（材料学专业论文）淀粉基药用纳米载体的制备及应用基础研究.pdf

摘要何葆芳合肥工业大学硕士学位论文 淀粉基药用纳米载体的制备及应用基础研究 摘要 、r 本论文首先借助电导值、相体积和表观现象的变化研究了单一稳定的三元 w ，型淀粉微乳液。利用所得到的w o 型淀粉微乳液作为微型反应器以环 氧氯丙烷为交联剂制备出淀粉纳米粒，并借助透射电镜的表征研究了各制各因 素的影响，研究结果表明：淀粉纳米粒的粒径及粒度分布主要受微型反应器的 界面强度控制，而影响界面强度的因素主要是r 值( 即水与表面活性剂的摩尔比 值) 及淀粉液浓度。通过控制r 值和淀粉液浓度可以制备粒径及粒度分布可控的 淀粉纳米粒从而使淀粉纳米粒可望开发为靶向药物载体。 另外，y 本论文研究了用水溶液作为反应环境制备亲水性淀粉微凝胶，研究 得到表面括性剂含量、淀粉液浓度及交联反应的转化率是影响淀粉微凝胶形成 的主要因素。进一步通过均匀设计逐步回归法得到了制各平均粒径较小、粒度 分布窄的淀粉微凝胶的优化工艺条件和预测定量方程。借助透射电镜、动态光 散射、光折射等技术的表征发现所制备的淀粉微凝胶具有微孔网络结构和环 境敏感性，而且相体积转变温度( t 。) 约3 7 。c ，所制淀粉微凝胶的这些优越陛可 望作为靶向药物载体。 最后，利用紫外分光光度计，以疏水性小分子药物舒必利为模型药物，对 所制各的淀粉纳米粒的载药一性能进行了评价，发现淀粉纳米粒包埋载药的包封 率可达到9 6 8 7 ，吸附载药的包封率达到8 7 6 3 ，淀粉纳米粒对舒必利的载药 机理主要是吸附机理。这种载药淀粉纳米粒的体外整个释药过程分为快速释放 相和缓慢相，释放规律符合双指数双相动力学方程，释药特点符合缓释药释放 原则，即先有冲击量，后有维持量，具有一定缓释性。 关键词：淀粉微乳微型反应器 淀粉微凝胶靶向药物载体 袋；数双相动力学方程缓释性 淀粉纳米粒 吸附机理 a b s t r c t 何葆芳合肥工业大学顶士学位论文 as t u d yo nt h ep r e p a ra t i o na n da p p l i c a t i o n0 f s t a r c h - b a s e dm 哐d i c o - n a n o c a r r 【e r a b s t r a c t i nt h i sp a p e nt h es t a b i l i z i n gt r i b o c kw os t a r c hm i c r o e m u l s i o nh a sb e e ns t u d i e df i r s t l y , w i t h t h ea i do fe l e c t r i c a lc o n d u c t a n c e ，p h a s ev o l u m ea n dv i s u a lp h e n o m e n a 。s t a r c hn a n o p a r t i c l e s ( s n ) h a v eb e e np r e p a r e dw i t hw 0s t a r c hm i c r o e m u l s i o n 如m i c r o r e a c t o ra n de p i c h l o r o h y d r i n a sc r o s s l i n k i n ga g e n t t h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h ep r e p a r a t i o no fs nh a v eb e e ni n v e s t i g a t e dv i a t h ec h a r a c t e r i z a t i o no ft e m t h er e s u l t ss h o wt h a tt h es i z ea n ds i z ed i s t r i b u t i o no fs na r e m a i n l yc o n t r o l l e db yt h ei n t e r f a c i a ls t r e n g t ho fm i c r o r e a c t o r , a n dt h ei n t e r r a c i a ls t r e n g t ho f m i c r o r e a c t o ri s c h i e f l y i n f l u e n c e db yw v a l u e ( t h em o l a rr a t i oo fw a t e r s u r f a c t a n oa n d c o n c e n t r a t i o no fs t a r c h t h es nw i t hc o n t r o l l a b l es i z ea n ds i z ed i s t r i b u t i o nc a r lb eo b t a i n e db y a d j u s t i n gp r e p a r a t i o np a r a m e t e r s 。