（化学工艺专业论文）纳米亲水脂性药物绿色制备技术.pdf

摘要 摘要 两亲嵌段共聚物在亲水与亲油片段的摩尔比适当时，在选择性溶剂中可自动组装成 “核壳”结构的纳米胶束，在水为连续介质的体系中，胶束的亲水端向外而亲脂端向 内。由这种具有自组装性能的两亲嵌段共聚物形成的纳米胶束可以增溶药物，控制药物 的释放。由于胶束的尺寸处于纳米量级，因此利用嵌段共聚物的自组装制备纳米材料已 成为当今高分子科学和材料科学的重要研究课题。两亲性嵌段共聚物能在选择性溶液中 形成丰富多样的胶束结构，因此备受人们关注。 以聚甲基丙烯酸正丁酯为大分子链转移剂，甲基丙烯酸正丁酯为亲油性单体，以2 甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱( m p c ) 为亲水性单体，4 ，4 偶氮双( 4 氰基戊酸) 为引发剂， 通过可逆加成断裂链转移( r a f t ) 聚合得到两亲性二嵌段及三嵌段共聚物，通过核磁 ( n m r ) 和红外( m ) 表征其组成、结构及分子量。两亲二嵌段及三嵌段共聚物的结构 使分别为p b m a 8 0 - b p m p c 9 6 、p b m a 8 0 - b - p m p c 9 6 - b p b m a l 3 3 ，其分子量分别为3 9 9 3 2 、 5 8 8 1 8 。然后以此聚合物为载体用自乳化溶剂挥发法制备了空白胶束和载紫杉醇胶束。 透射电镜显示自组装成的胶束呈现均匀球形，胶束分散性好，平均粒径均小于1 0 0n m 。 利用紫外可见光光谱) 测定了聚合物胶束的载药能力，二嵌段及三嵌段共聚物制备 的胶束的载药量接近1 0 。 利用石英微晶天平( q c m ) 测定了3 5 ，4 0 和4 5 以及o l lm p a 的条件 下二氧化碳和紫杉醇之间的相平衡关系。实验结果表明，气相状态的二氧化碳几乎不能 溶解紫杉醇，在二氧化碳达到超临界压力时，二氧化碳使紫杉醇发生溶胀，之后，紫杉 醇开始在超临界二氧化碳中溶解，并随着温度和压力的增大，溶解度增大，但总的来说， 在本文的温度压力范围内，紫杉醇在超临界二氧化碳中的溶解能力均不高，其摩尔分率 在4 5 x 1 0 - 9 - 7 8 x 1 0 母之间。因此，若需要紫杉醇溶解在超临界二氧化碳中，必须有较高 的压力或者添加共溶剂。 超临界流体挥发法是利用超临界二氧化碳制备载紫杉醇胶束的一种新颖方法。该方 法无有机溶剂残留，避免了有机溶溶残留对人体的毒害。胶束制备过程中形成了水超临 界二氧化碳紫杉醇共存乳液，以r a f t 聚合获得的共聚物p m p c 5 6 - b - p b m a s o 为基础成 功制备了聚合物胶束及其载紫杉醇胶束。透射电镜显示胶束呈现明显的核一壳结构，空 心聚合物胶束平均粒径5 0r i m ，载紫杉醇平均粒径5 4 5a m ，动态激光散射测试结果表 明胶束粒径分布较窄。载紫杉醇胶束载药量大于1 2 ，。用透析法考察了体外释放动力 学，1 3 2h 时紫杉醇释放量达到了5 4 。释放结果远远高于有机溶剂挥发法制备胶束的 释放结果( 1 3 2h 紫杉醇市放量近1 8 ) 。 关键词：超临界二氧化碳，紫杉醇，两亲嵌段共聚物，石英微晶天平 a b s t r a c t b l o c kc o p o l y m e rc o m p o s e db yt h eh y d r o p h o b i cb l o c k sa n dt h eh y d r o p h i l i cb l o c k sc a l l s e l f - a s s e m b l ei n t ol l a n o s i z e dm i c e l l e sw i t h c o r e s h e l l s t r u c t u r ei ns e l e c t i v es o l v e n t s a tt h e e q u i l i b r i u ms t a t e ，w h e nw a t e rw a su s e da sc o n t i n u o u sm e d i u r n , t h eh y d r o p h o b i cb l o c ko ft h e c o p o l y m e rs t r e t c h e di n t oo i lp h a s e ，w h i l et h eh y d r o p h i l i cb l o c ke x t e n d e di n t ow a t e rp h a s e 珏em i c e l l e sl o a d e dh y d r o p h o b i cd r u g sc o u l de ：n l a a n c et h es o l u b i l i t yo fd r u g si nw a t e ra n d c o n t r o lt h ev i t r or e l e a s eo fd r u g sf r o mm i c e l l e s i th a sb e c o m ea ni m p o r t a n tt o p