丙稀酸酯为骨架材料【1 4 1 ，以油酸 和a z o n e 为促透剂的尼莫地平贴剂的体外渗透符合零级动力学过程。含5 a z o n e 的尼莫地平贴剂对皮肤有轻度刺激性，其他处方对皮肤无刺激性。复合促透剂 的促透效果明显高于单一促透剂。另有报道 ，在同一促透剂条件下，不同制 剂2 4 h 累积透皮量大小顺序为；涂膜剂 软膏剂 贴剂；p v p 作为涂膜剂载体材 料能增加尼莫地平的透皮量。 目前，有关尼莫地平缓释微囊的报道较少。卢风琦【1 6 】等将尼莫地平溶解于 乙醇中，用一步法制成海藻酸一壳聚糖微囊，研究了壳聚糖浓度、溶出介质p h 值和微囊形态对药物释放的影响。结果表明，微囊中壳聚糖含量高，缓释作用 强；溶出介质p h 高有利于药物从微囊中释放；干态微囊的释药速率较鲜微囊 第一章文献综述 馒得多，因为于微囊需要吸水溶胀后才能有效的释放药物。 1 2 固体分散体 1 2 1 基本性质与特点 固体分散体是指将药物高度分散于无生理活性的载体中，形成的一种以固 体形式存在的分散体系。 固体分散体的主要特点是利用不同性质的载体时药物在高度分散的状态 下，可达到不同要求的用药目的：增加难溶性药物的溶解度和溶出速率，从而 提高药物的生物利用度( 水溶性高分子载体) ；延缓或控制药物释放( 难溶性高 分子载体) ；控制药物于小肠释放( 肠溶性高分子载体) 。其次是利用载体的包 蔽作用，可延缓药物的水解和氧化：掩盖药物的不良气味和刺激性；使液体药 物固体化等。 固体分散体的主要缺点是药物的分散状态稳定性不高，久存往往药物会再 次聚集形成较大晶体，失去固体分散体控释药物的作用。 目前利用强亲水性载体制备的速释型固体分散体系，在固体分散体研究中 占较大的比例。制剂中难溶往药物的释放吸收与药物的分散状态关系极为密 切，对于水难溶性药物而言，利用水溶性载体制各成固体分散体，不仅可以增 大药物粒子的比表面积，抑制已被固体分散法高度分散的粒子的重新聚集，而 且对药物有良好的润湿性。这在提高药物的溶解度，加快药物溶出速率，从而 提高药物的生物利用度方面具有重要的意义。 1 2 2 弱体分散体的制备方法 固体分散体常用制备方法有熔融法、溶剂法、溶剂熔融法】。 ( 1 ) 熔融法将载体加热熔融后，在搅拌的情况下加入药物粉末，待药物 均匀分散于熔融的载体后，迅速冷却而成。将产品置于干燥器中，室温干燥， 经l 至数日即可使变脆而易粉碎。再研磨粉碎，过筛，置于干燥器中备用。本 法的特点是操作简单，成本低，但仅适用于热稳定固体分散体系。 ( 2 ) 溶剂法也称共沉淀法或共蒸发法。将药物和载体同时溶于有机溶剂 中或分别溶于有机溶剂中后混合均匀，蒸去溶剂而得。蒸发溶剂时，宜先用较 高温度蒸发至粕稠时，突然冷冻固化。溶剂法适用于对热不稳定或易挥发的药 物，但使用有机溶剂用量大，成本高，且有时难于除尽。 ( 3 ) 溶剂一熔融法药物用少量有机溶剂溶解后与熔化了的载体混合均匀， 蒸去有机溶剂，冷却固化而得。毒性很小的有机溶剂也可不蒸去，因为少量溶 第一章文献综述 剂( 5 l o ) 不影响载体的固体性质。本法宜用于高熔点且对热稳定性差的 药物。但本法受热时间短，仅限于小剂量的药物，一般剂量在5 0 m g 以下。 1 2 3 水溶性载体 速释型固体分散体的载体一般为水溶性载体，多为水溶性高分子化合物、 有机酸类、糖类等。 ( 1 ) 聚乙二醇类( p e g 类) 聚乙二醇类分子量范围较广，作为固体分散体载体选用分子量为 1 0 0 0 - 2 0 ，0 0 0 ，最常用的是p e g 4 0 0 0 和p e g 6 0 0 0 。