s o ，i t i se x p e c t e dt ou s et h es na st a r g e t e dd r u g c a r r i e r i na d d i t i o n ，t h ep r e p a r a t i o no fa q u e o u ss t a r c hm i c r o g e lw i t ha q u e o u ss o l u t i o n 够r e a c t i o n e n v i r o h m e n th a sb e e ns t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e i m p o r t a n tf a c t o r sa f f e c t i n g t h e f o r m a t i o no fs t a r c h m i c r o g e l a r es u r f a c t a n tc o n t e n t ，c o n c e n t r a t i o no fs t a r c ha n dc o n v e r s i o n e f f i c i e n c y o f c r o s s - l i n k i n g r e a c t i o n b a s e do nt h ef o r m e rr e s e a r c h ，f u r t h e r o p t i m i z i n g e x p e r i m e n t sh a v eb e e nc a r r i e do u tw i t ht h eu n i f o r md e s i g na n ds t e pr e g r e s s i o nm e t h o d t h e o p t i m u mp r e p a r a t i o n c o n d i t i o n sa n dt h e p r e d i c t e dq u a n t i t a t i v ee q u m i o nh a v eb e e no b t a i n e d ， w h i c hc a r lb eu s e dt op r e p a r es t a r c hm i c r o g e lw i t hs m a l l e r s i z ea n dn a r r o w e rs i z ed i s t r i b u t i o n i t i sf o u n dt h a ts t a r c h m i c r o g e l h a s m i c r o p o r o u s n e t w o r ks t r u c t u r ea n de n v i r o n m e n t a l r e s p o n s i v e n e s s ，m o r e o v e r ) i t sv o l u m ep h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e ( t c ) i sa r o u n d3 7 c ，w h i c h a r e r e s e a r c h e db yt h ec h a r a c t e r i z a t i o no ft e m ，d l s ，l i g h tr e f r a c t i o na n do t h e rt e c h n i q u e s s o ， s t a r c hm i c r o g e lw i t ht h o s ea d v a n t a g e sc a nb ee x p e c t e dt ou s ea sa t a r g e t i n gd r u ge t i e r , f i n a l l y ，t h ep r o p e r t i e s o ft h ed r u g - l o a d e ds nh a v eb e e ne v a l u a t e dw i t ht h eh e l po fu v s p e c t r o p h o t o m e t e r , a n dw i t ht h es m a l lm o l e c u l a ra n dw a t e ri n s o l u b l ed r u g - s u l p i r i d ea sa m o d e l d r u g i ti s f o u n dt h a tt h ee n t r a p p i n ge f f i c i e n c yo fd r u g - l o a d 钾s ni ne n t r a p p i n gm e t h o dc a n a m o u n tt o9 6 8 7 a n dt h a ti n a d s o r p t i o n m e t h o di s 8 7 6 3 ，w h i c hs h o wt h a t t h e l o a d i n g m e c h a n i s mo fs ni s m a i n l y e d