（化学工程专业论文）海藻酸微囊的制备及覆膜漂浮微囊释放性能研究.pdf

摘要 本文开发激光孔板与宝石孔板作为喷头，利用毛细管破碎装置制备了海藻 酸微囊：以头孢克洛和尼莫地平为释放药物，分别利用冷冻干燥和鼓泡法制备 了覆壳聚糖海藻酸基漂浮缓释微囊与覆乙基纤维素海藻酸基漂浮缓释微囊。结 果如下： 以针头为喷头，考察了在不同规格针头下流速与震动频率对微囊粒径与粒 径偏差的影响。试验结果表明微囊粒径随着频率增加而减小，随着流速增加而增 大，随着针头直径增大而增加。w e b e r 线性理论计算结果表明可根据w e b e r 线性 理论近似选择优化操作频率，特别适用于内径较大的针头。 以激光孔板和宝石孔板代替针头，具有操作压力小、流量大且不易发生堵塞， 所制备的海藻酸微囊粒径偏差较小，适宜于工业化放大推广等优点；多孔宝石孔 板操作与单孔操作所得的粒径分布相似，表明其适宜多孔操作；研制的利用风箱 鼓动来破碎液流的装置，喷头个数达到1 6 个，生产量可达1 4 l h 。 冷冻干燥方法制备的覆壳聚糖膜海藻酸基漂浮缓释微囊不适用于头孢克洛 体系，而适用于尼莫地平释药体系；扫描电镜照片表明，头孢克洛微囊中药物主 要分布在表层覆壳聚糖膜微囊药物分布在外层，添加魔芋葡甘聚糖后，微囊内部 较均一，而尼莫地平微囊表面较为光滑，添加n a h c 0 3 后微囊膜厚度增加。 鼓泡法制备的覆乙基纤维素膜海藻酸基漂浮缓释微囊适用于头孢克洛释药 体系缓释性能，微囊体外漂浮时间1 0 小时以上；覆膜3 次的微囊缓释效果最好， 覆膜3 次微囊的凝胶离子浓度对头孢克洛的释放速率影响较小；适当的魔芋葡甘 聚糖浓度( o 2 5 ) 可以保持微囊形状，又可以达到恒速释放；释放机理分析表 明，乙基纤维素膜对缓释起到了决定作用。 总之，本实验室已建立了可满足实验室一定规模制备海藻酸囊的装置与方 法；与冷冻干燥方法相比，鼓泡法制备方法与设备更为简单；使用覆壳聚糖还是 乙基纤维素对微囊覆膜应针对具体的药物性质进行选取。 关键词：毛细管破碎法；宝石孔板喷头；覆壳聚糖膜漂浮微囊；覆乙基纤维素漂 浮微囊；头孢克洛；尼莫地平 a b s t r a c t i nt h i sw o r k ，w ed e v e l o p e dl a s e r - d r i l l i n gp l a t ea n ds a p p h i r es t o n ep l a t ea ss p r a y n o z z l ea n dm a d ea l g i n a t em i e r o c a p s u l e sb yc a p i l l a r yv i b r a t i o na p p a r a t u s u s i n g c e f a e l o r ( c f ) a n dn i m o d i p i n e ( n m p ) a sr e l e a s ed r u g ，a l g i n a t e c h i t o s a nf l o a t i n g e x t e n d e d - r e l e a s e m i c r o c a p s u l e s a n d a l g i n a t e e t h y l i c c e l l u l o s e ( e c )f l o a t i n g e x t e n d e d - r e l e a s em i c r o c a p s u l e sw e r ep r o d u c e db yf r e e z i n gd r ym e t h o da n db u b b l e m e t h o dr e s p e c t i v e l y r e s u l t sa sf o l l o w s ： u s i n gn e e d l ew i 也d i f f e r e n td i a m e t e ra st h es p r a y e r , t h ei n f l u e n c eo fs p r a ys p e e d a n dv i b r a t i o nf r e q u e n c yo nm i c r o c a p s u l e ss i z ea n ds t a n d a r dd e v i a t i o n ( s d ) w e r e r e n e w e dt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l ti n d i c a t e dt h a tm i c r o c a p s u l e ss i z ed e c r e a s ew i mt h e e n h a n c eo fv i b r a t i o nf r e q u e