i ci np o l y m e r a n dm a t e r i a l ss c i e n c et of o r mt h en a n o m a t e r i a l sb a s e do nt h et e m p l a t e so fb l o c kc o p o l y m e r s e l f - a s s e m b l e sb e c a u s eo fn a n o m e t e rs c a l e g r e a ta t t e n t i o nh a v eb e e n # v e nt ot h ef o r m a t i o n o fv a r i o u sm i c e l l a rm o r p h o l o g i e sf r o mt h es e l f - a s s e m b l yo fa m p h i p h i l i cb l o c kc o p o l y m e ri n s e l e c t i v es o l v e n t a m p h i p h i l i ct r i b l o c kc o p o l y m e r sw e r es y n t h e s i z e db yr a f tt e c h n i q u e ，u s i n gp b m a a s am a c r oc h a i nt r a n s f e ra g e n lt h ec o m p o s i t i o na n dm o l e c u l a rw e i g h to ft h ec o p o l y m e r sw e r e e s t i m a t e db y1 h n m ra n di r b l a n kp o l y m e r i cm i c e l l e sa n dd r u g 1 0 a d e dm i c e l l e sw e r e p r e p a r e dv i as e l f - e m u l s i o n s o l v e n te v a p o r a t i o nm e t h o d t h em i c e l l e se x h i b i t e da b a r r o ws i z e d i s t r i b u t i o na n dr e l a t i v e l yr e g u l a rs p h e r i c a ls h a p ei nt e mi m a g e s t h ea v e r a g es i z eo f m i c e l l e sw a s3 0n n l t h em o r p h o l o g ya n dt h ed r u gl o a d i n gc a p a c i t yo ft h em i c e l l e sw e r e c h a r a c t e r i z e du s i n gt e ma n du vs p e c t r o s c o p y t h el o a d i n gc a p a c i t i e so fm i c l l e sp r e p a r e db y t w oc o p o l y m e ra l la p p r o x i m a t e dt o10 a q u a r t zc r y s t a lm i c r o b a l a n c e ( q c m ) w a su s e dt od e t e r m i n et h ep h a s eb e h a v i o ro f p a c l i t a x e la n dc a r b o nd i o x i d ea tt h ep r e s s u r er a n g eo f0 1 1m p aa n da tt h et e m p e r a t u r eo f 3 5 ，4 0 ，4 5 ，r e s p e c t i v e l y o u re x p e r i m e n t a lr e s u l t sa l s oi n d i c a t e dt h a ts c c 0 2w a s n o tag o o ds o l v e n tf o rp a c l i t a x e la tt h ee x p e r i m e n t a lt e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r er a n g e p a c l i t a x e lw a ss w e l l e db yc a r b o n dd i o x i d ew h e nt h ep r e s s u r er e a c h e ds u p e r c r i t i c a lp o i n t ， t h e nt h ep a c l i t a x e lb e g a nt os o l v ei