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第十八章微粒分散系的制备技术 一 概述微型包囊技术简称微囊化 系利用天然的或合成的高分子材料 称为囊材 作为囊膜壁壳将固态药物或液态药物 称为囊心物 包裹而成药库型微型胶囊 简称微囊 若使药物溶解和 或分散在高分子材料基质中 形成骨架型的微小球状实体则称微球 第四节微囊与微球制备技术 药物微囊化目的 1 掩盖药物的不良气味及口味 2 提高药物的稳定性 3 防止药物在胃内失活或减少对胃的刺激性 4 使液态药物固态化便于应用与贮存 5 减少复方药物的配伍变化 6 可制备缓释或控释制剂 7 使药物浓集于靶区 提高疗效 降低毒副作用 8 将活细胞或生物活性物质包囊 药物微囊化进程 近年采用微囊化技术的药物已有30多种 如解热镇痛药 抗生素 多肽 避孕药 维生素 抗癌药以及诊断用药等 上市的微囊化商品有红霉素片 胡萝卜素片等 抗癌药微囊经人工化学栓塞提高了治疗效果 应用影细胞 ghostcell 或重组细胞 如红细胞 作载体 可使药物的生物相容性得以改善 将抗原微囊化可使抗体滴度提高 近10年报道得较多的是多肽蛋白类 酶类 包括疫苗 酶和激素类药物的微囊化 这对微囊化研究及应用都起了很大的促进作用 首次经FDA批准的蛋白质类药物微球制剂就是醋酸亮丙瑞林PLGA微球 二 微粒的特性1靶向性为被动靶向 即机体不同的生理学特征的器官对不同大小的微粒具有不同的阻留性 小于3 m时一般被肝 脾中的巨噬细胞摄取 大于7 10 m的微球通常被肺的最小毛细血管床以机械方式截留 被巨噬细胞摄取进入肺组织或肺气泡 2缓释作用微囊和微球可通过扩散 材料溶解及材料的降解三种释药机制缓慢释放药物 从而达到缓释效果 生物可降解微球 一次性注射疫苗 一次性注射疫苗 脉冲式给药系统 肝炎 破伤风 白喉等疾病所用预防药物即疫苗或类毒素均为抗原蛋白 其中乙肝疫苗已能用生物技术制造 使用这些疫苗全程免疫至少进行三次接种 才能确证免疫效果 由于种种原因 全世界不能完成全程免疫接种而发生辍种率达70 因此为了提高免疫接种的覆盖率 减少一些重大疾病的死亡率 世界卫生组织疫苗发展规化主要目标之一 就是将多剂疫苗发展为单剂疫苗 其中之一就是研制成脉冲式给药系统 脉冲式给药系统示意图 三 载体材料 囊心物与囊材 一 囊心物微囊的囊心物 corematerial 除主药外可以包括提高微囊化质量而加入的附加剂 如稳定剂 稀释剂以及控制释放速率的阻滞剂 促进剂和改善囊膜可塑性的增塑剂等 它可以是固体 也可以是液体 如是液体 则可以是溶液 乳状液或混悬液 通常将主药与附加剂混匀后微囊化 亦可先将主药单独微囊化 再加入附加剂 若有多种主药 可将其混匀再微囊化 或分别微囊化后再混合 这取决于设计要求 药物 囊材和附加剂的性质及工艺条件等 二 囊材用于包裹所需的材料称为囊材 对其一般要求是 性质稳定 有适宜的释药速率 无毒 无刺激性 能与药物配伍 不影响药物的药理作用及含量测定 有一定的强度 弹性及可塑性 能完全包封囊心物 具有符合要求的粘度 穿透性 亲水性 溶解性 降解性等特性 常用的囊材 为天然的 半合成或合成的高分子材料 1 天然高分子囊材 明胶 阿拉伯胶 海藻酸盐 壳聚糖2 半合成高分子材料羧甲基纤维素盐 醋酸纤维素肽酸酯 CAP 乙基纤维素 甲基纤维素 羟丙甲纤维素 3合成高分子囊材生物不降解囊材 1 不受pH影响的囊材 聚酰胺 硅橡胶等 