n c ya n di n c r e a s ew i t ht h er a i s eo fs p r a ys p e e do rn e e d l e d i a m e t e r i tw a sd e m o n s t r a t e df r o mc a l c u l a t e dd a t ao ft h e o r yt h a ts e l e c t i o no f o p t i m u mo p e r a t i n gf r e q u e n c ya c c o r d i n gt ow e b e rt h e o r yi sa d o p t a b l e ，e s p e c i a l l y w h e ns y s t e mu s e dl a r g ed i a m e t e rn e e d l e s p r a y e rw i t hl a s e r - d r i l l i n gp l a t eo rr e ds t o n ep l a t ep o s s e s s e dm a n ya d v a n t a g e s s u c ha sl o wp r e s s u r er e q u i r e m e n t ，l a r g eq u a n t i t y , d i f f i c u l tt oj a m , l o ws da n ds u i t a b l e i n d u s t r i a lh s e m i c r o c a p s u l e sg o tf r o mm u l t i n o z z l er e ds t o n ep l a t ea n ds i n g l eh o l e p l a t eh a v es i m i l a rs i z ed i s t r i b u t i o n , w h i c hs h o w sm u l t i n o z z l e i sp r a c t i c a b l e t h e b e l l o w sa g i t a t i o na p p a r a t a s 、v i t h16n o z z l e sr e a c h e dt o1 4l hy i e l d a l g i n a t e c h i t o s a nf l o a t i n ge x t e n d e dr e l e a s em i c r o c a p s u l e sb yf r e e z i n g d r ym e t h o d w a sn o ta p p l i c a b l ef o rc fd e l i v e r y , w h i l es u i t a b l ef o rn m p i tw a sd e m o n s t r a t e db y s e mt h a tc fw a sm a i n l yd i s t r i b u t e dt h es u r f a c el a y e ro fm i c r o c a p s u l ec o a t e dc h i t o s a n m e m b r a n e t h es t r u c t u r eo fm i c r o c a p s u l eb e c o m e sm u c hm o r eu n i f o r ma f t e ra d d i n g o fk o n j a cg l u c o m a r m a n n m pm i c r o c a p s u l e sh a v es m o o t hs u r f a c et h i c k e rm e m b r a n e a f t e ra d d i n go f n a h c 0 3 a l g i n a t e - e cf l o a t i n ge x t e n d e dr e l e a s em i c r o c a p s u l e sb yb u b b l e dm e t h o dw a s a p p l i c a b l ef o rc fr e l e a s es y s t e m t h em i c r o c a p s u l e sw i t ht h r e e t i m e sc o a t i n g m e m b r a n ea p p e a r e dt h eb e s tc o n t r o l l e dr e l e a s ec a p a b i l i t i e s t h er e l e a s er a t ef o r d i f f