ns u p e r c r i t i c a lc a r b o nd i o x i d ea n dt h es o l u b i l i t yi n c r e a s e d w i t ht e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r e t h e r e f o r e ，w h e np a c l i t a x e ln e e d e dt od i s s o l v ei ns c c 0 2 ，m u c h h i g e rp r e s s u r et h a nt h ec r i t i c a lv a l u em u s tb ea d o p t e do rc o s o l v e n tw a su s e d s u p e r c r i t i c a lf l u i de v a p o r a t i o n , an o v e lm e t h o df o rp r e p a r a t i o no fm i c e l l e s 1 0 a d e d p a c l i t a x e lu s i n gs u p e r c r i t i c a lc a r b o nd i o x i d ew i t h o u ta n yo r g a n i cs o l v e n tt o x i ct ot h eh u m a n b o d yh a sb e e nd e v e l o p e d t h i sm e t h o da l l o w e da q u e o u sd i s p e r s i o n so fm i c e l l e st ob ef o r m e d b yt h em i x t u r eo fw a t e r s u p e r c r i t i c a lc a r b o nd i o x i d e a m p h i p h i l i cb l o c kc o p o l y m e r p a c l i t a x e l 、砘t 1 1s u f f i c i e n ts t i r r i n ga n ds u b s e q u e n t l ys y s t e mr e l e a s e dt oa t m o s p h e r i cp r e s s u r e b l a n ka n d p a c l i t a x e l - l o a d e dp o l y m e r i cm i c e l l e sw e r eo b t a i n e df r o mt h ep b m a - b p m p c ( p o l y ( n - b u t y l m e t h a c r y l a t e ) - b - p o l y ( 2 - m e t h a c r y l o y l o x y e t h y lp h o s p h o r y l c h o l i n e ) ) c o p o l y m e r , w h i c h w a s p r e p a r e db yr a f tp o l y m e r i z a t i o n t h ep a c l i t a x e l - l o a d e dp o l y m e r i cm i c e l l e s h a dh i g h l o a d i n gc o n t e n t ( a b o v e1 2 ) t e ma n a l y s i sr e v e a l e dar e g u l a rs p h e r i c a ls h a p e ，s m a l l d i a m e t e r ( 1 e s st h a n10 0n m ) a n dn a r r o ws i z ed i s t r i b u t i o no ft h em i c e l l e s i nv i t r or e l e a s e 东南大学硕士学位论文 k i n e t i c so fp a c l i t a x e lf r o mt h em i c e l l e sw i l l sa l s os t u d i e d m o r et h a n5 0 o ft h ep a c l i t a x e lw a s r e l e a s e dw i t h i n13 2 h , w h i c hw a sm u c hh i g h e rt h a no r g a n i cs o l v a n te v a p o r a t i o n k e yw o r d s ：s u p e r c r i t i c a lc a r b o nd i o x i d e ，p a e l i t a x e l ，a m p h i p h i l i cb l o c ke o p o l y m e r ，q c m 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 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。 