（材料学专业论文）明胶壳聚糖蒙脱土载药微球的制备与性能研究.pdf

中文摘要 以可生物降解的高分子材料作为药物载体的载药微球，在医药领域有广阔的 应用前景。壳聚糖( c s ) 无毒，具有很好的生物相容性、生物可降解性，可作 为一种新型药物载体。明胶( g e l ) 作为载体材料，无不良反应，无免疫原性， 具生物可降解性，应用广泛。使用化学交联法获得g e l c s 载药微球，所用的交 联剂戊二醛( g l a ) 对人体有一定毒性，采用高分子蒙脱土( m m t ) 插层技术， 使m m t 中的硅酸盐片层作为物理交联点均匀分布在微球之中，以获得较好的材 料性能，减少g l a 用量。 阿昔洛韦( a c v ) 是一种高效的广谱抗病毒药物，口服给药吸收较差，半衰期 短，因此有必要将其制成缓释制剂，使药效持续时间延长。 本文制备了明胶- 壳聚糖蒙脱土( g e l c s m m t ) 插层复合材料，并研究其 力学和溶胀性能，探讨了g e l 与c s 的配比和g l a 用量对材料性能的影响。在 此基础上，进一步采用乳化交联法制备g e l c s m m t - a c v 微球，采用x 射线衍 射仪( x r d ) 、环境扫描电镜( s e m ) 、偏光显微镜、激光粒度分析仪等分析手 段对其进行各项表征，并利用紫外可见分光光度计( u v - s p e c t r o p h o t o m e t e r ) 研究 了g e l - c s m m t 载药微球的药物释放行为，测定了包封率和释放曲线。 结果表明，g e l c s m m t 材料的断裂应变和断裂应力在g l a 用量适中的时 候出现峰值或接近峰值，用量过高或过低都会影响力学性能；而杨氏模量随着 g l a 用量减少而降低。其断裂应变值和断裂应力值随g e l 与c s 的配比的增大相 应增大；g e l 与c s 的配比适中的时候，材料更容易获得最佳杨氏模量值。材料 的溶胀度随g e l 与c s 配比的增大和g l a 用量的减小而增大。 在相同m m t 含量下，选取最优的g e l 与c s 配比，甄选最佳方案，即预先 将g e l 与c s 混合均匀后共同与m m t 进行插层反应，所获得的g e l c s m m t _ a c v 微球形貌良好，微球粒径集中在2 6 0 0 n m 左右。药物初始投放量为0 0 0 5 9 的载药 微球，药物利用率最高。其释放主要发生在前3 6 h ，在3 1 h 内基本释放出9 0 的药物。此种载药微球缓释性能良好，具有释药长效性，且药物利用率较高。 关键词：明胶，壳聚糖，蒙脱土，缓释体系，乳化交联 a b s t r a c t t h ed r u g - l o a d e dm i c r o s p h e r e sm a d eb yb i o d e g r a d a b l ep o l y m e r ，h a sb r o a d e n p r o e c t sf o ra p p l i c a t i o na sd r u g c a r r i e ri nm e d i c i n ef i e l d c h i t o s a n ( c s ) c a nb eu s e d a san e wd r u g c a r r i e r ，f o ri t si n - t o x i c i t y , g o o db i o c o m p a t i b i l i t ya n db i o d e g r a d a b i l i t y g e l a t i n ( g e l ) h a sn oa d v e r s er e a c t i o n ，n oi m m u n o g e n i c i t y ，a n dg o o db i o d e g r a d a b i l i t y , a n di sw i d e l ya p p l i e d g e l c sd r u g - l o a d e dm i c r o s p h e r e sh a sb e e np r e p a r e db ym e t h o d o fe m u l s i f y i n g - c h e m i c a lc r o s s l i n k i n g b u tg l u t a r a l d e h y d e ( g l a ) ，t h ec r o s s l i n k i n g a g e n tu s e d ，i st o x i ct oh u m a na ts o m ee x t e n t i nt h i se x p e r i m e n t ，p o l y m e rh a db e e n i n t e r c a l a t e di n t os i l i c a t el a m e l l a r so fm o n t m o r i l l o n i t e ( m m t ) ，t og e tap r o p e rm a t e r i a l p r o p e r t i e sa n dd