e r e n ts y s t e mw a sn o ts u s c e p t i b l et oc a l c i u mi o nc o n c e n t r a t i o n p r o p e rk g m c o n c e n t r a t i o n ( 0 2 5 ) c a l lk e e ps p h e r es h a p ea n dm e e tc o n s t a n tr e l e a s er a t e i tw a s i n d i c a t e db yr e l e a s em e c h a n i s mt h a tt h ee cm e m b r a n ew a st h ek e yp a r a m e t e r a b o v ea l l ，t h ee q m p m e n ta n dm e t h o do fp r e p a r i n ga i g i n a t em i e r o c a p s u l e sw a s e s t a b l i s h e d c o m p a r i n gt h ef r e e z i n gd r ym e t h o d ，t h eb a b b l em e t h o dw a sr e l a t i v e l y s i m p l e w h e t h e rc h i t o s a nm e m b r a n eo re cm e m b r a n ew a ss e l e c t e ds h o u l dc o n c e m t h e s p e c i f i cd r u g k e yw o r d s ：c a p i l l a r yv i b r a t i o nm e t h o d r e ds t o n ep l a t e c h i t o s a nm e m b r a n ef l o a t i n g m i c r o c a p s u l e s e t h y l i c c e l l u l o s em e m b r a n ef l o a t i n gm i c r o c a p s u l e s c e f a c l o r n i m o d i p i n e 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，也不包含为获得叁壅盘堂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己在论文中 作了明确的说明并表示丁谢意。 学位论文作者签名：杨巾凡 签字日期：血。j年2 月砑月 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫洼盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁窒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：幸毛巾凡导师签名：伺专钗 签字日期：2 。年工月1 8 日 签字日期：d o f 年2 月1 8 日 刖吾 海藻酸作为天然水凝胶，具有良好的生物相容性、温和的瞬时凝胶化等优良 特性，使其广泛应用于医药与生物技术领域。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。 海藻酸微囊的制备可分为喷雾与乳化两大类。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，对于机械搅拌乳化还存在高剪切力的问题， 只适用于包埋稳定的蛋白、多肽与小分子药物。为减少剪切力，近期开发出了气 体搅拌乳化( 内源凝胶) 与膜乳化法。气体搅拌乳化相比机械搅拌乳化，具有乳 化速度快、能耗低及搅拌过程温和等特点，且设备简单易于实现大规模生产。膜 乳化法是一项新技术，微囊大小主要决定于所用微孔膜的材料与孔径分布，同时 受到膜乳化压力与膜乳化时间的影响。与传统的乳化技术相比，膜乳化技术具有 液滴单分散性及稳定性好、条件温和、能耗低、易于规模化生产等特点，将对海 藻酸微囊工业化生产具有重要意义。虽然膜乳化法在剪切力、粒径分布、操作稳 定性等方面极为优越，但对所使用的膜材在粒径分布与抗污染方面要求较高，同 时溶胶粘度必须适当。 毛细管破碎法是通过机械震动的方法对喷射出的海藻酸液柱施加固定的频 率，由此得到粒径较小且高度均一的微囊。毛细管破碎法操作简单，产量大，微 囊质量也较高，适合于工业化推广，是本实验室的研究方向。 本实验室参考有关文献，结合现有条件建成一套工作性能稳定可靠的毛细管 破碎装置，通过控制压力来调节喷头流速。