研究生签名：皇i 翊卜日 期：竺盟多 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：割盟导师签名：幽独期：笆! ! ，“ o l 课题背景 一_ j 一 刖昌 众所周之，癌症( 恶性肿瘤) 已经成为人类健康最主要的威胁之一，因此各种抗肿 瘤药物的开发一直是研究的热点。经过研究者多年的努力，已开发出多种卓有成效的抗 肿瘤药物，例如紫杉醇、阿霉素、喜树碱等等。遗憾的是，这些药物均为脂性，在水中 的溶解性极小，自身无法在人体血液系统中实现循环而达到肿瘤部位，直接用药的治疗 效果有限l l l ，因此，其增溶方法的研究也成为这些药物实现临床应用的必要步骤。国内 外已取得的研究结果表明，用聚合物，特别是两亲嵌段聚合物包裹憎水性药物制得的纳 米乳液的方法是最有效的增溶方法之一。两亲嵌段聚合物由亲水链段和疏水链段两部分 组成，在水溶液中两链段由于溶解度的差异自组装形成具有独特“核壳 结构的胶束， 其中疏水的链段聚集成核增溶脂溶性药物，亲水的链段聚集成壳起到稳定和保护的作 用。这种载药胶束可显著改善憎水性药物的水溶性，实现在人体血液中的长循环，从而 提高药物的生物利用度，减少药物用量，减轻药物对人体的副作用，因此，极大的改善 了治疗效果【2 3 1 。 两亲嵌段共聚物作为载体材料在药学研究领域有广阔的发展潜力，具有较强的自组 装能力，且可通过调节嵌段组成比例或引入新嵌段来调控自身的物理化学性质。随着研 究的不断深入，嵌段共聚物正日益用作多种药物的释放载体，如抗肿瘤药物、抗菌药物、 基因治疗药物等。两亲性二嵌段共聚物和两亲性三嵌段共聚物自组装为纳米胶束的研究 引起了广泛的关注。 目前，制备载药胶束的两亲嵌段聚合物中，憎水链段一般采用对人体无害的聚丙烯 酸丁酯( p b m a ) ，而亲水链段由于直接与外界接触，因此，对药物疗效有显著的影响。 目前，文献常用的亲水链段包括聚乙二醇( p e g ) 以及2 甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱 ( 御c ) 等。其中，后者由于含有具有良好生物相容性的磷酸胆碱官能团，用其作为亲 水链段制得的胶束不易被体内的防御体系如网状内皮系统( r e s ) 或单核吞噬细胞体统 ( m p s ，主要是肝脏和脾中的k u p f e r 细胞) 从血液循环中清除，因此较前者具有明显 的优势【4 制，但其制备工艺的复杂可能是限制其广泛应用的瓶颈。 除了使用的聚合物之外，载药胶束制备方式的差异同样决定着药物对人体副作用的 大小。两亲嵌段聚合物纳米载药胶束体系目前常用的制备方法包括：透析法( d i a l y s i s ) 、 油水乳液法( o i l i n - w a t e re m u l s i o nm e t h o d ) 、溶剂挥发法( s o l v e n te v a p o r a t i o nm e t h o d ) 、 共溶剂挥发法( c o s o l v e n te v a p o r a t i o nm e t h o d ) 、冻干法( f r e e z e 。d r y i n g ) 等等，这些方 法无一例外在制备过程中使用了有机溶剂，虽然上述方法都包含除有机溶剂步骤，但在 实际情况中并不能够彻底将其清除，而在临床使用中，有机溶剂即使在药物中的微量残 留也将给人体带来一定的副作用，因此，如何减少，甚至避免制备过程中有机溶剂的使 用已经目前载药胶束研究的一个热门领域。 东南大学硕士学位论文 作为一种新型的绿色溶剂，超临界二氧化碳( s e c 0 2 ) 广泛应用于各个领域，也有 文献报导了将s e c 0 2 作为溶剂、抗溶剂或溶质以减少或替代药物制备过程中有机溶剂的 使用，但目前，这些研究一方面仅停留在实验室研究阶段，离实际应用仍有非常大的距 离；另一方面，在这些工作中，有机溶剂往往作为增溶剂等添加成分仍然在胶束制备过 程中使用，因而无法真正实现无有机溶剂的绿色制备过程。 0 2 研究内容 本课题得到了江苏省高技术项目基金的资助b g 2 0 0 6 0 3 8 ，主要研究内容如下： 以r a f t 聚合制备的聚甲基丙烯酸正丁酯( p b m a ) 为大分子链转移剂，甲基丙烯 酸正丁酯( b m a ) 为亲油性单体，2 。甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱( m p c ) 为亲水性单 体，4 ，4 ，- 偶氮双( 4 一氰基戊酸) 为引发剂，通过r a f t 聚合得到两亲性二嵌段及三嵌段共 聚物。以此共聚物为基础用自乳化溶剂挥发法制备了空白聚合物胶束和载紫杉醇胶束。 对比不同嵌段比例聚合物制备胶束及其载药胶束。 利用微晶天平( q c m ) 研究二氧化碳和紫杉醇之间的相平衡关系，以测定紫杉醇在 超临界二氧化碳中的溶解度，为纳米载紫杉醇胶束的绿色制备方案制定提供基础数据。 