聚乙二醇毒性小，在胃肠道 内易于吸收，不干扰药物的含量分析。p e g 类熔点低( 6 5 ) ，适用于熔融法 制备固体分散体，本品熔化后，当温度刚刚降至冻点，粘度骤增，使药物以距 稳态或无定形状态沉积于载体中，抑制药物析出晶体。p e g 类还能溶于多种有 机溶剂中，且在蒸发过程中粘度骤增，抑制药物析出结晶，故又适合用溶剂法 制备。但p e g 类分散物在贮藏过程中容易老化，即药物结晶粗化，溶出速度下 降；另外，p e g 类可能与某些药物形成难溶性络合物，减少药物的溶出速度和 生物利用度，如1 ：2 苯巴比p e g 6 0 0 0 为难溶性络合物，溶出速度小于纯药。尽 管存在一些缺点，但p e g 类能显著地增加药物的溶出速率和吸收程度，在固体 分散体的研究中仍是常用载体之- - ”1 。 ( 2 ) 聚乙烯毗咯烷酮( p v p 类) p v p 类无毒，易溶于水和多种有机溶媒，如乙醇、丙醇、异丙醇、氯仿和 二氯乙烷等；熔点高( 2 6 5 c ) ，且在熔化时分解，因此适宜用溶剂法、溶剂沉 积法或喷雾干燥法制备固体分散体，而不宦用熔融法。用p v p 溶剂法制备分散 体过程中，由于溶剂蒸发，溶液粘度变大，可抑制药物晶粒的形成和成长，使 药物以无定形状态分散于载体中。本品作载体存在的问题是，溶剂用量大，成 本高，不利于工业生产；产品对湿稳定性差，易吸湿析出药物结晶；特别是分 子量大的p v p ，药物在载体内易发生自身的缔合“。 ( 3 ) 其它常用水溶性载体还有尿素、有机酸类( 枸橼酸、琥珀酸、去氧胆 酸等) 、糖类( 右旋糖酐、木糖醇、山梨醇、半乳糖等) u g 。据报道，糖类多用 于配合p e g 类高分子物作联合载体。因其分子量小，溶解迅速，可克服p e g 溶解时形成富含药物的表面层妨碍对基质进一步溶蚀的缺点【2 0 1 。 由于速释型固体分散体能显著提高难溶性药物的溶解度，将尼莫地平制成 国体分散体有助于解决溶出速度慢、药物生物利用度低等问题。 第一章文献综述 1 3 药物微囊化技术 1 3 1 微囊简介 微型包囊技术是近3 0 多年来应用于药物的新工艺、新技术，简称微囊化。 微囊是利用惰性的天然或高分子材料作囊材，将固体药物或液体药物作囊心物 包裹而成的药库型微小胶囊。药物微囊化可达到以下目的： ( 1 ) 掩盖药物的不良气味及口味如鱼肝油、氯贝丁酯、生物碱类以及磺 胺类等。 ( 2 ) 提高药物的稳定性如易氧化的b 一胡萝h 素、对水气敏感的阿司匹 林、易挥发的挥发油类、薄荷脑水杨酸甲酯、樟脑混合物等药物。 ( 3 ) 防止药物在胃内失活或减少对胃的刺激性如尿激酶、红霉素、胰岛 素等易在胃内失活，氯化钾、吲哚美辛等刺激胃易引起胃溃疡，可用微囊化克 服这些缺点。 ( 4 ) 使液态药物固态化便于应用与贮存如油类、香料、液晶、脂溶性维 生素等。 ( 5 ) 减少复方药物的配伍变化如阿司匹林与氯苯那敏( 扑尔敏) 配伍后 可加速阿司匹林的水解，分别包囊后得以改善。 ( 6 ) 缓释或控释药物可采用惰性基质、薄膜( 惰性的或依赖p h 的薄膜) 、 可生物降解材料( 或离子透过性不同的材料) 、亲水性凝胶等，制成微囊、微 球可使药物控释或缓释，在制成控释或缓释试剂。根据囊材性质的不同，微囊 膜对药物的释放起到不同程度的阻滞作用。用药后，在消化道或机体组织内类 似大量贮存药物的小仓库，药物释放需经过体液渗入囊壁、药物溶解和药物扩 散一系列过程，从而达到长效缓释的目的。 j ( 7 ) 使药物浓集于靶区如治疗指数低的药物或细胞毒素药物( 抗癌药) 制成微囊、微球或毫微粒的靶向制荆，可将药物浓集于肝或肺等靶区，提高疗 效，降低毒副作用。 ( 8 ) 除药物外，可将活细胞或生物活性物质包囊，如胰岛、血红蛋白等包 囊，在体内生物活性高，而具有很好的生物相容性和稳定性。 微囊可再加工成散剂、胶囊剂、片剂、注射剂、混悬剂、洗荆、软膏剂、 栓剂等剂型使用，用微囊代替药物粉末制各各种药物制剂，具有不少优点，例 如用微囊配成的散剂，流动性好，含量均匀，因此分剂量比较准确。用微囊制 备胶囊剂时，填充快，装量准确。用微囊直接压片，具有良好的可压性和流动 性，填料准确，因此片重差异较小，压片时大大减少粉末的飞扬，有利于改善 劳动条件和环境卫生等。 第一章文献综述 1 3 2 囊心物与囊材 制各微囊的过程称为微型包囊技术( m i c r o e n c a p s u l a t i o n ) 简称微囊化， 被包囊的药物称囊心物，包囊用的高分子材料称为微型包囊材料，简称囊材。 根据囊心物、囊材的性质和包囊工艺的不同，微囊的囊粒可以是囊心物外包囊 材的膜壳型：也可以是囊心物与囊材镶嵌在一起的镶嵌型，外观多呈球型、葡 萄串型、表面平滑或折叠而不规则等各种形状。 固体药物和液体药物均可以作为囊心物进行微囊化。但是采用的制备工艺 不同，对囊心物的性质有不同的要求。例如采用相分离凝聚法，则囊心物可以 是溶于水或不溶于水的固体药物或液体药物：若采用界面聚合法时，囊心物必 须具有水溶性。囊心物除主药外，还可以加入附加剂，如稳定剂、稀释剂以及 控制药物释放速度的阻滞剂等。通常将主药与附加剂混匀后进行微囊化，亦可 单独将主药先微囊化，然后再按制剂需要加入附加剂。 囊材应是可以掩盖或改变药物不良性质的载体，它除应符合辅料的安全性、 稳定性等共同要求外，还应具有微型包囊应有的特性，如对囊心物应有足够的 包囊率，易于成囊，或成为可嵌合药物的微小实体而又不与囊心物发生反应。 为适应包囊的要求，囊材应有足够的溶解性，适宜的粘度和渗透性，并考虑其 吸湿性与稳定性，成囊后应有一定的强度和柔软性，供注射用者，还应具有生 物相容性及生物可降解性。常用的囊材与载体材料大致可分为以下三种： ( 1 ) 天然高分子材料类：这类材料具有囊材要求的多中基本特性，稳定、 无毒、成膜性好，廉价易得，是目前最常用的一类囊材，如明胶、阿拉伯胶、 蜡、海藻酸钠、蛋白类、松脂、淀粉等。但天然材料由于来源不同，同材料 的分子量、物理性质等可能也会有一定的差异，这将药物释放性能造成的不稳 定。 ( 2 ) 半合成高分子材料类：以纤维素衍生物为主，一般毒性小、粘度大、 成膜性能良好，但可能水解、不耐高温，稳定性差，有些需临用时现配。常用 的有羧甲基纤维素( s c m c ) 、乙基纤维素( e c ) 、邻苯_ = 甲酸醋酸纤维素( c a p ) 、 羟丙甲纤维素( h p m c ) 等。 ( 3 ) 全合成高分子材料类：可分为生物降解( b i o d e g r a d a b l e ) 和非生物降 解( n o n b i o d e g r a d a b l e ) 两类。此类材料的优点是化学稳定性好，成膜性能优良。 如聚乳酸( p l a ) 、聚氰基丙烯酸烷酯( p a c a ) 、聚丙烯酸树脂、乙交酯丙交 酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸烃乙酯及羧甲基葡聚糖等。缺点 是合成过程中，某些残留物质可能不易去除，造成一定毒性。 选择微囊囊材取决于很多因素，最主要的是囊材本身的性质，包括其粘度、 渗透性、吸湿性、稳定性及溶涨度等。