喷头分别利用针头、激光孔板和宝石 孔板制备微囊，较为系统的考察了孔径、振动频率和流速等因素对微囊大小、粒 径分布及成球性的影响，并根据文献中h b r a n d e n b e r g e r 的思路设计了1 6 孔的风 箱鼓动式喷头，从而使从针头到孔板，再到多孔喷头得以应用并取得了理想的效 果。 目前改善和开发新型海藻酸基微囊也是海藻酸微囊进一步利用的前题。利用 冷冻干燥或加入助漂剂等方法可制各出海藻酸基漂浮缓释微囊，由于制剂密度小 于胃容物密度，可增加制剂在体内的停留时间，从而提高药物的生物利用度。冷 冻干燥方法可很好的保持湿态微囊形状，干燥后微囊内为大孔结构，微囊漂浮性 能良好。但冷冻干燥方法对设备有较高的要求，不适于实际工业应用。本文开发 了鼓泡法，可直接干燥微囊，且微囊的飘浮性能良好。 海藻酸微囊表面为多孔结构，有利于药物的溶出，但对于小分子易溶药物， 需在微囊表面覆膜降低药物的释放速率。本文以头孢克洛和尼莫地平为模型释放 药物，以覆壳聚糖膜和覆乙基纤维素膜海藻酸基漂浮微囊作为缓释载体，分析了 药物性质与多糖间相互作用，及其制备条件对药物释放的影响。 此外，加入添加剂也是改善海藻酸微囊性质的有效方法。海藻酸在酸性条件 下易降解，为了防止药物出现爆释，采用魔芋葡甘聚糖作为添加剂，可以改变凝 胶强度与控释性能。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，在胃液中不能被人体消化酶分解利用，仅在肠内部分消化。本实验室曾以 魔芋葡甘聚糖作为添加剂，开发了海藻酸盐一魔芋葡甘聚糖一壳聚糖微囊作为尼莫 地平的缓释材料，制备了缓释效果较好的尼莫地平缓释微囊。 综上所述，本文的主要结构为： 第一章综述了海藻酸微囊的制备、改善海藻酸微囊释放特性的方法、漂浮 制剂以及头孢克洛制剂等情况； 第二章利用毛细管破碎的基本原理，改进制备装置，通过控制压力来调节 喷头流速，采用针头制备微囊，考察了针头孔径、振动频率和流速 等因素对微囊大小、粒径分布及成球性的影响； 第三章在金属板上利用激光打孔和镶嵌宝石孔两种新工艺制备了新型喷 头，考察了孔径、振动频率、流速与多孔操作等因素对微囊大小、 粒径分布与成球性的影响； 第四章采用冷冻干燥法制备覆壳聚糖膜的海藻酸基漂浮微囊，以头孢克洛 和尼奠地平为模型释放药物，根据药物与缓释材料间相互作用，分 析了制各条件药物释放速率的影响； 第五章用鼓泡法制备了覆乙基纤维素膜海藻酸基载药漂浮缓释微囊，以头 孢克洛为模型释放药物，考察了覆膜次数、凝胶离子浓度、魔芋葡 甘聚糖浓度对鼓泡漂浮微囊中头孢克洛释放速率的影响，利用扫描 电镜分析了微囊结构与药物释放的关系。 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 第一章文献综述 海藻酸钠是一种天然水溶性高分子，其可在二价金属离子水溶液中形成凝 胶，由于海藻酸钠溶液与海藻酸水凝胶的一些特殊性质，已广泛应月于医药载体 与生物技术领域。本章简要介绍海藻酸微囊的制各、改善海藻酸微囊释放特性的 方法、漂浮制剂以及头孢克洛制剂情况。 1 1 海藻酸微囊的制备 1 1 1 海藻酸微囊制备简介 制备壳聚糖海藻酸钠微胶囊，在制备方法上，可以分为一步法【”】、两步法m 和复合法。 ( 1 ) 一步法主要有两种方式：一种是将壳聚糖和氯化钙的混合溶液直接 滴八海藻酸钠溶液中反应形成微胶囊，得到含有壳聚糖沉积层、壳聚糖海藻酸 钠络台层和海藻酸钙凝聚层共三层结构，内部是液态的微胶囊：另外一种方式是 反向操作，即将海藻酸钠溶液滴八壳聚糖和氯化钙的混合溶液中形成微胶囊。 ( 2 ) 两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： i 海藻酸钠溶液滴入氯化钙溶液形成海藻酸钙凝胶珠； 海藻酸钙凝胶珠和壳聚糖反应形成微胶囊； ( 3 ) 复合法复合法是在上述两种方法基础上建立起来的，首先制备壳聚 糖，海藻酸钠微胶囊，然后再双功能团分子对微胶囊的表面进行修饰，制备过 程如下： i 海藻酸钠溶液乳化、凝胶化 丌凝胶化海藻酸盐与壳聚搪进行反应形成微胶囊 微胶囊用戊二醛、1 ，6 一己二异氰酸脂或苯四甲酸二酐溶液进行表 面交联。 上述三种制各方法各有优缺点。 步法的优点是制备方法简单，成囊速度快， 微囊化物质不容易在制各过程中流失，比较适合于蛋白分子的微囊化。但是，由 这种方法制备的微胶囊球型度和光洁度较差，制各过程中微胶囊之间容易粘接。 两步法制各的微胶囊球型度和光沾度好，但是制备过程相对繁琐；而且，在制各 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。复合法制各的微胶囊强度较好，但也存在着制备过程繁琐的缺点，而 的微囊化。复合法制各的徽胶囊强度较好，但也存在着制备过程繁琐的缺点，而 第一章文献综述 第一章文献综述 海藻酸钠是一种天然水溶性高分子，其可在二价金属离子水溶液中形成凝 胶，由于海藻酸钠溶液与海藻酸水凝胶的一些特殊性质，己广泛应用于医药载体 与生物技术领域。