参考有机溶剂挥发法制备载药胶束的原理，开发一种的绿色制备技术超临界二 氧化碳挥发法，用于制备纳米亲水脂性药物。该方法以超临界二氧化碳为分散相，水为 连续相，两亲共聚物在超临界二氧化碳与水之间达到相平衡，释放超临界二氧化碳后， 共聚物自组装成胶束。利用透射电镜，动态激光散射仪等表征聚合物胶束。对比超临界 流体挥发法和有机溶剂挥发法制备载紫杉醇胶束的载药能力及包封情况，并研究载药胶 束的释药动力学。 2 第二章单分散两亲嵌段共聚物及其载药胶束的制各 1 1 自组装 第一章文献综述 1 1 1 自组装概述 自组装是指分子在氢键、静电相互作用、范德华力等弱相互作用力推动下，自发构 筑成具有特殊结构和形状的集合体的过程。一般指同种或异种分子间的长程组织，它的 结构比较稳定，并有特殊的结构和功能。这种组装经常由协同效应及热力学转变而加强， 具有可逆的性质。这种可逆性经常因为分子识别导向的合成( 自合成) 及交联而丧失， 这两种过程形成自发而不可逆的组装。 纳米粒子( n p s ) 是指直径在1 - 1 0 0n l l l 之间的粒子，它的直径近于电子的德布罗意 波长，属于物质由宏观世界向微观世界的过渡区域，即介观领域。n p s 是由数目很少的 原子或分子组成的原子或分子组装体。n p s 结构的特殊性导致它及由它构成的纳米颗粒 具有如下四种效应，( 1 ) 小尺寸效应( 又称体积效应) ；( 2 ) 表面与界面效应： ( 3 ) 量子尺寸效应；( 4 ) 宏观量子隧道效应，并由此派生出传统固体物质所不具备的许多 特殊性质。n p s 都是由分子、原子通过一定的反应、作用或处理制备而成的，在众多的 制备方法中，分子自组装技术r 7 8 】以其独特的方式和效能受到纳米科学工作者的青睐。过 去，高分子材料的功能化主要通过改变化学成分和分子结构来实现，生物体中普遍存在 的生物大分子自组装为合成高分子材料的自组装提供了可行性。目前，高分子材料的发 展已经从单一分子结构的设计、材料的共混发展到超分子有序自组装 9 1 ，可获得具有各 种优异性能的纳米材料，在生物传感器、光学元件、分子器件、多相催化、纳米微胶囊 等方面具有广阔的应用前景。 高分子自组装就是通过( 化学合成不能进行的) 大分子的一系列构象转变而达到最 终有序材料的设计【l o l 。高分子有序自组装主要利用分子间的相互作用( 主要包括氢键、 静电相互作用和亲水疏水作用) 为主牵引力，在适当外场引导下，分子链或微区自组装 成不同长度范围的有序结构。高分子自组装的研究对象主要是液晶高分子、嵌段共聚物、 能形成氢键或丌键的聚合物及带有相反电荷的体系。目前，两亲性嵌段共聚物自组装胶 束的研究已成为高分子科学和材料科学的一个重要研究领域。 1 1 2 两亲性嵌段共聚物的自组装 两亲性嵌段共聚物是指同一高分子中同时具有对两种性质不同的相结构( 如水相与 油相、两种油相、两种不相容的固相等) 具有亲合性的嵌段共聚物。尽管两亲性聚合物 研究的历史不长，但目前人们研究的许多热点如纳米材料( l b ) 膜、液晶( 侧链型高 分子液晶) 、药物靶向与缓释、高分子合金( 相溶剂) ，三次采油以及化学工业中的粘 合剂、乳液聚合和分散聚合等方面都与两亲性聚合物密切相关。两亲性聚合物已成为化 学、化工、石油、医学、材料、物理学、电子学、生命科学相互交叉研究的对象。两亲 性嵌段共聚物在选择性溶剂( 对一嵌段为良溶剂同时对另一嵌段为劣溶剂) 中，能够发 3 东南大学硕士学位论文 生缔合形成胶束。球形的高分子胶束是最普通的高分子自组装体系，溶解性差的嵌段形 成胶束的核，溶解性好的嵌段形成溶剂化壳层。由于溶剂化壳层的存在，两亲性嵌段共 聚物形成的胶束在一定浓度范围内可以长时间稳定存在。除了球形的高分子胶束体系， 两亲性嵌段共聚物可以通过自组装形成球状、棒状、囊状、片状、管状、纤维状、星 型等形态各异的组织形态【l 。利用两亲性嵌段共聚物的自组装性能可制备具有纳米结构 的高分子刷、星形高聚物、高分子n p s 、高分子纳米纤维、高分子膜。 1 1 - 3 聚合物胶束的形成机理 两亲嵌段共聚物在选择性溶剂中，在分子问的氢键、静电相互作用和范德华力等推 动下，可以自组装形成高分子胶束。胶束的形态可以为球状、棒状、囊状、片状、管状、 纤维状、星型等各异的组织形态。其中球状胶束是最常见的自组装体系，如两亲嵌段共 聚物在水中，疏水嵌段溶解度很低，从而相互聚集以减少表面自由能；而亲水链段溶于 水中，能够自由舒展。当两亲嵌段共聚物的浓度超过临界胶束浓度的时候，便可形成具 有“核- 壳”结构的聚合物胶束，其中疏水链段聚集成胶束的核，亲水链段形成溶剂化 的壳层。溶剂化壳层对胶束起到稳定和保护的作用，因而两亲嵌段共聚物形成的胶束在 一定浓度范围内可以长时间稳定存在。 聚合物胶束的粒径通常在1 2 0 0n m 之间，属于物质由宏观世界向微观世界的过渡 区域，即介观领域。高分子胶束的形成机理有开放缔合机理以及封闭缔合机理两种1 2 1 ： ( 1 ) 开放缔合机理 开放缔合机理认为在体系中存在许多平衡，平衡的一方是缔合数依次递增的一系列 高分子胶束。