2 可在一定pH条件下溶解的囊材 聚丙烯酸树脂类 聚乙烯醇等 生物可降解囊材 聚碳酯 聚氨基酸 聚乳酸 PLA 丙交酯乙交酯共聚物 PLGA 聚乳酸 聚乙二醇嵌段工聚物 PLA PEG 己内酯与丙交酯嵌段共聚物等 聚酯类是迄今研究最多 应用最广的生物降解的合成高分子 它们基本上都是羟基酸或其内酯的聚合物 常用的羟基酸是乳酸 lacticacid 和羟基乙酸 glycolicacid 乳酸缩合得到的聚酯称聚乳酸 用PLA表示 由羟基乙酸缩合得的聚酯称聚羟基乙酸 用PGA表示 由乳酸与羟基乙酸缩合而成的 用PLGA表示 亦可用PLG表示 PLA及PLGA经美国FDA批准 可作注射用微球 微囊以及组织埋植剂的载体材料 四 微囊的制备微囊的制备方法可归纳为 物理化学法物理机械法化学法根据药物 囊材的性质和微囊的粒径 释放要求以及靶向性要求 选择不同的方法 一 物理化学法本法微囊化在液相中进行 囊心物与囊材在一定条件下形成新相析出 故又称相分离法 其微囊化步骤大体可分为囊心物的分散 囊材的加入 囊材的沉积和囊材的固化四步 相分离微囊化步骤示意图a 囊心物分散在液体介质中b 加囊材c 囊材的沉积d 囊材的固化 相分离法又分为单凝聚法 复凝聚法 溶剂 非溶剂法 改变温度法和液中干燥 1单凝聚法 是相分离法中较常用的一种 它是在高分子囊材 如明胶 溶液中加入凝聚剂 以降低高分子溶解度凝聚成囊的方法 原理 将药物分散在明胶材料溶液中 加入凝聚剂 硫酸钠或乙醇 明胶分子水合膜的水分子与凝聚剂结合 明胶的溶解度降低 分子间形成氢键 最后从溶液中析出而凝聚形成凝聚囊 但这种凝聚是可逆的 所以需要交联固化 使其成为不凝结 不粘连 不可逆的球形微囊 常用的固化剂为甲醛 通过胺醛缩合反应 希夫反应 使明胶分子互相交联而固化 其最佳pH范围是8 9 固体或液体药物3 5 明胶溶液混悬液 乳状液 50 C 加10 醋酸溶液调节pH3 5 3 8 加60 硫酸钠凝聚囊加稀释液沉降囊15 C以下 37 甲醛溶液 20 NaOH调节pH8 9 固化囊水洗至无甲醛微囊 单凝聚法制备微囊的工艺流程 可以用三相图来寻找成囊系统产生凝聚的组成范围 一般的 增加明胶浓度可加速凝胶 同一浓度时 温度越低 越易凝胶 药物应该难溶于水 但不能过分疏水 否则只能形成不含药物的空囊 由于明胶中有氨离子 在pH为3 2 3 8之间 可吸附较多的水分子降低凝聚囊 水间的界面张力 凝聚囊的流动性好 易于分散呈小球形 2复凝聚法系指使用两种带相反电荷的高分子材料作为复合囊材 在一定条件下交联且与囊心物凝聚成囊的方法 复凝聚法是经典的微囊化方法 它操作简便 容易掌握 适合于难溶性药物的微囊化 可作为复合材料的有明胶与阿拉伯胶 或CMC或CAP等多糖 海藻酸盐与聚赖氨酸 海藻酸盐与壳聚糖 海藻酸与白蛋白 白蛋白与阿拉伯胶等 复凝聚法的基本过程 如用阿拉伯胶 带负电荷 和明胶 pH在等电点以上带负电荷 在等电点以下带正电荷 作囊材 药物先与阿拉伯胶相混合 制成混悬液或乳剂 负电荷胶体为连续相 药物 芯材 为分散相 在40 60 温度下与等量明胶溶液混合 此时明胶带负电荷或基本上带负电荷 然后用稀酸调节pH4 5以下使明胶全部带正电荷与带负电荷的阿拉伯胶凝聚 使药物被包裹 复凝聚法的工艺流程 3溶剂 非溶剂法是在囊材溶液中加入一种对囊材不溶的溶剂 非溶剂 引起相分离 而将药物包裹成囊的方法 药物可以是固体或液体 但必须对溶剂和非溶剂均不溶解 也不起反应 