e c r e a s et h ec o n t e n to fg l a a c y c l o v i r ( a c v ) i sak i n do fe f f i c i e n t b r o a d s p e c t r u ma n t i v i r a la g e n t ，b u th a sb a do r a lm e d i c a t i o n d e l i v e r ya b s o r p t i o n ，a n d s h o r th a l f - l i f e s oi t sn e c e s s a r yt om a k ei ts u s t a i n e d r e l e a s ea g e n c y , t oe x t e n dt h e d u r a t i o no fe f 佗c t i n t h i s e x p e r i m e n t ，g e l c s m m t i n t e r c a l a t e d c o m p o s i t e s w e r e p r e p a r e d ， t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n ds w e l l i n gp r o p e r t i e sw e r er e s e a r c h e d ，a n dt h ee f f e c t m a d eb yt h er a t i oo fg e lt oc sa n dt h ec o n t e n to fg l aw e r ed i s c u s s e d o nt h i sb a s i s ， g e l c s m m t - a c v d r u g - - l o a d e dm i c r o s p h e r e s w e r e p r e p a r e db y m e t h o do f e m u l s i f y i n g c h e m i c a lc r o s s l i n k i n g ，c h a r a c t e r i z e db yx r a yd i f f r a c t o m e t e r ( x r d ) ， s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e ( s e m ) ，p o l a r i z a t i o nm i c r o s c o p e ，l a s e rg r a i n s i z e a n a l y z e r i t ss u s t a i n e d - r e l e a s ep r o p e r t i e sh a db e e nr e s e a r c h e db yu l t r a v i o l e t v i s i b l e s p e c t r o p h o t o m e t e r s ( u v - s p e c t r o p h o t o m e t e r ) ，a n dt h ee n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c ya n dt h e r e l e a s i n gb e h a v i o rw e r ed e t e r m i n e d t h er e s u l t ss h o wt h a t , t h eb r e a k i n gs t r e s sa n db r e a k i n gs t r a i no fg e l 。c s m m t i n t e r c a l a t e dc o m p o s i t e sr e a c ht h em a xv a l u e ，w h e nt h ec o n t e n to fg l ai sp r o p e r h i g ho rl o wc o n t e n to fg l ah a v ee f f e c to nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s a n dt h ey o u n g s m o d u l u sd e c r e a s e dw i t ht h er e d u c i n go ft h ec o n t e n to fg l a w h e nt h er a t i oo fg e lt o c si n c r e a s e d ，t h eb r e a k i n gs t r e s sa n db r e a k i n gs t r a i no fg e l - c s m m ti n c r e a s e d c o r r e s p o n d i n g l y w h e nt h er a t i oo fg e lt oc sw a sm o d e r a t e ，t h em a t e r i a l sg