即： n u ；兰m n ；兰m 0 1 ；兰m 0 2 ；兰m 0 3 ；兰；兰m n 十n 式中u 表示单聚体，1 1 表示胶束的缔合数，m n 表示缔合数为n 的聚合物胶束。 ( 2 ) 封闭缔合机理 封闭缔合机理认为：在体系中只存在一个可逆平衡，即： n u ；苎心 依照这种机理形成的高分子胶束体系存在缔合数相同、尺寸均一的胶束和自由高分 子链。在这种情况下，高分子胶束的形成还存在一个临界浓度，在临界浓度以下，自由 高分子链不能形成胶束。大多数情况下嵌段共聚物遵循封闭缔合模型形成胶束，在胶束 和溶解的大分子之间存在缔合平衡，如图1 1 所示【1 3 】。 4 第二章单分散两亲嵌段共聚物及其戴药胶束的制备 。饥乌 p ，、 书 图1 1 聚合物胶束封闭缔合机理图 g o l l o t 等【1 4 】首次描述了嵌段共聚物在溶液中形成胶束的过程，认为两亲嵌段共聚物 在选择性溶剂中先形成单分子胶束，随着溶液浓度的增加，温度的变化以及溶剂性质的 改变，形成多分子胶束。高分子胶束的形成同低分子表面活性剂一样存在临界胶束浓度 ( c m c ) 。即使达到c m c 值，溶液中除了存在胶束聚集体外，单个分子在很大范围内仍 然存在。 1 1 4 聚合物胶束的制备方法 由两亲嵌段共聚物制备聚合物胶束的方法主要有四种：直接溶解法、溶剂挥发( 成 膜) 法、自乳化溶剂挥发法和透析法f 1 3 , 1 5 。 ( 1 ) 直接溶解法 对于易溶于水的聚合物，可以直接加入水里，在搅拌、超声等条件下，形成聚合物 胶束水溶液。 ( 2 ) 溶剂挥发( 成膜) 法 将聚合物溶于易挥发的有机溶剂中，将有机溶剂挥发掉，在容器底部形成一层聚合 物薄膜，然后在搅拌下向容器中加入水溶解该薄膜便得到聚合物胶束水溶液。 ( 3 ) 自乳化溶剂挥发法 将聚合物溶解在易挥发的有机溶剂中，在强烈搅拌下将该溶液缓慢滴加至水中( 或 将水缓慢滴加至该溶液中) ，通过缓慢挥发有机溶剂制得聚合物胶束水溶液。 “) 透析法 将聚合物溶解在与水互溶的有机溶剂中( 如乙醇、丙酮等) ，然后透析法除去有机 溶剂，得到聚合物胶束水溶液。 对于不同的聚合物，其载药胶束体系的制备方法主要取决于该聚合物水溶性。一般 而言，对水溶性好的聚合物，可以采用直接溶解法或溶剂挥发法；而对于水溶性差的聚 合物则采用自乳化溶剂挥发法或透析法。 1 1 5 聚合物胶束的载药机制 药物通常可以通过两种方法结合到聚合物胶束中：物理方法和化学方法【1 3 , 1 5 l 。 5 东南大学硕士学位论文 ( 1 ) 物理方法 对于直接溶解法制备的聚合物胶束，可以将药物直接分散在胶束水溶液中，在超声、 搅拌等作用下，药物可以进入胶束核内。上述方法只适用于具有柔软核的胶束( 核链段 的玻璃化转变温度要低于载药的操作温度) ，因为柔软的核有利于药物向核内的分散。 对于溶剂挥发法制备的胶束，可以在制备胶柬时将聚合物与药物一同溶于有机溶剂，溶 剂挥发后形成聚合物一药物薄膜，用水溶解后便得到聚合物载药胶束水溶液。同理，对 于自乳化溶剂挥发法以及透析法制备的胶束可以将药物与聚合物一同溶于有机溶剂，然 后分别通过挥发以及透析除掉有机溶剂，得到聚合物载药胶束水溶液。 对于物理方法包封药物的载药胶束而言，影响载药能力的因素有多种：药物分子的 体积、药物分子的表面张力、聚合物亲水及疏水链段的长度、聚合物的分子量以及聚合 物和药物的浓度等，最主要的是药物分子与核链段之问的兼容性【l6 1 7 j 。药物与成核链段 的兼容性用f l o r y - h u g g i n s 作用参数o 细) 来衡量【1 6 】( 如式1 1 所示) ： 0 - o 式中6 。、8 p 分别为溶质和疏水性聚合物的s c a t c h a r d - h i l d e b r a n d 溶解参数，v 。为溶 质的摩尔体积，r 为气体常数，t 为开尔文温度。当6 s = 6 p 时，兼容性达到最大，聚合 物胶束的载药量达到最大限度o s , 1 9 。 ( 2 ) 化学方法 化学方法是指将药物分子与聚合物疏水段的官能团在一定条件下发生化学反应，将 药物通过共价键结合在聚合物上，从而有效控制药物释放速度。与物理方法相比，化学 方法制备的聚合物载药胶束不容易发生药物的泄漏和突释现象。( h i s h l 2 u j 将阿霉素( d o x ) 用化学方法与顺丁二烯酸c 0 苯乙烯共聚物的疏水段苯乙烯结合，形成胶束s m a - d o x ， 药物的生物利用度明显提高。x i e 等1 2 l j 将紫杉醇( p t x ) 化学键合在p l g g - p e g - p l g g 共 聚物分子的p l g g 链段上，得到了p ( l g g - p a e l i t a x e l ) p e g p ( l g g p a c l i t a x e l ) ，并用其制 备胶束，研究表明紫杉醇能从体系中释放出，并且不影响其对肿瘤细胞的毒性。 1 1 6 聚合物载药胶束体系的优点 聚合物胶束作为药物输送体系，具有一系列的优点： ( 1 ) 热力学稳定性良好 两亲嵌段共聚物的c m c 值一般在1 0 。6m o l l 左右，而小分子表面活性剂c m c 大约 为1 0 。3m o l l 。