本章简要介绍海藻酸微囊的制备、改善海藻酸微囊释放特性的 方法、漂浮制剂以及头孢克洛制剂情况。 1 1 海藻酸微囊的制备 1 1 1 海藻酸微囊制备简介 制备壳聚糖海藻酸钠微胶囊，在制备方法上，可以分为一步法i ”】、两步法 4 】 和复合法。 ( 1 ) 一步法主要有两种方式：一种是将壳聚糖和氯化钙的混合溶液直接 滴入海藻酸钠溶液中反应形成微胶囊，得到含有壳聚糖沉积层、壳聚糖海藻酸 钠络合层和海藻酸钙凝聚层共三层结构，内部是液态的微胶囊；另外一种方式是 反向操作，即将海藻酸钠溶液滴入壳聚糖和氯化钙的混合溶液中形成微胶囊。 ( 2 ) 两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： i海藻酸钠溶液滴入氯化钙溶液形成海藻酸钙凝胶珠； n 海藻酸钙凝胶珠和壳聚糖反应形成微胶囊； ( 3 ) 复合法复合法是在上述两种方法基础上建立起来的，首先制备壳聚 糖海藻酸钠微胶囊，然后再以双功能团分子对微胶囊的表面进行修饰，制备过 程如下： i 海藻酸钠溶液乳化、凝胶化 丌凝胶化海藻酸盐与壳聚搪进行反应形成微胶囊 微胶囊用戊二醛、1 ，6 一己二异氰酸脂或苯四甲酸二酐溶液进行表 面交联。 上述三种制各方法各有优缺点。一步法的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，比较适合于蛋白分子的微囊化。但是，由 这种方法制备的微胶囊球型度和光洁度较差，制备过程中微胶囊之间容易粘接。 两步法制备的微胶囊球型度和光洁度好，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。复合法制备的微胶囊强度较好，但也存在着制备过程繁琐的缺点，而 第一章文献综述 且制备条件激烈。因此，这种方法较适合于对环境不很敏感的某些微生物进行微 囊化【5 1 。 在本文制备装置方面主要讨论的是一步法中的反向操作。 可生物降解的微囊粒径大小对药物缓释效果意义重大。例如微囊的大小决定 了可适用的用药方法( 口服或注射) 和最终在人体内的靶向定位。更为重要的是 微囊的大小决定了药物释放速率，通过控制微囊粒径可以决定药物的总的释放曲 线。微囊粒径的分布也同样重要，理想的粒径能提供所需要的释放速率和释药部 位，偏离理想粒径的微囊则会影响释放速率从而导致整体释放曲线的偏差。另外， 当应用于注射时，过小的微囊包埋效果不佳，还可能会脱离注射位置；过大的微 囊会堵塞针头。总而言之，微囊的平均粒径和粒径偏差是制备要求和微囊质量考 察的最重要的两个参数。 目前已开发的海藻酸微囊主要制备方法见表1 - 1 。由表可知海藻酸微囊的制 备方法可分为喷雾与乳化两大类。 表卜1 海藻酸微囊的制作方法 t a b l e1 - 1p r o d u c t i o nm e t h o d so f a l g i n a t em i c r o s p h e r e s 方法平均粒径范围标准偏差生产量 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，对于机 械搅拌乳化还存在高剪切力的问题，只适用于包埋稳定的蛋白、多肽与小分子药 物。为减少剪切力，近期开发出了气体搅拌乳化( 内源凝胶) 与膜乳化法。气体 搅拌乳化相比机械搅拌乳化，具有乳化速度快、能耗低及搅拌过程温和等特点， 且设备简单易于实现大规模生产。膜乳化法技术是一项新技术，微囊大小主要决 定于所用微孔膜的材料与孔径分布，同时受到膜乳化压力与膜乳化时间的影响。 与传统的乳化技术相比，膜乳化技术具有液滴单分散性及稳定性好、条件温和、 能耗低、易于规模化生产等特点，对其开发研究，将对海藻酸微囊工业化生产具 有重要意义。虽然膜乳化法在剪切力、粒径分布、操作稳定性等方面极为优越， 第一章文献综述 但对所使用的膜材在粒径分布与抗污染方面要求较高，同时溶胶粘度必须适当。 1 1 2 高压静电场制备法 在静电力作用下，海藻酸钠溶液通过注射器挤出针尖，在针尖处形成球形液 面，液面在注射器推动下增长，依次形成月牙形液面、倒锥形液面和细丝状液柱， 在静电作用下崩解形成小液滴。当液柱的重力( f 。) 、注射器推动力( f 。) 和静电力( f 。) 之和大于表面张力时，液柱崩解长度为九，直径为a 的海藻酸钠液柱崩解后在 自身表面张力作用下变成直径为d 的球形，进入含凝胶化盐氯化钙溶液中，生成 海藻酸钙凝胶微球。通过改变电场电压( u ) 、正负电极距离( h ) 、海藻酸钠溶液浓 度( c ) 、平口针头内径( d i ) 、注射泵流速( v o 以及凝胶化盐的浓度可改变微球的形 态和粒径。 为制备均匀一致、表面光滑大小适中的微胶囊、就需要对微胶囊制备工艺 进行优化。