s o r 口t i v em e c h a n i s m t h es u s t a i n e d r e l e a s eb e h a v i o ro f d r u g 1 0 a d e ds ni np b s h a sb e e ns t u d i c d ，t h er e s u l t ss h e wt h a tt h e 浙v i t r or e l e a s ec u r v ec o n s i s t s o fi n i t i a lr a p i dr e l e a s es t a g ef o l l o w e db ys l o w e re x p o n e n t i a ls t a g e ，a n dt h er e l e a s ep r o f i l e sc a l lb e w e l lm o d e l e du s i n gab i e x p o n e n t i a la n db i p h a s i ck i n e t i c sf u n c t i o n t h i sd r u g - l o a d e ds ni s o f c o n t r o l l e dr e l e a s ep r o p e r t i e s k e yw o r d s ：s t a r c hm i c r o e m u l s i o n ：m i c r o r e a c t o r ；s t a r c hn a n o p a r t i c l e s ；s t a r c hm i c r o g e l ； t a r g e t i n gd r u gc a r r i e r ；a d s o r p t i v em e c h a n i s m ：b i e x p o n e n t i a la n db i p h a s e k i n e t i c s f u n c t i o n ；c o n t r o l l e dr e l e a s ep r o p e r t i e s 致谢何葆芳台肥工业大学硕士学位论文 致谢 本论文的研究工作是在导师姚日生教授的悉心指导和关心帮助下完成的。 在三年的研究生生活中，导师不仅在研究上给予谆谆教导和大力支持，还给予 学习和生活上的热心关怀和理解帮助，使得我不仅顺利完成了学业而且受益 颇丰。恩师的言传身教让我明白了科研工作的真谛，也让我懂得了做人的道理。 在此谨向恩师致以最衷心的感谢和最崇高的敬意! 在本课题的完成过程中，受到在科大读博的丁运生老师在英文文献查阅、 北京大学化学与分子工程学院分析测试中心的郑容老师在动态光散射测试、合 肥工业大学材料学院电镜室的刘岸平老师在透射电镜测试以及合肥工业大学化 工学院的尤亚华老师、杭国培老师、夏纪怀老师和何章斌老师在其它分析测试 上的大力支持、帮助和指导，在此向他们表示最衷心的致谢! 此外，对张洪斌老师、邓胜松老师、朱慧霞老师以及我的同学鲍素萍、师 妹高文霞、师弟豆海华、方世东等曾经给予的关心和帮助也在此一并表示最忠 诚的感谢! 同时对已退休的张道芝老师和我的亲人们给予我的精神及学习生活 上的鼓励、关怀、支持和帮助也表示最诚挚的谢意! 怀着你们的祝愿和期望，我将踏上新的征程。愿未来更美好! 也祝愿所有 好心人一生平安! 作者：何葆芳 2 0 0 3 年5 月于合肥 第一章绪沧何葆芳 合肥工业大学硕士学位论文 i 1引言 第一章绪论 纳米材料是2 0 世纪八十年代逐渐发展起来的一种全新的材料，它 的出现为人们提供了一个从介观尺度认识物质的新途径，它所表现的 独特的物理和化学性能及潜在的应用价值，已引起人们的广泛关注， 并迅速成为材料、凝集态物理、化学、生物及医药等学科的研究重点。 纳米材料是指材料结构单元的尺度在l 1 0 0 n m 的新材料，在药物传输 系统领域一般将纳米粒的尺寸界定在1 1 0 0 0n n l 之间。 迄今为止用于药物输送的纳米载体主要是纳米高分子材料，这是 由于高分子材料具有以下优点：分子量大，作为载体能使药物在病 变部位停留较长时间：药物在高分子材料内能通过扩散或高分子材 料自身的降解达到缓释或可控释放的目的；可以把一些具有靶向作 用或控制药物释放的功能性组分通过化学键合的方式结合到纳米高分 子材料的粒子表面；如果选用可生物降解高分子材料。能避免药物 释放后载体材料在人体器官组织内积聚，产生毒副作用。 将活性组分( 药物、生物活性材料等) 包裹或吸附在高分子材料中 形成的微粒分散系统称为靶向给药系统( t a r g e t e dd r u gd e l i v e r ys ys t e m ， t d d s ) 又叫靶向制剂。它是通过控制载体一高分子材料的颗粒大小、 表面电荷、表面化学性能如亲水疏水性、吸附大分子性等途径，将药 物定向输送到靶器宫，使药物浓集在病变部位，从而减少药物用量， 并对正常部位不产生或少产生毒副效应。靶向制弃f j 是药剂学科研究的 热点，在2 0 0 0 年度国家自然科学基金资助的药剂学项目中，含2 5 项 靶向制剂研究项目，占资助项目的4 8 t “，这足以反映了靶向制剂研 究在药剂学科中的重要地位。