与小分子表面活性剂胶束相比，聚合物胶束具有良好的抗稀释性能，注 射到体内后胶束不容易裂解，在很大程度上避免了疏水性药物的泄漏造成的危险。 ( 2 ) 人体内隐身性能 聚合物胶束与天然的载体( 如病毒和血清脂蛋白) 极为相似，可以模拟生物输送体 系的结构和功能，在血液循环中不易被生物体识别为异物。聚合物胶束的亲水性外壳和 6 第二章单分散两亲嵌段共聚物及其载药胶柬的制各 较小的粒径( 一般小于2 0 0r i m ) 使其可以避免人体网状内皮系统的吞噬，有利于在血液 中的长循环 2 2 , 2 1 。 ( 3 ) 被动靶向功能 由于肿瘤组织血管具有高通透性和高滞留性，聚合物胶束的小粒径使其容易在肿瘤 组织滞留和累积，形成对肿瘤组织的被动靶向作用【2 3 捌。 ( 4 ) 潜在的主动靶向能力 如果在胶束表面结合具有生物识别功能的基团1 2 孓2 7 1 ，或采用热敏感或者p h 敏感的 聚合物为基质材料 2 8 , 2 9 1 ，便可以提高聚合物载药胶束体系对特定组织的靶向性。 1 2 三嵌段共聚物作为给药系统载体的研究进展 1 2 1 三嵌段共聚物的分类 三嵌段共聚物可分为由两种单体组成的a b a 型和由三种不同单体组成的a b c 型 ( 图1 - 2 a 、图l - 3 a ) t 3 0 。 ( 1 ) a b a 型 a b a 型嵌段共聚物形成的胶束分为两类：a 为亲水段( 图1 - 2b ) ；a 为疏水段( 图 1 - 2 e ) 。研究表明，此类共聚物在溶液中的聚集形态与溶剂的性质有较大的关系，随着在 。不同的溶剂中溶解性能的提高，所形成胶束的形态会经历球形、柱形、囊泡形的变化f 3 。 ( 2 ) a b c 型 形成的胶束可分为5 类( 图1 3b 旬：核壳冠胶束且壳为收缩状，此时a 、b 疏 水，c 亲水：核一壳冠胶束且壳为扩展状，此时a 疏水，b 、c 亲水；核一冠胶束且 具有一个混合的冠，此时b 疏水，a 、c 亲水；核一冠胶束且具有一个分离的冠，此时 b 疏水，a 、c 亲水；核冠胶束且具有一个混合的核，此时a 、b 疏水且混溶，c 亲 水1 3 2 筇】。针对具体的形态而言，a b c 型比a b a 型更加复杂，m a 等【3 4 】研究发现a 段亲 水，b 、c 段疏水的星形三嵌段共聚物，在溶液中能够形成许多种类的胶束结构，如汉 堡包形、蠕虫形、环形、囊泡形等。增加b 、c 段的疏水性，聚集态可由囊泡形转变为 环形【3 5 】。 7 东南大学硕士学位论文 a 图1 3a b c 型三嵌段共聚物及其胶束结构示意图 1 2 2 三嵌段共聚物作为给药系统载体的研究 ( 1 ) 嵌段共聚物胶束 胶束是两亲嵌段共聚物在水溶液中最常见的自组装形式，药物( 包括多肽、蛋白质、 d n a 等) 可通过物理包埋、化学键合和静电吸附等方式与之结合。疏水性的核能提高疏 水性药物的溶解度；亲水性的壳则能阻止血中蛋白的吸附，减少或避免网状内皮系统 ( r e s ) 的识别与摄取，且通常具有良好的生物相容性( 如p e g 、p e o ) 3 6 1 。此外，胶束还 具有粒径d 、( 1 0 - - 1 0 0n m ) 、分布窄、良好的热力学稳定性、缓控释、被动靶向等特点。 w a n g 等【3 将( l 丙交酯) 一( 2 乙基2 一噫唑啉) ( l 丙交酯) a b a 型三嵌段共聚物 ( p l l a p e o z p l l a ) 作为细胞内给药载体。质子化的氮与羧基间形成了氢键使疏水性 p e o z 聚集，加速核一壳结构的形成。体外释放试验表明，在p h7 4 环境，胶束中多柔比 星( d o x ) 的释放受到抑制，而在p h5 0 环境则因胶束结构的破坏而加速释放。从而表明 该载药共聚物胶束在生理条件下具有良好的稳定性，而在p h 较低的肿瘤组织可快速释 放。 8 第二章单分散两亲嵌段共聚物及其载药胶束的制各 x i e 等p 8 1 将紫杉醇与三嵌段共聚物p ( l g g ) ( 系l 一谷氨酸、丙交酯和乙交酯的复杂聚 合物) 通过化学键合连接，再与p e g 结合，在水相中可自组装成胶柬。体外释放实验表 明，紫杉醇的释放有p h 依赖性，在低p h 环境中的释放速率高于中性环境，原因可能 是p h 对酯键的断裂有影响。该胶束有利于肿瘤的靶向治疗，克服了直接物理包埋药物 由于扩散而造成的药物渗漏或由于不稳定而造成的药物突释等问题。 t i a n 等【3 9 】用聚谷氨酸苄酯( p b l g ) 、聚乙烯亚胺( p e i ) 和p e g 合成了p e g - p e i - p b l g 高分枝嵌段共聚物，在水中自组装成胶束。与普通胶束相比，这种高分枝共聚物胶束作 为药物或d n a 给药系统的载体有以下优点：( i ) p e i 在体内环境带正电，既可使胶束易 于包封带负电的水溶性蛋白质或d n a ，又可使胶束易与带负电的细胞表面相互作用； 因p b l g 具有高疏水性，对于亲脂性的药物包封率较高。 ( 2 ) 纳米粒 嵌段共聚物纳米粒作为有效的给药系统载体已引起了人们的广泛重视。由于具有两 亲性，纳米粒表面的亲水性提高，可降低与调理素( o p s o n i n ) 的相互作用，减少或避免被 r e s 识别及清除，从而延长药物在血液循环中的滞留时间。