采用静电场制备微胶囊影响其制囊质量的因素有：电压、针尖与量杯 中的液面距离( 液面距) 、输液泵推进速度、针头内径以及海藻酸钠溶液浓度等。 李保国等【”1 开发研制了高压静电制备微胶囊的试验装置，以质量分数为1 5 的海藻酸钠溶液在1 0 0 m m o l lc a c h 溶液中固化成微胶囊，进行了预备和正交 试验研究，得到如下结论： ( 1 ) 采用高压静电场力可制备圆形、光滑、均匀性较好的微胶囊，可克服 利用气流制囊时形状不规则，微囊表面不光滑，大小均匀性差等缺点。高压静电 制囊装置具有结构简单，操作方便，性能优良的特点，是一种实用可行的方法。 ( 2 ) 平针头与斜针头的制囊试验结果表明。随着液面距的增加，其成囊电 压和跳火电压均增高。平针头的成囊电压低于斜针头，跳火电压则高于斜针头。 当液面距为2 0 r a m 时。试验得到平针头的成囊电压和跳火电压分别是3 5 k v 和 1 5 k v 。斜针头成囊电压与跳火电压则分别为4 5 k v 和1 2 k v 而且经试验观察。采 用平针头制备的微囊均匀度优于斜针头，因此选择平针头。 ( 3 ) 在本试验台上和所选定的试验参数范围内，随着电压的升高，微胶囊 平均直径减小，均匀性提高；随着推进速度的提高，微胶囊直径与均匀性均增大： 液面距增大时，微胶囊直径开始减小而后增大，直径满足要求前提下，以分布参 数为指标正交试验得到电压、推进速度和液面距的较优水平为u = 5 k v 、v = 5 0 m m h 和2 0 m m 。 1 1 3 气体剪切法 气体剪切法的原理是利用喷嘴周围的环状高速气流来促使海藻酸液柱破碎， 在液珠脱离喷嘴时使其在完全成形之前提前脱离，因此可得到较小的微囊，一般 粒径为o 2 2 m m ，且均一度较高，不过存在产量较低的缺点。 第一章文献综述 c o r yb e r k l a n d 等【1 4 】将液流剪切法与静电场制备法相结合制备p l g 微囊，如 图1 2 。单独使用静电法可以制出微囊粒径小至3 0 p m 的微囊，其中9 5 的微囊 偏差小于1 2 t m 。单独使用液流载体法能通过1 0 0 u m 的微孔制得1 2 岬的微 囊，不过粒径偏差较大。通过非溶剂性的液体流能控制微囊的大小，通过静电场 能产生均一的微囊，将这二者相结合，并改变适当的参数，c o r y 成功制得5 5 0 0 p r o 的具有较小粒径偏差的p l g 微囊。 图1 - 1 液流剪切与静电场结合装置示意图 f i g1 - 1s c h e m a t i co fa p p a r a t u sb ys t r e a mc u ta n dp i e z o e l e c t r i cm e t h o d 如图1 - 1 中所示，包药的料液从直径为2 0 i _ t m 的喷孔中被挤出而形成平缓的 圆柱状射流。通过控制频率发生器而产生理想的频率要求，信号经过放大器放大， 压电传感器根据信号震动并引起喷头震动。喷头的机械震动周期性的施加于射 流，使其破碎为均一的微囊。在此情况下，能够获得的最小粒径略大于喷孔开口 直径。 为了进一步控制微囊直径，甚至使粒径小于喷孔开口直径，c o r y 在射流周 围增加了非溶剂相的环形液流。环形液流线性流速大于射流，两股液流的摩擦接 触给药液射流增加了向下的力，有效地“扯动”药液流以更快地离开喷口。通过 控制两股射流的线性流速差异，可以得到直径理想的甚至小于喷口孔径的微囊， 最小为5 p m l 。 1 1 4 毛细管破碎法 6 第一章文献综述 1 1 4 1 毛细管破碎法基本原理 毛细管破碎法通过机械震动对喷射出的海藻酸液柱施加固定的频率，由此得 到粒径较小且高度均一的微囊。毛细管破碎法操作简单，产量大，微囊质量也较 高，适合于工业化推广，是本实验室的主要研究方向。 d o u g l a sb 【” 采用单孔针头作为喷头，针头固定在硬质硅管的一端，用激震器 震动硬质硅管的中部( 另一端固定在设备上) ，避免震动不充分导致液流破碎不 开或者微囊粒径不均匀。调节激震器到理想的频率获得需要的微囊粒径。并且在 喷口处安装了频闪计数器，可以精确计量微囊个数。通过调节海藻酸储液罐的压 力来控制液流喷射速度。为了防止使用较小针头时易发生的堵塞和流量浮动等情 况，所有的海藻酸均经过了2 0 0 目滤网的过滤去除杂质。使用的2 2 g ( 0 4 1 m m ) 和2 6 g ( o 2 5 m m ) 两种注射用不锈钢针头，针头长度均削短至1 3 m m ，可以避 免过大的压降损失。并用2 4 0 号和6 0 0 号的砂纸研磨以便去除针头处的毛刺。 c a c l 2 溶液置于喷口下方2 0 c m 处收集微囊。 德国的t h o r s t e n ”j 等人制造出直径为5 0 6 0 0 0 p a n 的微球或微囊，其原理依 然是毛细管破碎法，称为b r a c e 体系。