可见，新型药用高分子材料的出现，在 促进药物制剂的发展中起了举足轻重的作用。从某种意义上说，没有 新型的药用高分子材料的应用，就没有现代的药物制剂。 1 2 靶向制剂的褥介 1 2 1 靶向制荆的分类及其定义 按照药物载体的形态可将靶向制剂分为：微球、微囊、纳米球、纳 米囊、脂质体及聚合物胶束和微凝胶等；按照给药方式可将靶向制剂 淀粉基药用纳米裁体的制各及应用基础研究 合肥工业大学硕士学位论文 分为：被动靶向给药和主动靶向给药。 微囊( m i c r o c a p s u l e ) 是利用天然或合成的高分子材料为载体，将固 体或液体药物包裹成药库型微型小囊：微球( m i c r o s p h e r e ) 是使药物溶解 或分散在高分子载体材料中，形成骨架型微小球状实体的固体骨架物。 微囊与微球的直径大小是以微米( t tm ) 计的囊或球，若以纳米( n m ) 计的称纳米囊( n a n o c a p s u l e ) 和纳米球( n a n o s p h e r e ) 。+ 人们通常将微囊与 微球统称为微粒，将纳米囊与纳米球统称为纳米粒f n a n o p a r t i c l e ) 。脂质 体( 1 i p o s o m e ) 是由磷脂分子构成的双分子层囊泡。聚合物胶束 ( p o l y m e r i cm i c e l l es ) 是有目标地合成水溶性嵌段共聚物或接枝共聚物， 使之同时具有亲水性基团和疏水性基团，在水中溶解后自发形成高分 子胶束，完成对药物的增溶和包裹 3 1 。微凝胶( m i c r o g e l ) 是近几年正在 研究的一类新型药物载体，它是交联的聚合物粒子溶胀在一种良性溶 剂环境中，其粒子直径为l n m lu m 【”。微凝胶具有微海绵一样的特性， 可以使溶剂分子进入其孔状结构中的空隙而溶胀，而且微小的环境变 化诸如温度、p h 、电场等能引起微凝胶可逆地溶胀与收缩，其体积变 化率可高达1 0 3 倍口】。微凝胶的这种刺激响应性也常被喻为“智能性”。 所以，微凝胶具有各种潜在应用前景，如药物控释放、选择性吸收、 化学记忆和人造肌肉等冲j 。 被动靶向给药是依靠改变药物载体表面的亲水、疏水特眭以及粒子 大小向目标给药；主动靶向给药主要依靠药物载体耦合如单克隆抗体、 外源凝结素、荷尔蒙等对给药目标的特殊亲和性来实现定向给药【7 i 。 1 2 2 靶向制剂的作用机制 被动靶向给药系统作用机制为1 9 1 ：体内的网状内皮系统( r e s ，包括 肝、脾、肺和骨髓等组织) 具有丰富的吞噬细胞，可将一定大小的微 粒作为异物而摄取，较大的微粒由于不能滤过毛细血管床，而被机械 截留于某些部位。例如，0 1 3um 的微粒可被动靶向肝脏和脾脏为主 的r e s ；7 3 0u - f l 的微粒可被动靶向肺部；5 0 1 0 0r ! m 的微粒能被动 靶向肝实质细胞中；而小于5 0 h m 的微粒可靶向骨髓。 除了载体颗粒大小以外，载体表面电荷和表面疏水性等性能也影响 靶向性，例如带负电荷的微粒电势的绝对值越大，越易被肝的网状 内皮系统截留而靶向于肝：带正电荷的微粒易被肺的毛细血管截留而 靶向于肺；疏水性微粒易被网状内皮系统摄取而靶向于肝；亲水性的 微粒易积集于肺，但亲水性表面吸附免疫球蛋白后使表面具有疏水性 更易具有肝靶向作用。总之，通过控制载体颗粒的大小、表匦电荷及 第一章绪论何葆芳台肥工业大学硕士学位论文 不同表面化学性能可实现被动靶向给药。这类被动靶向制剂用以载药 的载体有复合乳剂、脂质体、微球、纳米球、纳米囊和磁性微球等。 主动靶向给药系统作用机制1 9 】是：利用生物体内某些部位或某种病 变区的特殊生物化学环境和生物的受体、免疫机能而设计的靶向给药 系统。例如，肿瘤病交部位的体温要比正常部位的体温高：癌变组织 的组织间液的p h 比正常组织低；肝细胞膜上存在糖蛋白的受体，采用 糖蛋白作为药物载体可将药物导向肝细胞；利用肿瘤细胞的单克隆抗 体作为药物载体可将药物导向肿瘤细胞。用做这类主动靶向制剂的载 体主要是纳米脂质体、纳米粒及微凝胶。由于人类至今对许多疾病的 分子生物学基础、生物化学过程尚未研究阐明，因而目前有关这方面 的研究仍然处在基础研究阶段。 1 3 药用纳米载体的概述 1 3 1 药用纳米载体简介 自从1 9 7 6 年b i r r e n b a c h 等制备了第一个纳米粒体系一聚丙烯酰胺 纳米粒以来，药剂学领域就开始了对纳米载体的研究【i 。纳米载体的 类型主要有纳米脂质体、纳米粒( 纳米球和纳米囊的统称) 、微凝胶等。 它们的粒径都在1 1 0 0 0n m 之间。制各药用纳米载体的材料都是高分 子化合物，以合成的可生物降解的聚合物体系和天然的大分子体系为 主，前者如聚氰基丙烯酸烷基酯、聚乳酸一聚乙醇酸共聚物等，它们 在体内通过碳链的水解作用而降解，降解产物对人体基本无毒性；后 者如天然的蛋白、明胶、多糖等。对于不同高聚物的选择主要依据系 统的治疗用途，被释放药物的外形和生物相容性等因素。活性组分( 药 物、生物活性材料等) 通过溶解、包裹作用位于纳米载体的内部- 或 者通过吸附、附着作用位于纳米载体的表面。就目前的研究而论- 纳 米载体系统主要用于促进药物溶解、改善吸收、提高靶向性和控释性。 