o th i g h e r y o u n g sm o d u l u s t h es w e l l i n gd e g r e ei n c r e a s e dw h e nt h er a t i oo fg e lt oc s i n c r e a s e do rt h ec o n t e n to fg i ，ad e c r e a s e d w i t ht h es a m ec o n t e n to fm m t - p r e p a r i n gt h ed r u g l o a d e dm i c r o s p h e r e sa ta c e r t a i nr a t i oo fg e lt oc sb ys o m ew a y ，c a ng e tm o r er e g u l a rm i c r o s p h e r e t h e d i a m e t e ro f m i c r o s p h e r ec o n c e n t r a t e do n2 6 0 0 n m i nc o m p a r i s o n ，t h em i c r o s p h e r eo f i n i t i a l d r u ga d m i n i s t r a t i o nc o n t e n to f0 0 0 5 ，h a st h eh i g h e s td r u g u t i l i z a t i o n t h e s u s t a i n e d - r e l e a s e d r u g - - l o a d e dm i c r o s p h e r e s h a s l o n g e f f e c t i v e n e s sa n d h i g h l j t i l i z a t i o n 1 ( e yw o r d s ：g e l a t i n ，c h i t o s a n ，m o n t m o r i l i o n i t e ，i n t e r c a l a t i o n ，s u s t a i n e d - r e l e a s es y s t e m ，e m u l s i f y i n g c h e m i c a lc r o s s l i n k i n g 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，也不包含为获得丕鲞盘鲎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： 主爵久 签字日期：d 缪年 f 月日 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤凄盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丕洼盘堂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： 关p4 良挥 签字日期： 。黟年f 月弓r签字日期：d 孑年易月多同 乙 一竹= _ 、i 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 近年来，可生物降解的高分子材料作为药物载体在医药上的应用愈来愈引 人注目，尤其是将药物包裹于高分子材料中制备的载药微球。微球可在体内特异 性分布，利用对指定器官、组织的靶向性和药物的缓释性来降低药物的毒副作用， 提高药物的生物利用度。缓释剂能够减少给药次数，避免普通制剂因频繁给药产 生的血药浓度峰谷现象，提高了药物的安全性和有效性。 1 1 1 口服缓释药物发展概况 随着药物制剂向“三效”( 高效、速效、长效) 和“三小”( 毒性小、副作用小、 剂量小) 发展，具有无毒、可生物降解，良好的组织相容性，缓释和控释的药物 载体已日益引人注目。在药物学领域，高分子药物控释技术几乎从根本上改变了 传统的给药概念和模式，成为药物治疗科学中的一个里程碑，涉及口服缓释及控 释给药、粘膜给药、透皮给药、靶向给药等多种给药途径 1 。口服缓释给药的主 要优势是便于患者服用，在保证有效治疗的同时，降低药物的毒副作用，避免耐 药性的产生。 但是，在胃肠道降解或胃肠道的粘膜屏蔽作用使某些药物吸收不完全。口服 缓释给药系统另一明显的发展特征是控释及缓释的有效时间从每天2 次用药延 长至1 天1 次用药，目前已有每周一次的用药方式。口服定位释药系统在口腔或 胃肠道适当部位停留较长时间，并释放一定量药物，以增强局部治疗作用或增加 特殊部位对药物的吸收。胃内滞留系统有：胃漂浮系统，胃内膨胀系统和生物粘 附系统。小肠定位给药系统( 肠溶制剂) 避免药物在胃内降解或对胃的刺激，提 高一些药物的疗效。结肠定位释药对于结肠疾病如结肠炎、结肠癌等的治疗以及 增加药物在全肠道的吸收、提高生物利用度有重要意义，结肠释药也可用于蛋白 质和多肽类药物以避免胃酸或肠道某些酶的破坏。