另外，不同囊心物对囊材也有不同的要 第一章文献综述 求，如油溶性囊心物应采用水溶性囊材，而水溶性囊心物的囊材则须是油溶性 的。 1 3 3 微囊中药物的释放 药物微囊化后，一般要求药物能定量的从微囊中释放，要深入了解药物释 放的速度规律，应首先考虑其释放机理。微囊中药物的释放机理一般认为有三 种情况： ( 1 ) 扩散系指药物透过囊壁而扩散，属于物理过程。在体内，体液向微 囊中渗透并逐渐使药物溶解经囊壁扩散出来。 ( 2 ) 囊壁的溶解也属于物理化学过程。囊壁溶解的速度取决于囊材的性 质、体液的体积、组成、p h 及温度等。 ( 3 ) 囊壁的消化与降解这是在体内酶的作用下的生化过程，当微囊进入 体内后，囊壁可受蛋白酶或其它酶的消化与降解成为体内的代谢产物，使药物 释放出来。 影响微囊中药物释放的因素主要有【2 l 】： ( 1 ) 囊材不同囊材形成的囊壁具有不同的厚度和物理化学性质。如明胶 所形成的囊壁具有网状结构，药物嵌入网状孔隙中，孔隙很大，药物释放速度 快；若是聚酰胺形成的囊壁孔隙半径小，药物释放速度比明胶慢得多。一般囊 壁厚度越大，释放速度越小。有时可采用复合囊材以改变微囊释药速度。例如 磺胺噻唑微囊化时，以明胶果胶形成的囊壁释放药量最少，而明胶一海藻酸钠 形成的囊壁释药量最多。 ( 2 ) 药物溶解度药物的溶解度与药物释放速度有密切的关系，在其它条 件相同时，可溶性药物释放速度较快。与溶解度相似，药物在囊壁与水之间的 分配系数大小也影响其释放速度。 ( 3 ) 添加剂的影响为了延缓药物释放，可加入疏水性物质如硬脂酸、蜂 蜡、十六醇以及巴西棕榈蜡等。 ( 4 ) p h 的影响在不同p h 条件下微囊的释药速度也可能不同。如氯噻嗪 微囊，以阿拉伯胶一明胶为囊材，体外试验表明，在p h = 2 释放介质中，4 0 m i n 内氯噻嗪释放达1 0 0 ，但在p h = 9 介质中，1 2 0 m i n 释放量低于8 0 。 ( 5 ) 囊，t l , 物与囊壁的重量比随着囊心物与囊壁的重量比不同，释放速度 也可有很大的差异。如舒喘宁乙基纤维素微囊，含药量越高，释放速度越快。 ( 6 ) 工艺条件与剂型成囊时虽采用相同的工艺，但干燥条件不同，则释 药速度也不相同，例如冷冻干燥或喷雾干燥的微囊，其释药速度比烘箱干燥的 微囊快，可能是后者每个干燥颗粒中所包含微囊的个数比前二者多得多，表面 第章文献综述 积大大减小，因而影响了释药速度。 1 4 海藻酸微囊 1 4 1 海藻酸的基本性质 ( 1 ) 物理化学性质 海藻酸( a l g i n a t e ) 是从褐藻或细菌中提取出的一种酸性多糖，为一种无支 链的线性嵌段共聚物，由a l ，4 结构的l 型古洛糖醛酸的钠盐( 记为g 段) 与其立体异构体0 1 ，4 结构的d 型甘露糖醛酸的钠盐( 记为m 段) 两种结构 单元以三种方式( 即m m 段、g g 段和m g 段) 通过q ( 1 4 ) 糖苷键链接而成 的聚合物。海藻酸钠溶于不同温度的水中，不溶于乙醇、乙醚及其它有机溶剂。 海藻酸在p h = 5 到p h = 1 0 之间是化学稳定的，但可被卤素、高碘酸赫等氧 化剂或多酚、硫醇等氧化还原剂降解。高浓度的n a + 、k + 、m 9 2 + 离子与磷酸盐、 柠檬酸、乳酸或e d t a 等螯合剂会使海藻酸凝胶失去凝胶离子而溶解，导致包 埋物的泄漏。海藻酸的水解还与凝胶时间、温度及p h 值有关。在低p h 值介质 中，海藻酸分子量会降低，将其再次放在中性介质中会迅速释放包埋物f 2 2 】。 ( 2 ) 海藻酸的生理特性 海藻酸由于富含羧基，是一种典型的阴离子生物粘着材料。由于聚阴离子 比聚阳离子或不带电的高分子能更好的粘附在粘膜表面“，所以海藻酸相比聚 苯乙烯、壳聚糖、羧甲基纤维素钠及聚乳酸等高分子具有更强的粘膜粘着性乜“， 使其作为粘膜给药载体具有一定优势。海藻酸微囊对粘膜组织的吸附及对药物 或蛋白的延迟释放将有效提高药效与生物利用率，利于实现肠胃或鼻咽给药。 ( 3 ) 海藻酸的凝胶特性 海藻酸钠与多价阳离子( 如钙离子) 接触时，具有瞬时凝胶化特性。溶胶一 凝胶过程主要是钙离子与海藻酸中钠离子的交换过程，在o 1 0 0 都可形成稳定 的凝胶，但凝胶的刚性随温度上升而下降。海藻酸的凝胶过程有内、外源法， 常规过程为外源法，其是将海藻酸溶液分散在c a 2 + 溶液中，二价阳离子由外向 内凝胶，但由于微囊表面快速形成一层致密海藻酸钙，限制了钙离子在微囊内 的扩散速度，所得到的一般为非均相微球，微囊表面比内部更加致密。通过测 定海藻酸在微囊内的分布也可知，非均一性微囊表面海藻酸的浓度相对较高口5 1 。 内源法制备过程是将水不溶性钙盐悬浮在海藻酸钠溶液中，将以上混合物滴入 溶有醋酸的低芥酸菜子油中，不溶性钙盐遇酸释放出游离钙离子，形成海藻酸 钙凝胶。从凝胶时间上比较，外源法受到钙离子扩散素率的影响，需3 0 m i n 才 能达到钙离子饱和，而对内源法使用碳酸钙仅为几秒钟，使用柠檬酸钙为2 0 秒。 相比凝胶结构，内源法制得的凝胶更加均一 2 6 1 ，内源法凝胶过程是质子由外向 第一章文献综述 内的扩散过程，扩散速度较快，凝胶过程迅速，使得海藻酸与所包埋的药物在 凝胶中分布较为均匀。 1 4 2 海藻酸微囊的应用 相比许多合成材料，海藻酸钠有一些独特的性质：可在温和条件下成为凝 胶，保持包埋物的生物活性；基质内保持相对的水环境；凝胶具有多孔性；基 质可在物理条件下降解；凝胶具有良好的生物相容性等。因此海藻酸可包埋的 物质范围很广。对大分子物质目前已涉及细胞、酶、蛋白质、核酸及多糖等。 如壳聚糖一海藻酸包埋血红蛋白制作人工细胞【2 7 1 、明胶海藻酸微囊包埋c l 一干扰 素幽】、海藻酸微球包埋免疫试剂胡乱毒素( c t b ) 与多糖抗体( p s l 9 ) f 29 】以及 内源乳化法制备海藻酸微囊包埋卡介苗( 结核杆菌b c g ) 制作人工疫苗口”等。 海藻酸包埋的小分子药物见表1 一l 。 表1 - 1 海藻酸包埋的小分子合成药物 t a b l el 1s u m m a r yo f d r u gi na l g i n a t eg e l 第一章文献综述 由表1 1 可知海藻酸盐适于包埋各种药物，包埋形式除微囊外，还有凝胶膜 ( 如外伤敷料) 、凝胶棒、片剂及栓剂等。此外，w h i t e h e a d 4 9 1 还开发了冷冻干 燥的海藻酸钙作为飘浮药剂，发现其有良好的飘浮性质，在胃内保留时间可长 达5 小时，而非飘浮药剂在胃内保留时间仅为1 h 。 海藻酸的药物控释应用主要以口服药剂的研究为主。海藻酸凝胶作为口服 药物载体的优势在于，海藻酸口服后遇消化液发生水化作用生成凝胶，由于凝 胶的屏障效应，可以控制药物的释放速度。另外，海藻酸在胃酸中发生沉淀， 颗粒半径明显减少，因而释放孔径较小，减少了蛋白类药物在胃液中的泄漏与 失活。研究表明，胰岛素、水蛭素等多肽包埋在海藻酸- 壳聚糖颗粒中，在模拟 胃液中没有明显的释放，而在模拟肠液中释放较快，这将有效提高多肽药物的 生物活性与利用率。但海藻酸凝胶在酸性溶液中会失去凝胶离子发生降解，当 再次放入碱性的模拟场液中时，将迅速释放包埋物。