1 3 2 纳米载体的制各方法 1 3 2 1 纳米粒的莉备方法 制备聚合物纳米粒子的方法主要有以下几种：a ) 单体聚合法；b ) 聚合物分散法：c ) 结构规整的两亲性聚合物在水介质中自组装形成纳 米粒子。 a ) 单体聚合法：乳化聚合是一种经典的、常用的高分子合成方法， 淀粉基药用纳米载体的制各及应用基础研究合肥工业大学颅士学位论文 系将2 种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液或微乳液， 在乳滴或微乳滴中单体经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。 有机相中的乳化聚合法虽然也有报道，但由于使用大量有机溶剂，使 用乳化剂的量也大，很难通过精制除去，而使纳米粒具有毒性。以水 作连续相的乳化聚合法是目前制备纳米粒的最重要方法。此法将单体 分散于含乳化剂的水相中的胶团内或乳滴中，单体遇引发剂分子或高 能辐射发生聚合，单体的快速扩散使聚合物的链进一步增长，胶团及 乳滴作为提供单体的仓库，而乳化剂对相分离以后的聚合物微粒也起 防止聚集的稳定作用。有的系统也可以进行无乳化剂聚合。聚合反应 终止前后，经相分离并形成固态纳米粒。到目前为止，用这种方法合 成聚合物纳米粒子的单体主要有丙烯酰胺、丙烯酸酯和氰基丙烯酸烷 基酯类【l 。前两种合成的聚合物没有可生物降解性，因此用于药物载 体不具有明显优势，而聚氯基丙烯酸烷基酯( p a c a ) 在人体内极易生物 降解，且对许多组织具有生物相容性，故队c a 作为药物载体材料近 1 0 年来一直受到国内外医药界的广泛关注。c o u v e u r 等【i l 】采用阴离子 引发剂在酸性水介质中进行乳液聚合制得了聚氰基丙烯酸烷基酯纳米 粒子。影响p a c a 分子量和最终粒子大小的主要因素有聚合反应介质 的酸碱性、乳化剂种类与用量等。当反应介质p h 值偏高时，o h 浓度 大反应速度快，形成的p a c a 分子量低，以此作为给药载体材料进 入人体后，降解速度太快，不利于药物缓释。通常将反应介质的p h 值 控制在1 0 3 5 范围内。乳化剂的影响与常规乳液聚合相似。 b ) 聚合物分散法：脂肪族聚酯类聚合物，如聚乳酸( p l a ) 、聚乙 交酯( p l g ) 、聚乙交酯丙交酯共聚物( p l g a ) 、聚己内酯( p c l ) 等，还有 一些天然高分子，如白蛋白、壳聚糖、海藻酸盐、淀粉等，它们具有 良好的可生物降解性，现已被广泛用于给药载体。要将这些高分子物 质制成纳米粒子，通常采用聚合物分散法。目前文献报道的具体方法 很多，归纳起来主要有以下三种。 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 ) 1 2 ”】一将聚合物溶于二 氯甲烷、氯仿或醋酸乙酯等有机溶剂中，药物则溶解或分散于聚合物 溶液中，此溶液再在乳化剂如明胶、聚乙烯醇( p v a ) 、聚山梨酯8 0 、 泊洛沙姆( p o l o x a m e r ) 18 8 等存在下，加入到水相乳化形成o w 型乳液， 然后通过升高温度、降低压力或搅拌挥散有机溶剂而得到稳定的纳米 胶体分散系。影响粒子大小的因素有乳化剂、相比例、搅拌速度、挥 发速度等f 1 4 。c r o n s 等l ”) 用该方法制备了p l g a 空心纳米球，其形态 结构与溶剂挥发速度有关，并最终影响到药物的释放行为。如果需要 包裹水溶性药物如胰岛素，则需要制备成w t o w 复乳。溶剂挥发法需 4 第一章绪论何镍芳 合肥工业大学硕士学位论文 高速匀化及超声，只适用于实验室小量试制。 乳化溶剂扩散法( s p o n t a n e o u s e m u l s i o n s o l v e n td i f f u s i o n m e t h o d ) 0 16 , ”j 一该法是溶剂挥发法的改进方法。用亲水性有机溶剂如丙 酮、甲醇等和疏水性有机溶剂如二氯甲烷、氯仿等形成的混合溶剂溶 解聚合物和药物作为油相，分散在水中，由于亲水性有机溶剂会自动 从油相扩散到水相，两相之间的界面会产生湍流，从而形成纳米粒子。 随着亲水溶剂用量的增加，粒子减小。该法不需均乳或超声，故成为 “低能乳化”。f i s h b e i n 等 18 】最近用这种方法制备了载有色氮酸磷酸化 抑制剂的p l a 纳米粒子，药物，聚合物之比对纳米粒子大小和释药速度 都有影响。具有生物活性的蛋白类药物也可用这种方法包埋在聚合物 纳米粒子中，k a m a s h i m a 等【l9 j 用p l g a 作为胰岛素的载体材料，用乳 化，溶剂扩散法制成纳米粒子，通过肺部给药。动物实验证明，与直接 用胰岛素水溶液给药相比，聚合物纳米粒子给药具有明显的降血糖效 果，且持续时间长。 超临界流体法( s u p e r c r i t i c a lf l u i dm e t h o d ) e 2 0 ，2 1 一该方法对环境 不造成污染制得的纳米粒不含微量的有机溶剂且纯度高而逐步得到 重视。