微球体系可以按照不同的要求包埋各种 药物，符合f d a 、g m p g l p 、e x 、c i p 、w i p 等规范。采用该法药液流量可以 从l o m l h 到1 0 0 0 m l h ，而其生产成本相较于喷雾干燥和流化床覆膜来说要低的 多。适宜的体系包括海藻酸、明胶、琼脂、腊热塑性塑料、金属氧化物、p e g 、 聚乙烯醇、p o l y c r y l a t e 、甲基丙烯酸盐和聚丙乙烯。例如石蜡广泛应用于化妆品、 牙齿方面和高活性催化剂上的应用，琼脂用于包埋油类和其他易挥发的化妆品用 溶剂，明胶和海藻酸用于包埋油类、芳香剂和食品技术上经常使用的调味剂。在 药物应用上，该系统用于包埋对消化系统有不良刺激作用的药物或者避免药物的 异味对服用者的刺激。 该体系生产的微囊粒径均一程度较高，“。d 嘲值低于1 1 0 ，一般可以达到 1 0 5 甚至1 0 1 。该体系可以制得3 0 8 0 0 0 岫的微囊，广泛适用于包埋各种药物。 药液从储液罐中被抽出，喷射出的液流通过震动和液体表面张力的综合作用而被 破碎。针对不同的体系，微球被冷冻，发生化学反应或者被干燥。用于该系统的 药液粘度必须小于1 0 0 0 0 m p a s ，乳化液在制各过程中必须保持稳定，若有悬浮 微粒，其直径不能大于孔径的四分之一。 当使用一个孔径为5 0 0 1 s m 的单孔操作时，料液流量为1 1l h ，大约制出8 0 0 0 个粒径l m m 的微囊。使用孔径为2 0 0 p m 时，流量仅为2 81 h ，产出3 0 0 0 0 个粒 径4 0 0 p m 的微囊，具有很高的经济价值。 1 1 4 2 毛细管破碎法的新进展 第一章文献综述 自从r a y l e i g h ” 1 9 4 5 年提出毛细管破碎法原理以来，已经广泛应用于生产 实践，是一种比较成熟的技术。应用毛细管破碎法来生产海藻酸微囊的装置整体 结构比较简单，生产成本相对较低。在实现工业化方向，除了继续保持和提高其 产量大、粒径均一的特点外，国内外学者还发展了一些新的科学理论和方法来改 进微囊制备装置。 在金属板上加工小至几百微米的微孔，对加工工艺和材质提出了较高的要 求，g b r e r m 等尝试了在不锈钢板上直接用激光打孔，喷头总体直径为1 2 5 m m ， 圆锥型的掖腔高度1 4 0 m m ，液腔的螺旋咬合设计可以有效排除残留的气泡，并 且有一个出口供测量内部液压。孔板由两个直径为1 0 5 m m 的金属薄板叠加而成， 板厚均为7 5 i t m 。通过激光在圆盘上打出正六边形分布的一共6 1 3 个微孔，上板 孔径7 6 m ，下板孔径孔4 1j m a ，孔间距均为3 5 m m 。为了更好的观察高速液流 破碎效果，孔的间距选的比较大，如果需要增大产量，可以安排更密集的孔，不 过需要保证最小的孔间距大约是3 倍孔径大小。 h b r a n d e n b e r g e r 【19 】等人在金属薄板上镶嵌精密加工的宝石，如图1 2 所示， 在薄圆板上均匀分布了1 3 个螺纹孔，具体间距和分布见图示。喷头底端镶嵌了 精密加工的宝石，通过螺纹连接固定在薄板上，这样可以方便维修和拆卸。例如 某个喷头发生堵塞时，可以将这个喷头取下来疏通维护或者是更换，缺点是和针 头类似，通道还是较长，容易发生堵塞的现象，并且与针头一样，压降比较大进 而对系统压力要求比较高。 1 2 改善海藻酸微囊。陛质的方法 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 1 ，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b 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n ( 1 4 ) 糖苷键链接而成的 聚合物f 2 0 1 。海藻酸微囊对粘膜组织的吸附及对药物或蛋白【2 ”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。 1 2 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 一赖氨酸( 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 第一章文献综述 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。 a l g c h i 胶囊稳定性与包埋物扩散主要受所结合的壳聚糖量的影响【2 2 棚i 并 可通过改变壳聚糖浓度来调节药物释放速度，为进一步减少包埋物的泄漏还可多 层覆膜或表面交联。如用聚阳离子电解质聚乙烯亚胺( p e i ) 、聚苯乙烯( p s ) 等 与聚阴离子电解质聚丙烯酸( p a a ) 、羧甲基纤维素( c a r b ) 、磺化乙基纤维素 ( t w 2 ) 等交替对海藻酸钡覆膜来固定化细胞色素c 1 2 “。