使用疏水囊材 要用有机溶剂溶解 疏水的药物可与囊材混合溶解 如药物是亲水的 不溶于有机溶剂 可混悬或乳化在囊材溶液中 再加入争夺有机溶剂的非溶剂 使材料降低溶解度从溶液中分离 过滤 除去有机溶剂即得微囊 4改变温度法无需加凝聚剂 而通过控制温度成囊 乙基纤维素 EC 作囊材时 可先在高温溶解 后降温成囊 如需改善粘连可使用聚异丁烯 PIB 作分散剂 用PIB 平均分子量Mav 3 8 l05 与EC 环己烷组成的三元系统 在80 溶解成均匀溶液 缓慢冷至45 再迅速冷至25 EC可凝聚成囊 5液中干燥法从乳状液中除去分散相挥发性溶剂以制备微囊的方法称为液中干燥法 亦称乳化溶剂挥发法 二 物理机械法1 喷雾干燥法又称液滴喷雾干燥法 可用于固态或液态药物的微囊化 该法是先将囊心物分散在囊材的溶液中 再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形 进而干燥 可得微囊 2喷雾凝结法将囊心物分散于熔融的囊材中 再喷于冷气流中凝聚而成囊的方法 称为喷雾凝结法 常用的囊材有蜡类 脂肪酸和脂肪醇等 它们均是在室温为固体 而在较高温度能熔融的囊材 3流化床包衣法亦称空气悬浮法 系利用垂直强气流使囊心物悬浮在包衣室中 囊材溶液通过喷嘴射撒于囊心物表面 使囊心物悬浮的热气流将溶剂挥干 囊心物表面便形成囊材薄膜而得微囊 物理机械法均可用于水溶性和脂溶性的 固态或液态药物的微囊化 其中以喷雾干燥法最常用 采用物理机械法时囊心物有一定损失且微囊有粘连 但囊心物损失在5 左右 粘连损失在10 左右 生产中都认为是安全的 三 化学法利用在溶液中单体或高分子通过聚合反应或缩合反应 产生囊膜而制成微囊 这种微囊化的方法称为化学法 本法的特点是不加凝聚剂 常先制成W O型乳状液 再利用化学反应交联固化 主要分为界面缩聚法和辐射交联法两种 2020 1 30 31 可编辑 1界面缩聚法亦称界面聚合法 本法是在分散相 水相 与连续相 有机相 的界面上发生单体的缩聚反应 2辐射交联法利用60Co产生 射线的能量 使聚合物 明胶或PVA 交联固化 形成微囊 该法工艺简单 但一般仅适用于水溶性药物 并需有辐射条件 五 微球的制备 微球 microspheres 系药物与高分子材料制成的球形或类球形骨架实体 药物溶解或分散于实体中 其大小因使用目的而异 通常微球的粒径范围为1 250 m 目前产品有肌肉注射的丙氨瑞林微球 植入的黄体酮微球 口服的阿昔洛韦微球 布洛芬微球等 药物在微球中的分散状态 药物在微球中的分散状态通常有三种情况 溶解在微球内 以结晶状态镶嵌在微球内 药物被吸附或镶嵌在微球表面 成球技术 1 乳化交联法本法可以含药物和天然高分子材料 如明胶 白蛋白 壳聚糖 的水相 与含乳化剂的油相搅拌乳化 形成稳定的W O型或O W型乳状液 加入化学交联剂 发生胺醛缩合或醇醛缩合反应 可得粉末状微球 明胶 白蛋白微球以胺醛缩合反应为基础的交联法 利用醇醛缩合反应进行交联法 利用醇醛缩合反应进行的交联法 参加醇醛缩合反应的水溶性高分子材料有聚乙烯醇 PVA 壳聚糖等 如以药物 PVA 交联剂和交联介质为水相 含乳化剂的液状石蜡为油相 经乳化形成W O型乳状液 乳滴中发生醇醛缩合反应交联成微球 醇醛缩合反应工艺流程 2 液中干燥法 本法以药物与聚酯材料 或其它高分子材料 组成挥发性有机相 与含乳化剂的水相搅拌乳化 形成稳定的O W型乳状液 加水萃取 亦可同时加热 