超临界流体法可分为超临界流体快速膨胀技术( r a p i de x p a n s i o n o f s u p e r i t i c a ls o l u t i o n ，r e s s ) 和超临界反溶剂法( s u p e r c r i t i c a l a n t i s o l v e n t ，s a s ) 。超临界流体快速膨胀法是将聚合物溶于一种超临界 流体中，该溶液经导管引入并由一喷嘴快速喷出，聚合物因超临界流 体溶解本领急剧降低而沉降，沉降的聚合物中将不会残留溶剂。这种 技术被用于制备p l a 纳米粒，2 0 世纪8 0 年代末到9 0 年代初一度受到 普遍关注。对于相对分子量在1 0 0 0 0 以下的小分子聚合物来说，这种 方法制备的纳米粒，药物可以均匀分散于聚合物基质中，然而对于相 对分子量较大的聚合物因其在超临界流体中的溶解度小甚至不溶而限 制了这项技术的推广。 c 0 2 图1 i 超临界反溶剂法制备聚合物纳米粒子 堕垦苎堕旦纳米载体的制备及应用基础研究 合肥工业大学硕士学位论文 后来m a u s o n 等口2 j 发明了超临界反溶剂法，简单的制备过程见图1 1 所 示。该法是将聚合物溶解在有机溶剂中，用泵加压经过喷嘴雾化，在 沉淀釜中与超临界c 0 2 混合，有机溶剂很快扩散到超临界流体中。聚 合物从混合溶剂中沉淀出来形成纳米粒子。 c ) 结构规整的两亲性聚合物在水介质中自组装形成纳米粒子：这 类结构规整的两亲性聚合物可以是嵌段共聚物、接枝共聚物、树枝状 聚合物等。 两亲性嵌段共聚物自组装形成纳米粒子一这类由两亲性嵌段共 聚物在水溶液中胶束化形成的纳米粒具有核壳结构，粒径分布窄特征。 憎水链段之间由于憎水相互作用而聚集形成纳米粒的内核，外壳则由 亲水链段形成刷状结构，见图1 2 所示。这些亲水链段通常具有生物相 容性并对粒子分散在水中起立体稳定作用，在亲水链段末端还可以引 入具有靶向功能的组分。当此类纳米粒用于给药载体时，其特点是内 核载药量大，在人体内分布主要由粒子大小和粒子表面性质决定，与 内核包裹的药物无关 2 3 , 2 4 l 。与小分子表面活性剂相比，两亲性嵌段共 聚物的临界胶柬浓度( c m c ) 很低，在水溶液中离解速度慢，因此药 物可在载体内停留较长时间，保证有足够量药物到达人体病灶部位 25 1 。 图1 2 两亲性嵌段共聚物自组装形成纳k 粒子 接枝共聚物自组装形成纳米粒子一如果接枝共聚物是由疏水的 骨架链和亲水的支链构成，该接技共聚物分散在水中就会自组装形成 具有核壳结构的纳米粒，纳米粒的内核由疏水骨架链组成，而外壳则 是亲水的支链 2 6 1 ，见图1 3 所示。合成这种结构的接枝共聚物通常采 用大单体路线，该路线可对接枝共聚物的构型、支链的长短与数量及 接枝点等进行有效的控制 2 7 1 ，典型的例子见图1 4 【2 弘3 0 1 所示。改变其 中的r l 和r 2 结构，就能得到表面具有不同功能亲水链的聚合物纳米 粒。带c o o h 、n h 2 基团亲水链形成的粒子表面具有p h 敏感性【一2 1 ， 而以n 异丙基丙烯酰胺为单体聚合形成的亲水链具有温敏性 3 3 , 3 4 。纳 6 第一章绪论何葆芳合肥工业大学硕士学位论文 米粒大小与大单体分子量以及用量有关。不管用何种类型的大单体， 随着亲水支链长度的增加，聚合物纳米粒逐渐减小【”】。一般来说象多 肽、蛋白类亲水性较强的生物大分子药物很难通过口服而被胃肠道吸 收，一方面是由于生物大分子药物易被胃肠道中的酶分解，稳定性差， 另一方面是由于肠道表面粘膜是亲脂性的，水溶性好和极性高的药物 很难透过。如果采用上述接枝共聚物形成的纳米粒作为给药载体，由 于粒子表面存在大量离子基团或亲水基圈，亲水性药物通过静电相互 作用或氢键作用结合在粒子表面，载有药物的粒子可以吸附在肠道粘 膜上，释放药物进入上皮细胞，并最终到达毛细血管p ”。 o o o c a o ：亲水高分子链 ：疏水内核 圈1 3 两亲性接枝冀聚物自组装形成白勺纳米粒子 h 蹬祭一c 畔喑h 枷母喜棋删枣聍 k 衄k h 砌皋h 爹犷艮噼薅he h ) c 1 重书h 砌i 七h 亡h d x ：h 正h 舭 t f _ 乞h 图1 4 大单体法合成两襄性揍枝共聚物 树枝状聚合物自组装形成纳米粒子一树枝状聚合物既可看作是 一种星型聚合物，又可看作是一种微凝胶，一个树枝状聚合物分子分 散在水中形成1 1 0 0 n m 大小的纳米粒，它的最大特点是结构非常规整， 内核有一疏水空腔，表面存在许多亲水的功能基团 3 6 1 。树枝状聚合物 的毒性通常很低，因此是非常有发展前景的给药载体。药物包裹于树 7 淀粉基药用纳米载体的制各及应用基础研究台肥工业大学硕士学位论文 枝状聚合物的内腔，致密的外表层控制着药物释放【”】。表面功能基团 可以接上配体，为树枝状聚合物纳米粒给药提供靶向性 38 1 。最近树枝 状聚合物纳米粒有用于抗生剂的系列报道，但由于树枝状聚合物的制 备比较复杂，短期内广泛应用受到限制。用超支化聚合物代替树枝状 聚合物也可实现药物靶向输送【39 1 。 1 3 2 2 微凝胶的制备方法 有关微凝胶的制备方法，文献报道的有乳液聚合、反相( 微) 乳液 聚合、自由基活性聚合、阴离子聚合及辐射技术等。h t o b i t a 等 4 0 】通 过实验和理论证明了用乳液聚合法制备微凝胶的典型特征，例如：在 足够的交联剂存在下不会发生粒子团聚；一旦稳定的微凝胶形成，每 一个聚合物粒子实质上是由一个单一的交联高分子组成；交联度从聚 合初期就相当高，重均分子量随着单体转化率的增大线性增长，而分 子量分布却很窄。