通过改变单体的比例及制备 方法等，可有效提高药物包封率、降低突释、控制释放。 s h e i h e t 等 4 0 l 合成了一系列以亲水性的p e g ( a 嵌段) 、疏水性的辛二酸和脱氨基酪氨 酰酪氨酸酯寡聚物( o l i g o m e r so fs u b e r i ca c i da n dd e s a m i n o t y r o s y l - t y r o s i n e ，b 嵌段) 的a b a 型三嵌段共聚物。此类三嵌段共聚物在水溶液中能够自组装成纳米球，水合直径 4 0 , - , 7 0i l m ，可与一些疏水性分子形成稳定的复合物。同时研究了载药纳米球的构效关系， 计算了共聚物与抗肿瘤药物的热力学作用参数以了解药物与纳米球间的键合方式1 4 1 】。结 果表明，此类纳米球具有较好的包封作用和紧密的疏水性内核，无细胞毒性，体外释放 行为具p h 敏感性。 c h e n 等1 4 2 将不同链段长度的a b a 型三嵌段共聚物【聚( 3 羟基丁内酯) 聚乙二醇一聚 ( 3 羟基丁内酯) ，p h b p e g p u b 用沉淀一溶剂挥发法制得粒径3 0 11 6n m 的纳米粒，但形 状不规则，对疏水性的芘包封率和载药量均较高，且随p i - i b 链段长度的增加，包封率 和载药量也相应增加。q u a g l i a 等【4 3 】用超声法制备了聚氧乙烯一聚己内酯一聚氧乙烯 ( p e o p c l p e o ) 纳米粒，避免使用有毒有机溶剂，能包封亲脂性的全反式维甲酸。透射 电镜分析表明，该纳米粒呈球形、无黏连；体外释放试验中未出现突释现象。 牛文强等m 1 选用具有较好生物降解性和相容性的三嵌段共聚物p l a p e g p l a 为载 体，制得粒径1 8 0 3 5 0a r i a 的胰岛素纳米囊。共聚物中p e g 含量、共聚物浓度等因素对 包封率有一定的影响。所得载药纳米囊平均粒径2 7 2n m ，包封率7 8 4 ，体外释药速度 稳定、平缓，有利于对药物的控释。 用聚( 2 甲基嗯唑啉) ( p m o x a ) 和聚二甲基硅醚( p d m s ) 坌i t 成的a b a 型三嵌段共聚物 p m o x a p d m s p m o x a 平均相对分子质量为8 6 6 0 ，在水溶液中能自组装成稳定的载体 结构。表面覆盖的p m o x a 具有与p e g 类似的“隐形”性质，使其减少或避免被免疫 系统清除，实现了较长的血液循环滞留时间。体外试验中，该纳米反应器未被c o s 一7 9 东南大学硕士学位论文 细胞和t p h 1 衍生的吞噬细胞所摄取。选择活动锥5 良( t r y p a n o s o m av i v a x ) 核苷水解酶为 前药激活酶包封于反应器内，细菌外膜蛋白o m p f 为通道蛋白。结果证实，该种纳米反 应器能有效水解不同的底物。以后的研究方向则是使用抗体、配体和细菌表面配基使其 靶向于不同的肿瘤。 ( 3 ) 微球 微球易被r e s 吞噬，使药物在血液循环中的滞留时间减少从而影响药效。将嵌段 共聚物制成微球，可提高亲水性药物或蛋白质的包封率和稳定性，降低突释效应。微球 表面的水化膜可提高亲水性，并造成空间位阻，减少或避免被r e s 吞噬。通过调节疏 水段和亲水段的长度和比例可调节药物的释放速度。 j u n g 等【4 5 l 用w o w 型复乳技术将破伤风毒素f i t ) 包封于a b a 型三嵌段共聚物聚丙 交酯乙交酯( p l g a p e o p l g a ) 微球中，包封率为8 7 8 ，粒径2 5 0l l m 。 p l g a - p e o p l g a 载药微球的释药比p l g a 载药微球更平稳。k w o n 等1 4 6 j 采用了两种方 法制备微球。第一种是不用二氯甲烷，利用共聚物的溶胶一凝胶转变( s 0 1 g e lt r a n s i t i o n ) 性质制得的微球a ；第二种是使用二氯甲烷，用传统的w o w 型复乳法制得的微球b 。 将重组人胰岛素包封于两种微球中，用圆二色谱( c i r c u l a rd i c h r o i s m ) 法分析可知只有 从微球a 中释放的胰岛素保持了完整的二级结构。体外释放研究表明，胰岛素从微球a 中持续释放3 周后接近完全释放( 8 5 ) ，而微球b 存在明显的突释，且释放不完全。 l u o 等t 4 r l 用p l l a p e g p l l a 三嵌段共聚物制备了肝素微球，考察了p e g 嵌段的长度 和含量对微球的粒径、形态和释药行为的影响。结果表明，当p e g 的含量增加，微球 的粒径分布变宽且平均粒径增大，表面形态也由光滑变为多孔，p e g 的含量越高，吸附 的水越多，冻干后形成的孔就越多且孔径越大。微球的载药量和释放分别受p l l a 嵌段 长度和p e g 嵌段长度的影响。由于微球表面会附着一些药物，因此在突释之后释放曲 线趋于平稳。 ( 4 ) 水凝胶 水凝胶在药学领域中应用广泛，具有可调节的化学和三维网状结构，在水性介质中 有较高的含水量【铝1 ，制备简单。目前研究最为广泛的是温度、p h 等敏感型