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 海藻酸盐聚电解质；内层为海藻酸盐芯料。 图1 - 2 多孔板喷头示意图 f i g1 - 2s c h e m a t i co f m u l t i - n o z z l es a p p h i r es t o n ep l a t e 第一章文献综述 1 2 2 添加剂 在海藻酸盐中加入添加剂主要有两个目的。一是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b 一环糊精与 胰岛素形成复合体，或加入牛血清白蛋白、葡聚糖等蛋白质稳定剂口6 1 。二是 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- d , 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。pl i u 用海藻酸 与果胶作为核心高分子，p l l 覆膜制备微胶囊1 2 ”，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 【2 8 在将海藻酸微胶囊制成片剂的过程中，加入角叉胶 ( c a r r ) 、海藻酸( a l 曲、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 ) 作为添加剂，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，释放速率大小顺序为c a l t a l g p e c t i n n a c m c 第三章孔板式喷头制备海藻酸微囊 态微囊，且随着孔径减小所得的微囊粒径也减小。孔径以o 3 m m 左右为宜，既 能制得较小粒径的微囊，又能保持满意的均一度，同时不易发生堵塞。 ( 2 ) 用宝石镶嵌在不锈钢孔板底部，保证了极高的微孔均一度，提高了微 孔的质量，适宜于工业化放大推广。多孔操作与单孔操作所得的粒径分布相似， 在5 0 3 5 0 h z 的较宽频率范围内都能得到标准偏差小于1 0 的微囊，说明多孔 式宝石孔板适宜操作，应用范围广。 ( 3 ) 使用更大的孔板时震动重量较大，为了避免超出激震器负荷，采用了 固定孔板，利用风箱鼓动来破碎液流的装置。1 6 孔宝石孔板喷头，生产量可达 1 4 i ，1 1 。 第四章冷冻干燥法制覆壳聚糖膜漂浮微囊作为缓释载体 第四章冷冻干燥法制覆壳聚糖膜漂浮微囊作为缓释载体 胃漂浮缓释制剂是指可漂浮于胃液中并在较长时间内以恒定的速率释药的 一种给药体系，是由药物和一种或多种亲水胶体及其它辅助材料制成的。口服遇 胃液后，外层凝胶膨胀，在制剂表面形成一层凝胶屏障，维持骨架的密度小于胃 内容物的密度( 1 0 0 4 1 0 1 0 ) 而漂浮于胃液上，故可提高药物的生物利用度并 延长作用时间。 本研究室以海藻酸一魔芋葡甘聚糖一壳聚糖微囊缓释牛血清白蛋白与胰岛素， 在模拟肠液中取得了较好的缓释效果。本章以覆壳聚糖膜海藻酸( a l g ) 基微囊 为缓释载体，以头孢克洛( c f ) 和尼莫地平( n m p ) 固体分散体为模型药物， 利用冷冻干燥方法制备载药漂浮缓释微囊，在增加药物载体内停留时间的同时， 利用天然多糖缓释药物，从而增加药物的治疗效果。根据缓释材料与药物间相互 作用以及凝胶液体系粘度的变化探讨了魔芋葡甘聚糖( k g m ) 与壳聚糖( c h i ) 的 使用对药物释放的影响，利用扫描电镜照片分析了微囊结构。 4 1 仪器与材料 4 1 1 试剂 海藻酸钠( 化学纯) 北京市旭东化工厂 三羟甲基氨基甲烷( t f i s ) t b d 生物技术发展中心 无水氯化钙( 分析纯) 常州市万达试剂厂 盐酸( 分析纯) 河北省沧州化学试剂厂 壳聚糖( 食品级，c h i ) 青岛恒生生物制品有限公司 魔芋干粉四川成都协力魔芋种植有限公司 头孢克洛天津中央药业提供 尼莫地平天津中央药业提供 聚乙二醇6 0 0 0 ( 化学纯) 天津科威试剂有限公司 十二烷基硫酸钠( s l s ，化学纯) 天津市科茂化学试剂有限公司 碳酸氢钠( 分析纯) 天津市化学试剂一厂 4 1 2 仪器与设备 l g l 0 2 3 a 型高速离心机北京医用离心机厂 第四章冷冻干燥法制覆壳聚糖膜漂浮微囊作为缓释载体 s y l 0 1 1 型电热鼓风干燥箱天津市三水科学仪器有限公司 7 9 3 型恒温磁力搅拌器上海司乐仪器厂 t g 3 2 8 a 型电光分析天平上海天平仪器厂 b i o m e d a ( b e f 4 ) 型双目生物显微镜上海徕卡显微镜有限公司 d 一8 0 0 l s 型智能药物溶出仪天津大学无线电厂 7 5 2 型紫外可见分光光度计