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 微球是近年来发展的新剂型，它是以清蛋白、明胶、聚乳酸等材料制成的 球状载体给药体系，微球中的药物分散或者包埋在材料中而形成球状实体，微球 直径大小一般0 3 1 0 0 1 j m 。不同粒径范围的微球针对性的作用于不同的靶组织。 这类剂型的开发，对于发展缓释与靶向给药系统的研究有重大意义。明胶一壳聚 糖复合微球作为药物载体已有相关报道心1 。 缓释剂包括胃内滞留型、微球型、骨架型、凝胶型制剂。通过高分子包裹 和合适的给药途径能够延长药物的生理指标，提高药物稳定性，并使药物的释放 达到较为理想的结果。据报道，目前已采用合成或天然高分子材料制备出了各种 微球，如：壳聚糖、明胶、蜂蜡、乙基纤维素、牛血清蛋白、纤维蛋白原、聚乳 酸等。 1 1 2 常见天然大分子载体材料概述 明胶作为载体材料，无不良反应，无免疫原性，具有生物可降解性，是目 前动脉栓塞的主要材料，应用广泛，也可注射或口服。已有人用乳化化学交联法 制备阿霉素明胶微球，对其粒径及分布、体外释放药物进行了研究，并在此基础 上，进行了动物栓塞效果的初步实验，其显示出来的特点一是末梢动脉栓塞作用 强，不易产生侧枝循环，二是提高了对肿瘤细胞的杀死指数。 壳聚糖无毒，具有很好的生物相容性，生物可降解性，作为一种新型药物 辅料，在缓释给药系统的应用引起了人们的浓厚兴趣。壳聚糖曾被提出制成微球， 包封小分子抗炎药物，近年来壳聚糖己运载生物大分子活性物质。壳聚糖微球的 制备有乳化交联、蒸发溶剂、喷雾干燥等方法。有人用加热固化法制备利福平壳 聚糖蛋白微球。实验发现壳聚糖和人血清蛋白对药物具有缓释作用，药物含量不 同也导致体外释药速度不同。药物含量越高或越低，其体外释药速度越快，而药 物含量适中，则体外释药速度越慢。体外实验表明，壳聚糖蛋白微球具有明显杀 菌作用，且可控制药物释放。 明胶和壳聚糖载药释放体系尚有不足，可载药物有一定局限性，并且化学交 联往往会对细胞的存活率和大分子药物的完整性产生不利影响，且交联剂戊二 醛对人体有一定毒性，因而用化学交联法制得的药物载体在应用上有一定局限 性。如何降低毒性、扩展载药范围成为当前研究的热点。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 明胶简介 1 2 1 明胶的组成与结构 明胶是动物的结缔或表皮组织中的胶原部分变性或物理化学降解的产物。当 含胶原的组织用碱或酸处理后在水的存在下加热，胶原纤维的结构便不可逆的断 裂，形成一种在水中的高粘度溶液，冷却后凝成胶冻，其化学成份在许多方面与 它的母胶原很相似。根据w a r dag 口1 所提出的规定，把胶原经温和而不可逆断裂 后的主要产物称作明胶( g e l a t i n ) 。 明胶是由18 种氨基酸组成的多肽，它的基本结构单元为( g l y x p r o ) ，其中 x 代表氨基酸残基。由于明胶是由胶原经温和而不可逆降解形成，因此，明胶蛋 白可认为是变性的胶原蛋白，二者具有相似的排列顺序，但却有不同的物理结构。 一般认为，明胶蛋白大分子中的肽链只具有二级和三级结构，而胶原蛋白肽链则 形成更为复杂的空间立体结构。关于a ( i t 肽链的二级结构，即肽链骨架在空间的 构象问题，目前主要有两种不同的观点：即a 螺旋结构和非a 螺旋结构。它们 的共同点是：都认为该肽链构象为螺旋结构1 。由于明胶在制备过程中破坏了原 胶原的肽链结构，因而使明胶的物理化学性质，机械性能，热性能及降解性能等 方面与胶原有较大差异。 明胶生物相容性良好，它在体内酶、盐等的作用下可自行降解，降解所得的 低分子产物可被人体吸收，或者通过排泄系统排出体外，而不会产生副作用。除 此之外，明胶还具有许多优良的物理及化学性质，如亲水性强，具有形成胶冻能 力，溶胶及凝胶的可逆转化，成膜性能好，侧链基团反应活性很高，以及电荷符 号随介质p h 值变化的典型的两性聚电解质特性等。因此，明胶被广泛应用于许 多科学出i s l i 业技术领域，如食品制造，药剂学，感光化学工业，及印刷业等，。 同时，它来源广泛价格低廉，具有很好的生物相容性和降解性，可用于组织工程。 但它的主要缺点是：脆性大，吸水性过强，且吸水后溶胀，强度差，弹性模量低。 这些缺点限制了它的应用。因此，采用合适的方法对明胶进行改性，使其满足临 床的需要意义重大。 在制药工业上，明胶用作药物的包囊材料，片剂的隔离层，栓剂的基质和缓 天津大学硕士学位论文第一章绪论 释载体等。明胶微球以其原料易得，工艺简单，可生物降解，低毒等特点广泛应 用在抗肿瘤及其他药物中。但明胶作为药物载体的主要问题是其在人体水环境中 快速溶解，导致药物很快释放。通常采用交联固化手段可延缓药物释放，而化学 交联常用的醛类固化剂具有一定毒性，在明胶微球中的残留不易除尽。已有一些 较为安全的交联剂被采用，如碳二亚胺、葡糖二醛、京尼平等隋1 ，取得了一定的 效果。 1 2 2 明胶的主要性质 1 2 2 1 凝胶及溶胶一凝胶转化 胶原变性过程中，三股螺旋结构被破坏，产生一，二或三个无规则链的明胶 分子。3 5 以上，明胶在水中为溶胶态，分子构象为无规线团；3 5 以下，浓度 1 w t 以下，明胶由于分子间氢键的作用，部分分子链还原为三股螺旋结构门1 ， 聚集成凝胶态。 1 2 2 2 两性聚电解质特性 明胶分子中含有大量可电离基团，如羧基，氨基，巯基和咪唑基。