但太多的交联剂会导致微凝胶不稳定 4 ”。k e i z o u i s h i i 【42 】通过双官能团与单官能团单体的乳液共聚法，制备的微凝胶与 无机颜料具有很好的亲和性，可用做涂料。l e o w a n gc h e n 等1 4 副研究 了丙烯酰胺通过反相乳液聚合形成微凝胶的动力学行为，认为在胶束 中的聚合速率与单体浓度和有效自由基浓度成比例关系，当单体浓度 和自由基浓度太低时聚合不能进行；在相同单体浓度下不同大小的胶 束却含有不同浓度的有效自由基，因此不同大小的胶柬聚合速率也不 同。鲁希华博士等【4 4j 将羟基纤维素在阳离子表面活性剂水溶液中加热 到其高分子溶液的最低临界溶液温度( l c s t ) 以上，交联、聚合同时 发生形成具有温敏性的亲水微凝胶，证明可用作缓控释和靶向药物载 体。r e i k os a i t o 等【45 】采用阴离子活性聚合技术将a b a 三元共聚物 p h e m a 在阴离子引发剂引发下与p s 进行交联聚合制备了具有环状壳 链的核壳结构微凝胶，见图1 5 所示。 第，绪论 何葆芳 台肥工业大学硕士学位论文 s a b r o l 等h6 j 研究发现活性自由基聚合比传统的自由基聚合能更好的 控制统计微凝胶( s t a t i s t i c a lm i c r o g e l ) 的形成并能成功的用于星型微凝 股( s t a rm i c r o g e l ) 的制备，两种微凝胶的形态见图i 6 所示。 虽然传统的高分子化学和辐射化学为制备微凝胶提供了很多有效 的合成方法，而且这些方法能有效控制微凝胶的微观结构和尺寸大小， 但都是建立在聚合基础上，需要单体作为基质，这就不可避免存在最 终产物留有残余单体，不适用于医药领域。p u l a n s k i 等【47 1 不是建立在 聚合基础上而是利用辐射技术诱发高分子单链进行分子间交联制备微 凝胶，避免了传统合成方法产生的缺陷，其制备装置见图1 7 所示。 f i c 1 7s e t u pf o r p u l s e - i n a d i a t i o no f l a r g e v o l u m e so f p o l y m m s o l u t i o n 1 3 3 纳米载体的载药方法 成功的纳米给药系统必须具有高载药量以减少所需的载体量。纳米 粒载药方式可以分为三种，即包埋法、吸附法和偶联法。包埋法是将 被包载的药物与载体材料一起混合，在制备过程中将药物包在其中， 这种方法通常叫作一步法。吸附法是借药物与载体分子之间的吸引力 将药物载于载体之上。偶联法是将药物分子借共价键与载体上的残基 进行共价结合。后两种方法是先制各空白载体，而将药物以吸附或共 价结合的方式载于载体之上，由于分两步才能完成，故常称作两步法。 从三种载药方式来看，包埋法所得载药量高，药物释放速度较为缓 慢，但用这种方法载药时，药物的包封率有时较低，这对于成本较高 同时回收又不方便的药物显得不很经济。此外，在交联剂的作用下， 药物是否会与载体上的基团进行不可逆结合也是一个值得注意的问 题。相比之下，用吸附法载药时包封率往往很高，而且母液中的药物 可以套用，但此法不仅载药量普遍偏低其释放也往往难以控制，对其 表面进行再修饰以使其达到受控释药已成为进一步研究的课题。偶联 法有其独特的优点，特别是对于那些容易泄露的小分子化合物，用偶 9 淀粉基药用纳米载体的制备及应用基础研究 台肥工业大学硕士学位论文 联法显得十分必要。但是，保证所载药物到作用部位后分解释放下来 是一个首先应当考虑的问题。此外，此种载药方式对药物的分子结构 有一定限制，必要时需对载体的表面进行修饰。同时，在与药物进彳亍 偶联过程中，剧烈的反应条件有时会破坏载体的完整性。 1 3 4 药用纳米载体的质量评价 对药物载体的质量评价不仅包括一般理化特性，还应包括其生物 学评价。理化特性指与载体制备方法、物理化学稳定性、载药量及体 内分布有关的理化性能。要求是：能用简便的操作方法制备得到药物 载体；经过滤、灭菌等处理后能保持其结构与形态；有较大的载药能 力；具有良好的靶向分布特性与可控的释药速率；与所载药物不发生 相互作用。载体材料的生物学评价包括生物相容性、生物降解特性、 免疫活性及毒理学性质等。 对药用纳米载体的质量评价主要有以下特殊的内容和方法： 纳米载体形态及表面性质评价一纳米载体形态及表面陛质包括 形状、粒径、粒径分布、表面电荷、表面吸附性与亲和性等。纳米载 体的形态常用透射或扫描电子显微镜观察：粒径与粒径分布的测定方 法有电子显微镜法、c o u l l t e r 计数法、动态光散射法、小角中子散射法 等。纳米载体表面性质主要指表面电位、表面电荷密度及疏水性。 光子相关光谱法( p h o t o nc o r r e l a t i o ns p e c t r o s c o p y ) 和激光多普勒风速 测定法( 1 a s e rd o p p l e ra n e m o m e t r y ) 联用可测定纳米粒的电位【4 “。