因此，通过不同离子凝胶、 覆膜及加入添加剂等方法改善海藻酸凝胶性质是目前的发展趋势。 1 4 3 改善海藻酸微囊性质的方法 ( 1 ) 覆膜 海藻酸可与聚阳离子形成强度较好的聚电解质复合物( p e c ) ，如壳聚糖 ( c h i ) 、聚l 赖氨酸( p l l ) 、聚乙烯亚胺( p e i ) 、聚乙烯胺( p v a ) 等。壳 聚糖是由甲壳素经脱乙酰化反应转化变成的天然高分子直链多糖，具有良好的 生物相容性和生物降解性。由于壳聚糖分子链上有大量的伯氨基，海藻酸钠的 分子链上有大量的羧基，所以壳聚糖与海藻酸钠可以通过正、负电荷吸引，在 海藻酸钠微囊表面复合一层强度较好的聚电解质半透膜，不仅可增加凝胶的稳 定性还可减少颗粒表面的释放孔径，从而提高微囊的稳定性和载药量，并可通 过改变壳聚糖浓度来调节药物释放速度。所形成的壳聚糖一海藻酸盐胶囊一般认 为具有三重结构：最外层为沉淀出的壳聚糖外壳；中层是壳聚糖一海藻酸盐聚电 解质；内层为海藻酸盐芯料。 根据壳聚糖和海藻酸反应原理，海藻酸一壳聚糖微囊的制备方法主要可分为 一步法和两步法。 ( a ) 一步法采用一步法主要有两种方式。一种方式是将海藻酸钠溶液直接 滴入壳聚糖和氯化钙的混合溶液中形成微囊；另外一种方式是反向操作，即将 壳聚糖和氯化钙的混合溶液滴入海藻酸钠溶液中反应形成微囊。前者比较常用。 ( b ) 二步法这种合成方法类似于传统的a p a 微胶囊的制备方法。过程简述 如下：将海藻酸钠溶液滴入氯化钙溶液形成海藻酸钙凝胶珠：海藻酸钙凝胶珠 再和壳聚糖反应形成微胶囊。 2 第一章文献综述 一步法的显著优点是制备方法简单，成囊速度快，微囊化物质不容易在制 备过程中流失，比较适台于蛋白分子的微囊化。但是，由这种方法制备的微胶 囊球形度和光洁度较差，制备过程中微胶囊之间容易粘接。两步法制备的微胶 囊球形度和光洁度好，但是制备过程相对繁琐；而且，在制备海藻酸钙胶珠时， 微囊化物质容易流失，因此，这种方法相对而言更适合于细胞的微囊化。 ( 2 ) 添加剂 在海藻酸盐中加入添加剂主要有两个目的。其一增加包埋物的稳定性提高 药物的生物利用率。如为增加胰岛素的吸收度与稳定性，研究者等将0 一环糊精 与胰岛素形成复合体”o ，或加入牛血清白蛋白、葡聚糖等蛋白质稳定剂“。其 二改变药物的释放过程。如胰岛素与b 一环糊精复合2 0 m i n ，在模拟肠液中- 4 , 时后才明显释放，而复合1 5 0m i n 一小时内就开始释放，这与胰岛素与b 一环糊 精复合后自身蛋白质分子聚集状态的减少有关。 最近出现加入果胶等天然多糖类添加剂取得了较好的效果。l i up 用海藻酸 与果胶作为核心高分子，p l l 覆膜制备微胶囊p 2 l ，果胶有助于形成强度更好的 胶囊，且能抵抗酸性溶液，并可在碱性条件下控制药物释放。果胶是一种膳食 纤维，其在体内不能被消化酶等分解利用，仅在大肠中作为部分菌体的底物， 不同于海藻酸在胃酸中降解，这可能是其能抵抗酸性溶液的原因。改变海藻酸 与甲氧基果胶的比例及凝胶速率，将会影响颗粒的大小、稳定性、p h 响应性、 载药量及释放速率。g u r s o ya i 5 2 1 在将海藻酸微胶囊制成片剂的过程中，加入角 叉胶( c a r t ) 、海藻酸( a l g ) 、果胶( p e c t i n ) 、羧甲基纤维素钠( n a c m c ) 、黄耆胶( t r g h ) 及羟丙基甲基纤维素( h p m c ) 作为添加荆，片剂具有很好的物理性质且能较好的 控制双氯酚酸钠的释放，释放速率大小