这些基团 在不同p h 值条件下有不同的电离性质，特别是碱性氨基酸和酸性氨基酸比例决 定明胶具有特定的等电点( p 1 ) 。酸法明胶( a 型明胶) 的p i 在p h = 7 9 ，碱法明胶 ( b 型明胶) 的p i 在p h = 4 7 5 1 。当p h p l 时，明胶呈 碱性。在中性的条件下，大约7 5 的明胶分子带有正电荷( 主要是l y s 和a r g ) ， 1 2 带有负电荷( 主要是g l u 和a s p ) ，6 的分子链是疏水的( 主要包括l e u ， i - l e u ，m e t h 和v a l ) ，其它5 8 的分子链如g l y ，p r o 和h y p r o 是中性的【9 1 。 1 2 2 3 变性 明胶大分子在保存及处理过程中受到一些物理因素( 热，振荡，压力等) 及化 学因素( 酸，碱，表面活性剂) 的影响，破坏了肽链间的氢键或其它次级键( 不破 坏一级结构) ，使肽链中的规则紧密排列方式( 包括螺旋肽链的折叠卷曲) 变为松散 的排列方式( 包括肽链的伸展) ，甚至成为无规卷曲结构。这种结构的改变可导致 明胶原来性质的全部或部分的改变，称为蛋白质变性。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 2 4 化学反应性质 明胶是一种特别具有化学活性的蛋白质。许多化学试剂可与其分子多肽主链 反应，但更常见的是与接在主链上的侧链基团反应，包括侧链基团的消去，侧链 基团上的取代及共价交联等。而明胶分子的反应活性主要来自于它含有的三官能 团的氨基酸，特别是赖氨酸。在b 型明胶中，赖氨酸衍生的氨基官能团含量为 3 3 0m o l 1 0 0 0 氨基酸残基的明胶分子。明胶分子中的羧基虽远多于氨基，但它在 交联反应中缺乏活性。组氨酸残基上的氨基在明胶交联中远不如赖氨酸上的重 要。在中性p h 值下，精氨酸上强碱性的胍基质子化，但通常在非常高的p h 值 下才有活性。 1 2 2 5 生物相容性和降解性 明胶生物相容性良好，它在体内酶，碱等的作用下可自行降解，降解低分子 产物可被人体吸收，或通过排泄系统排出体外，而不会产生副作用。明胶蛋白 与人体不会产生异物排斥现象，也无毒性。 1 3 壳聚糖简介 1 3 1 壳聚糖的基本特性 壳聚糖( c h i t o s a n ，c s ) 又叫脱乙酰甲壳素，可溶性甲壳素和聚氨基葡萄糖等。 其化学名为1 3 - ( 1 4 ) 2 氨基2 脱氧d 葡萄糖，系甲壳素用浓碱处理后脱去乙酰基 而得到的产物。通常甲壳素的脱乙酰度超过5 5 时就叫壳聚糖，而作为工业品的 壳聚糖，n 脱乙酰度在7 0 以上。壳聚糖是天然高分子中少有的碱性多糖，分 子链上分布有许多羟基、氨基及乙酰氨基，它们形成各种分子内和分子间氢键， 同时由于结晶结构的存在，使得壳聚糖不溶于水和有机溶剂，只能溶于p h 6 5 的稀酸，如盐酸、醋酸等。在稀酸中，其葡萄糖氨基转化为r n h 3 + ，形成聚阳 离子凝胶溶液”。 壳聚糖在吡喃糖环碳二位置上带有氨基，当它在酸性介质中溶解时，随着氨 基质子化而表现出阳离子聚电解质的性质，由于每个结构单元有一个氨基，与其 天津大学硕士学位论文第一章绪论 它阳离子聚合物相比电荷密度较高，在一定的p h 值范围内能与许多负电高分子 形成聚电解质配合物( p e c s ) ，如聚丙烯酸、海藻酸钠、胶原、明胶等。用戊二醛 为交联剂对明胶和壳聚糖交联可以形成聚合物网络结构2 删。 壳聚糖生物相容性好，可被溶菌酶缓慢降解为无毒的小分子氨基葡萄糖后被 人体完全吸收。同时，壳聚糖来源广泛，甲壳素存在于甲壳纲动物、软体动物、 昆虫、真菌、海藻及高等植物细胞壁中，自然界每年生成的甲壳质约有100 亿 吨，是地球上除纤维素外数量最多的天然产物。 1 3 2 壳聚糖的应用现状 由于壳聚糖的生物可降解性、低毒、良好的生物相容性使其广泛应用于生 物医药和制剂。研究发现，壳聚糖具有抗酸、抗溃疡，促进伤口愈合等性质；作 为各种剂型的辅料，壳聚糖既可用作片剂崩解剂、粘合剂，也可制成颗粒剂、眼 用膜剂等。壳聚糖能够成为新型的纳米药物载体，其特有的黏膜黏附性是主要因 素之一n 。 壳聚糖是性能优良的天然黏膜黏着剂，常用于多肽类药物的黏膜给药。以 壳聚糖制成的纳米载体可以延长药物在吸收位置的保留时间，达到控释目的。生 物黏膜表面的类脂层荷负电，易与带正电荷的壳聚糖粒子发生静电吸附，增强了 大分子药物透过膜吸收的能力。经过体内实验研究，v a nd e rl u b b e n 等认为以壳 聚糖纳米粒包裹的抗原如卵清蛋白、白喉类毒素、破伤风类毒素等，能够减少胃 肠道酶降解而被肠淋巴组织( g a l t ) 的p e y e r s 区充分摄取，这为壳聚糖纳米载体 应用于疫苗的口服给药提供重要依据；另外在抗原的鼻疫苗研究中，发现以壳聚 糖为载体能够显著增强粘膜和系统的免疫反应，说明壳聚糖也适于疫苗的鼻粘膜 给药。 目前，壳聚糖已被广泛应用于药物载体、医用缝合线、骨愈合材料、抗菌材 料、皮肤敷料等领域。壳聚糖及其衍生物用作药物载体，可稳定或保护药物中的 有效成分，促进药物吸收，延缓或控制药物释放，帮助药物送达目的器官。然而， 其在口服制剂中的应用由于其在胃液中快速溶解而受到一定的限制5 1 。 