化 学分析电子分光光谱法( e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y f o rc h e m i c a l a n a l y s is ， e s c a ) 也称x 射线光电分光光谱法( x - r a yp h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y ， x p s ) 可对纳米粒的表面成分进行分析”。疏水作用色谱法( h y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o nc h r o m a t o g r a p h y ) 可对纳米粒表面的疏水性进行研究，即以丙 基琼脂糖凝胶为固体相，磷酸盐缓冲液为洗脱液，测定洗脱液在4 0 0 n m 处的吸光度。纳米粒的洗脱速度的快慢反映纳米粒与凝胶固体相相互 作用的强弱，以此可衡量纳米粒表面的疏水性 5 0 1 。 纳米载体的载药量及药物包封率一载体的载药量是指单位重量 载体中所含药物的量，用公式表示为： 载体的载药量( ) = 载体中药物重量载体重量1 0 0 药物的包封率是指被载上载体的药物量与体系中所投药物总量之比， 用公式表示为： 药物包封率( ) = 被载上载体的药物量体系所投药物总量1 0 0 测定方法通常先采用低温超速离心或静态透析法进行分离，然后测定 1 0 第一章绪论 何葆芳台肥工业大学硕士学位论文 上清液或透析液中游离的药物含量，最后按下式计算包封率( e e ) 和载 药量( c e ) ： e e = ( x 。x ，) x 。x1 0 0 c e = ( x 。- x 。) x ：1 0 0 纳米载体的释药评价一目前提出的释放途径主要有三种 5 l 】：a ) 扩散：即药物被进入载体中的溶剂溶解后，经囊膜或材料( 或其中的 孔隙) 扩散到介质中，基本上是物理过程，载体表面药物的溶解及扩 散则形成释药的突破效应；b ) 囊膜或材料的溶解：溶解的速率取决于 材料的性质、介质的组成、p h 值、体积和温度等，是物理化学过程； c 1 囊膜及材料的降解：水解或在酶的作用下酶解( 化学反应及生化反 应) ，成为体内的代谢产物，使药物释放出来，但仍需经溶解及扩散才 能进入体液。纳米载体中药物的释放机制主要由扩散和聚合物生物降 解来共同控制。 体外释药测定技术主要有 5 2 】：a ) 膜扩散技术一将载药纳米载体混 悬于少量介质中，经一透析膜将其与释放介质分开，药物经膜扩散至 释放介质中，定时测定介质中药物量的方法。当药物释放是由于载体 崩解或溶解时，此技术误差较小，否则困载体未进入释放介质，易导 致结果误差。b 1 动态透析技术一在膜扩散技术基础上，在透析膜内外 加搅拌，使溶出介质处于动态，保证载药纳米载体在透析膜内的混悬 状态与释放体系浓度平衡。c ) 连续流动测定技术一将载药纳米载体置 装有少量释放介质的滤池中，滤浊底部装有大面积滤器，新的释放介 质不断补充进入滤池，释放介质连续经滤过后，流经检铡系统，测定 药物浓度的方法。此过程中搅拌保证了载药纳米载体在释放介质中 呈混悬状态，避免了滤孔堵塞。检测系统常用紫外或荧光检测器。d ) 定位取样技术一将载药纳米载体置大体积释放介质中，不经分离，直 接测定体系中固定部位介质药物浓度的方法。它以高灵敏度、高选择 性的检测方法为基础。由于释放介质的稀释作用及载体对测定的影响， 易产生测定误差，如用分光光度法测定，载体颗粒产生的散射有干扰， 散射度与波长的四次方成反比，波长越短，干扰越大。e ) 制样与分离 技术一将载药纳米载体置释放介质中，在间隔时间取样，经过滤或离 心方法使载体颗粒与含药释放介质分离，测定介质中药物浓度的方法。 尽管这些技术在多方面已进行了不懈的努力，但每一种方法或技术都 存在着一些不足，主要是纳米粒很难从释放介质中完全分离出来。 淀粉基药用纳米载体的制备及应用基础研究合肥工业大学硕士学位论文 1 , 3 5 纳米载体的应用 1 3 s 1 纳米粒的应用 用纳米粒子作为药物载体可实现靶向输送、缓释给药、促进药物 溶解和改善吸收等目的，这是由于纳米粒子可以进入很多大粒子难以 进入的人体器官组织，如小于5 0 h m 韵粒子就能穿过肝脏内皮或通过淋 巴传送到脾和骨髓，也可能到达肿瘤组织。另外，纳米粒子能越过许 多生物屏障到达病灶部位。如透过血脑屏障把药物送到脑部通过口 服给药可使药物在淋巴结中富集等。正是这些特有的性质，使纳米粒 在药物和基因输送方面具有许多优越性【5 3 1 。 a ) 改善难溶性药物的口服吸收一难溶性药物的口服制剂的吸收及 其注射剂的制备都是药剂难题。纳米粒可以提高溶出度也可以提高溶 解度，还可以增加粘附性、形成亚稳晶型或无定型以及消除粒子大小 差异产生的过饱和现象等。如h i v 有效治疗新药“b u p r a v a q u o n , ”和 “a t o v a q u o n e ”，其微粉化削剂口服吸收差，生物利用度低( f = l o 一l 5 ) 剂量大f 7 5 0 m g ，r i d ) ，若制成纳米混悬剂，生物利用度提高到4 0 ，疗 效提高2 。5 倍，剂量因此可大大降低i s 4 。 b ) 靶向和定位释药纳米粒具有明显的肝靶向性和体内长效作 用，静脉给药后，纳米粒有7 8 左右浓集于肝脏而