乳化一化学交联法是最常用的制备微球的方法，将壳聚糖的乙酸溶液加入到 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 包含表面活性剂的油相溶液中，搅拌乳化，然后滴加交联剂固化成球。一般用戊 二醛或甲醛作交联剂，该方法的不足之处同样是交联剂难以清除”。 1 4 蒙脱土简介 1 4 1 蒙脱土的结构特征 1 41 1 蒙脱土的层状结构 蒙脱土( 简称m m t ) 是天然粘土矿物的一种，其基本结构单元是由二层硅 氧四面体中间夹着一层铝氧八面体构成的层状结构。二者之间靠共用氧原子连 接，如图1 - 1 所示m m t 的晶体结构，每个结构单元为i n t o 厚，长、宽为1 0 0 2 0 0 h m 的片层。 毒苎南 、露礴妒 图1 im m t 晶体结构示意罔 硅氧嘎面# 铝氧八面体 天津大学硕士学位论文 第章绪论 i u - i o _ 8 一i oo m 图卜2m m t 的层状聚集结构 黎 避蕊鹫 习甍静 如图i - 2 所示，蒙脱土( m on i i n o r l l i o n l t e ，m mt ) 基本结构单元是由_ 层硅氧四 面体中间夹着一层铝氧八面体构成的层状结构，二者之间靠共用氧原子连接m 。 每个结构单元为l n m 厚，长、宽为1 0 0 2 0 0 r i m 的片层。层状聚集结构粉末尺寸在 0l - 1 0 9 m 之间，由一些粒子单元组成粒子单元厚8 1 0 r i m ，直径约3 0 n m 每个 粒子单元大约由8 个09 6 i n m 厚的薄片构成。 1 4 1 2 蒙脱土的化学组成 m m t 的化学结构式可写成：n a o7 ( a 1 33 m g o7 ) s i s 0 2 0 ( o h ) 4n h 2 0 。m m t 主要 含s i 0 2 ( 5 0 - 7 0 ) ta 1 2 0 3 ( i5 - 2 0 ) ，其次是f e 2 0 3 ，c a o ，m g o ，n a 2 0 ，k 2 0 ，尚有 微量l i 、m 、z n 、c r 等元素”。化学组成不同是m m t 具有广泛的离子交换性能 和吸附性能的基础。本实验使用的m m t 主要成分见图1 3 。 1 4 2 蒙脱土纳米复合材料 圈i 一3 m m t 能谱图 纳米插层复合是一种获得有机一无机纳米复合材料的新技术，自从1 9 8 7 年日 本车田公司的研究人员成功地开发了尼龙6 蒙脱土纳米插层复合材料并投入应 用以来，国内外材料工作者对该领域给予了极大的关注，形成了一个新的研究热 埘 天津大学硕士学位论文第一章绪论 点。通过物理或化学方法将高分子插层于层状结构的硅酸盐片层中，形成新型纳 米复合材料。与常规的聚合物基复合材料相比，较少的填料就可获得相当高的强 度与模量，较好的韧性和小分子阻隔性能”，同时材料的热性能等其它性能也 有较大改善。 m m t 片层中a l ”和p ”可以在一定限度内置换四面体中的s i “，m 2 ”、f e ”等 可置换八面体中的a r ，置换的结果使片层表面带有多余的负电荷，为了保持电 巾性，这些过剩的负电荷通过层问吸附的阳离子来补偿。对于m m t 来说，层间 阳离子为可交换阳离子，如n a + c a ”，m 9 2 + 等，它们很容易与有机或无机阳离 子进行交换得到离子交换型粘土。适宜的离子交换容量、优良的力学性能及低廉 的价格，使得m m t 成为制各p l s 纳米复合材料的首选矿物。 圈1 - 4复台物结构类犁示意图 聚合物分子链与m m t 片层进行插层反应，形成插层型( i n t e r c a l a t e d ) 及剥离 型( e x f o l i a t e d ) 纳米复台材科，其微观结构特点如图i - 4 所示”。经十多年的研究， 己制备了多种合成聚合物f m m tp l s 纳米复合材料。如尼龙6 m m t 。“、硅橡胶 m m t ”、聚苯胺m m t 、环氧树脂m m t 等。目前也丌展了天然高分子材料 m m t 纳米复合材料的研究。 1 5 药物载体材料 载体药物是随着药剂学、生物材料科学和临床医学的发展而新兴的一种给 药形式。载体药物技术的关键在于载体材料的选择，目前已有各种高分子材料和 雾鋈 天津大学硕士学位论文第一章绪论 无机材料被用于载体药物的研究。作为新型药物输送和控释载体，生物可降解的 高分子微粒，因其具有良好的生物相容性、无毒性、合理的体内分布和高效的药 物利用率而日益受到广泛关注。多年以来，国内外在使用合成高分子制备药物载 体方面的研究较多，如选用聚丙烯酸类、聚乳酸类等生物相容性合成高分子材料， 这些材料具有性质稳定，纯度较高等优点m 1 。另一方面，以壳聚糖、明胶为代表 的天然高分子材料以其良好的生物相容性及生物可降解性，成为近年来载药材料 的研究热点。蒙脱土作为无毒可降解的无机药物载体材料，也日益引发人们的关 注。 1 5 1 明胶载药材料简介 如前所述，明胶是一种可以生物降解的天然高分子材料，因为原料易得、制 备工艺简单、可生物降解、对人体几乎无毒性、无抗原性等特点被广泛应用于药 物医学领域的研究中，是目前应用较多的一种生物高分子，具有良好的物理、化 学及生物性能。 近年来，高分子包囊技术在医学领域得到了广泛的应用，用高分子材料作为 载体的微球不仅能控制药物以一定速度释放，还可对生物体的生理指标做出反 馈，因而可以成为靶向药物释放体系田1 。通过高分子包裹和合适的给药途径能够 延长药物理活性，提高药物稳定性，并使药物的释放达到较为理想的效果。 有人将明胶做成纳米粒子药物载体材料，有一定研究成果暖引。通常采用凝聚 法制备明胶纳米粒子。按不同凝聚剂种类，确定不同的制备明胶粒子工艺要求。 用硫酸钠作为凝聚剂时成球的区域相对较小，条件比较苛刻；用乙醇作为凝聚剂 时，在p h 值较高时成球性不是很好；用丙酮作为凝聚剂，要求凝聚成球时候的 温度比较低。用异丙醇作为凝聚剂，条件十分宽松，在常温下就可以得到明胶纳 米粒子，而且其粒径及分布范围可以根据明胶的浓度和异丙醇的加入量来进行调 节。c a i 1 等以明胶为主要原材料，以阿霉素为药物模型，用异丙醇为凝聚剂， 采用单凝聚法制备了阿霉素明胶纳米粒子，并对含药明胶纳米粒子的粒径分布、 药物含量及体外释药等特性进行了研究。 高分子载药微球的制备有凝聚法、溶剂萃取及挥发法、乳液聚合及界面聚合 法和界面沉积法等。常用的方法是根据包载药物的性质制成o w , w o ，w o w 或 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 o l w l 型乳状液。有人研究采用复合乳液一溶剂挥发法制得了明胶聚乳酸载药微 球m 1 ，以壳聚糖为复乳乳化剂，考察了明胶聚乳酸载药微球的制备条件对微球 的成球性、药物包封率及体外释药的影响。 将明胶制备成胶囊或微球，然后将药物包裹在其中作为化疗药物载体己得到 广泛应用，它们具有明显的缓释性和一定的组织靶向性，可增加药物疗效，降低 其毒副作用，减少对生物肌体组织器官的损害。有报道口”采用纳米生物技术制备 了一系列抗癌药物靶向控释载体。 1 5 2 壳聚糖在医药领域的应用 壳聚糖已被广泛应用于药物载体、医用缝合线、骨愈合材料、抗菌材料、皮 肤敷料等领域。壳聚糖及其衍生物用作药物载体，可稳定或保护药物中的有效成 分，促进药物吸收，延缓或控制药物释放，帮助药物送达目的器官。然而，其在 口服制剂中的应用由于其在胃液中快速溶解而受到一定的限制。 将壳聚糖应用于药物载体的研究，是2 0 世纪9 0 年代末逐渐发展起来的新 兴研究领域。研究人员对壳聚糖纳米载体的制各技术及应用前景展开了广泛而深 入的探索，并取得了阶段性、突破性的进展，这为将来更深入系统的研究提供了 重要的理论与技术支持。 1 5 2 1 复凝聚法制备载药壳聚糖 复凝聚法是壳聚糖聚阳离子与另外一种带相反电荷的大分子药物发生静电 吸附导致溶解度降低而凝聚成粒的方法。此法近年来广泛用于基因运载的研究。 d n a 分子链上的磷酸基荷负电，易与壳聚糖分子表面r n h 3 + 发生络合。 k r - i s h n e n d u 口羽用高低两种相对分子质量的壳聚糖溶液包裹d n a 质体，在最 佳的壳聚糖浓度、p h 、硫酸钠沉淀剂浓度等条件下，得到粒径在15 0 3 0 0 n m ，d n a 包封率达9 8 的纳米粒子。通过琼脂糖凝胶( o 8 ) 电泳法观察包裹后d n a 的电 泳行为，分析d n a 在纳米粒制备过程中的完整性，结果显示，d n a 未受破坏。 在纳米粒的形成过程中，他们还进行了包裹其他生物活性剂氯喳和血清白蛋白 ( b s a ) 的实验，发现凝聚过程可以保证快速相分离与包裹其他药物同时进行。也 有研究将荷电相反的阴离子聚合物与壳聚糖在溶液中发生复合，借两种聚离子之 天津大学硕士学位论文第一章绪论 问的相互作用可在一定条件下形成载药纳米粒。 h u 口3 1 等采用两种途径制备了包裹丝缩氨酸( s p ) 的壳聚糖聚丙烯酸复合型纳 米载体。一种途径是先将壳聚糖溶解于所需浓度的丙烯酸单体溶液中，然后加入 k z s 2 0 8 引发剂进行聚合；另一种途径是通过滴加方法将带正电荷壳聚糖溶液和 带负电荷聚丙烯酸溶液混合在一起制备c s p a a 纳米粒。 1 5 2 2 共价交联法 利用壳聚糖分子链上的氨基或经基与一些化学交联剂反应的特性，可在一定 条件下制备出药物载体。t a n i m a 1 等在- - ( 2 乙基己基) 硫代t - - 酸( a c t ) 正己烷 反相胶束体系中同时使用戊二醛制得用于蛋白质药物释放的壳聚糖微球。实验表 明，微球粒径随交联度增加而数倍地增长。在无限稀释溶液中，交联度从l o 增加到10 0 可导致粒子直径从3 0 r a n 增长到约l l0 n m ；当纳米粒溶液浓度在4 左右，交联度为1 0 时，粒径约7 5 r a n ，而交联度为1 0 0 时，粒径达5 0 0 6 0 0 n m 。 另外，透射电镜显示高交联度粒子容易发生聚集现象。 乳化化学交联法是最常用的制备微球的方法，将壳聚糖的乙酸溶液加入到 包含表面活性剂的油相溶液中，搅拌乳化，然后滴加交联剂固化成球。一般用戊 二醛或甲醛作交联剂，该方法的不足之处同样是交联剂难以清除。且化学交联往 往会对细胞的存活率和大分子药物的完整性产生不利影响，且交联剂毒性较大， 因而用该法制得的壳聚糖药物载体在应用上有一定局限性。 1 5 2 3 乳滴聚结法 f u t o s h i 等鄙将壳聚糖溶入一定浓度的g d 喷酸溶液中，j n , , x 含5 倍半油酸山 梨坦( 乳化剂) 的石蜡油，高速搅拌形成w 0 型乳剂。同法制备含n a o h 的w 0 型乳剂，将两乳剂混合搅拌，即发生乳滴聚结。离心后除去溶剂及乳化剂，得到 粒径约4 0 0n m 的微粒。 1 5 2 4 载药壳聚糖的应用 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 壳聚糖纳米粒作为天然聚阳离子，近年来正在被深人研究用作基因疫苗载 体。用于基因治疗的非病毒传送系统相对于病毒载体更为安全。尽管病毒载体系 统有更高的基因转染率，但由于存在快速清除率，基因携带量小，毒性及免疫原 性等缺点，现已逐渐被以聚阳离子为代表的非病毒载体所取代。另外，聚阳离子 要比同为非病毒载体的脂质体更加稳定。 某些壳聚糖载体材料的制备条件比较温和，这种药物运载系统适合于对环境 比较敏感的大分子，如牛血清白蛋白、破伤风类毒素、白喉类毒素和胰岛素多肽 和蛋白类药物h 3 州1 。 1 5 2 5 存在的问题 载药壳聚糖纳米粒在近1 0 年的研究探索中取得了重大进展，成为载体药物 技术领域的重要发展方向，但本类载体仍存在一些问题有待解决。首先，壳聚糖 的溶解性很差，不溶于水和有机溶剂，仅在稀酸中少量溶解。这就在很大程度上 限制了纳米药物的产业化制备，对制备工艺提出了较高要求。因此，如何优化制 备条件将是深人研究的重点。其次，壳聚糖的结构决定了它是一种亲水性多糖， 仅能包裹一些亲水性大分子，如前述的疫苗、多肽、蛋白等，而壳聚糖要成为疏 水性药物的良好载体，目前难度较大。 g e n t a 等1 曾尝试采用壳聚糖包裹疏水性的酮基布洛芬，通过复乳法制备 0 w 0 型的壳聚糖微粒。结果显示，粒径最小的微粒也在1 0 p m 以上，包封率仅 有1 0 - 3 5 ，而且制各过程使用了大量的有机溶剂和乳化剂。另外，也有人开 展在壳聚糖分子中接入长链烷基等亲脂性基团，以增加壳聚糖与疏水性药物间的 亲和力，用于包裹抗癌药紫杉醇隅7 1 ，然而化学改性后的壳聚糖不能确保良好的生 物相容性，需要迸一步的研究。该方法有待探讨和改进。 1 5 2 6 总结 综上所述，壳聚糖纳米粒作为一种新型的药物载体，具有无毒、良好的生物 相容性和生物可降解性，可提高药物的稳定性，改变给药途径，增加药物的吸收， 提高药物的生物利用度等特点，使药物在体内达到控释和靶向治疗的作用。根据 天津大学硕士学位论文第一章绪论 壳聚糖的结构特点和药物本身性质，载药壳聚糖纳米粒可以通过多种方法制备获 得。壳聚糖纳米粒主要用于亲水性生物大分子的包裹，通过提高制剂水平，未来 可研制经口服、鼻腔吸附等途径给药的非注射给药剂型及长效注射剂型，具有广 阔的应用前景；随着科研的不断发展进步，壳聚糖纳米载体将踏人更加广泛的药 物治疗领域，在众多化学合成药和天然药物中取得突破；另外，运用现代分子设 计思想和先进合成技术对壳聚糖纳米粒表面进行修饰，使其具有靶器官、靶组 织和靶细胞所要求的选择性，也将是未来研究的发展趋势。 1 5 3 明胶壳聚糖载药材料 壳聚糖在吡喃糖环碳二位置上带有氨基，在一定的p h 值范围内能与许多负 电高分子形成聚电解质配合物( p e c s ) ，如聚丙烯酸、海藻酸钠、胶原、明胶等 3 8 】。 用戊二醛为交联剂对明胶和壳聚糖交联可以形成聚合物网络结构。明胶一壳聚糖 复合微球作为药物载体已有相关报道 3 9 。 有人把明胶与壳聚糖共混，做成膜体载药材料m 1 ，应用于眼植入缓释膜，植 入脉络膜上腔。其采用h s s ( 分子量4 8 4 5 2 ) 作为模型药物h ”。由于眼部对载体 的特殊要求，选用壳聚糖和明胶为载体，制备h s s g i c s 药物缓释系统。壳聚糖 生物相容性好，可降解，具有止血，促进组织修复，减少斑痕粘连作用，对眼组 织无毒，分子量低于2 9 0 0 的化合物均可以通过，是药物良载体嗽1 。明胶生物相 容性和降解性良好，易溶于水。两者一起制成共混膜，可改善膜的性能。制得 的g i c s h s s 药膜呈淡黄色，柔韧性好，药物呈粉末状均匀分散在载体内。并可 通过不同的明胶含量控制明胶壳聚糖的药物释放量。 1 5 4 蒙脱土在医药领域应用 m m t 已成功地应用于医药、化妆品等领域5 1 ，它与人体有很好的生物相容 性，没有毒副作用。生物大分子如d n a 、聚赖氨酸等可以与m m t 形成插层结 构，制备新型功能材料m 4 ”。m m t 目前在医药工业中主要是用作药用辅料。m m t 由于具有吸水性、悬浮性、分散性、粘结性、触变性，使其作为制剂辅料具有乳 化、增稠、助悬、吸附的功能，是优良的药用辅料。它与人体有很好的生物相容 性，没有毒副作用，适合作为口服制剂。 m m t 与生物材料制成的复合生物材料，表现出独特的性能。l e e 等用电纺 丝法制备了m m t 增强的p l a 纳米纤维支架，并利用n h 4 h c 0 3 、n a c ! 盐粒子 天津大学硕士学位论文第一章绪论 得到三维多孔网络结构m 1 。x u 等用聚氨酯和有机m m t 经溶液插层、溶胶凝胶 法制得的纳米复合材料，在改善聚氨酯材料力学性能的同时，显著地降低了水蒸 气及空气的透过率，更好地满足全人工心脏等植入人工器官的应用要求h 钉。 m m t 具有层纹状结构及