挥发除去有机相 即得微球 3 喷雾干燥法 将药物与高分子材料的溶液或混合液 经蠕动泵输送到喷嘴 在压缩气的作用下形成雾滴 干燥室内的热空气流使雾滴快速蒸发 即得微球 如磷酸地塞米松微球的工艺流程 六 影响粒径的因素 1 药物的粒径 囊心物的大小 通常如要求微囊粒微约为10 m时 囊心物粒径应达1 2 m 要求微囊粒微约为50 m时 囊心物粒径应达在6 m以下 2 载体材料的用量 囊材的用量 一般药物粒子愈小 其表面积愈大 要制成囊壁厚度相同的微囊 所需囊材愈多 3 制备方法 4 温度一般温度愈低 粒径愈大 5 搅拌速度在一定程度下高速搅拌 微囊粒径小 低速搅拌 微囊粒径大 但无限制地提高搅拌速度 微囊可能因碰撞合并而粒径变大 6 附加剂的浓度7 材料相的黏度一般材料相的黏度越大 粒径越大 七 微囊微球质量评价1 形态 粒径及其分布可采用光学显微镜 扫描或电子显微镜观赏形态 微囊形态应为圆整球形或椭圆形的封闭囊状物 微球应为圆整球形或椭圆形的实体 用带目镜测微仪的光学显微镜测定粒径时 至少观察500个微囊或微球 并将粒径范围划分为若干单元 如5 10 10 15 15 20 m等 粒径分布可用跨距 span 表示 跨距愈小分布愈窄 即微囊愈均匀 跨距 D90 D10 D50式中D10 D50 D90分别表示有10 50 90 微囊的粒径均小于该值的粒径 2 药物的载药量和包封率载药量 微囊 球 内的药量 微囊 球 的总重量 100 包封率 微囊 球 内的药量 微囊 球 内的药量 介质中的药量 100 载药量和包封率的高低取决于采用的工艺 如喷雾干燥法和空气悬浮法可制得包封产率95 的微囊 而用相分离法制得的微囊包封产率常为20 80 3 微囊中药物的释放速度可采用桨法 试样置薄膜透析管内转篮法和流池法等测定 4 体内分布实验 复方醋酸甲地孕酮微囊注射液的制备 处方 用于制备微囊的材料 配3万支 2ml 支 用量醋酸甲地孕酮 MA 450g戊酸雌二醇 PE2 150g明胶适量阿拉伯胶粉适量36 甲醛溶液适量5 醋酸溶液适量20 氢氧化钠溶液适量 制法 按处方1将MA与PE2分别用气流粉碎法制成微粉 明胶 阿拉伯胶分别以注射用水溶解 过滤得澄清的囊材溶液 此溶液与醋酸甲地孕酮戊酸雌二醇加液研磨 混匀 置夹层反应锅内 维持液温50 55 不断搅拌 滴加5 醋酸溶液至pH值4 0 4 1 在显微镜下观察成囊后 继续加入总体积1 3倍40 的注射用水 囊形更为完好 冷却至10 以下 加入36 甲醛溶液继续搅拌 用20 氢氧化钠调至PH值8 9 固化完全后用注射用水洗微囊至无甲醛为止 注解 孕激素与戊酸雌二醇配伍 能抑制排卵 经微囊化后可延缓释药 减少剂量 一月一针 降低不良反应 本品是白色或类白色的微囊混悬液 多数为直径50 80 m的微囊 因放置时微囊聚集分层 用时应摇匀 第六节脂质体与类脂囊泡 一 定义脂质体 Liposomes 是一种类似生物膜结构的双分子层微小囊泡 将药物包封于类脂质双分子层形成的薄膜中间所制成的脂质体微型球状体 利用脂质体可以和细胞膜融合的特点 将药物送入细胞内部 二 分类 单室 多室脂质体 三 脂质体的组成和结构 脂质体系由磷脂为膜材及附加剂 如胆固醇 组成 常见的磷脂分子结构中有两条较长的疏水烃链和一个亲水基团 将适量的磷脂加至水或缓冲溶液中 磷脂分子定向排列 其亲水基团面向两侧的水相 疏水的烃链彼此相对缔和为双分子层 构成脂质体 四 脂质体常用的膜材 磷脂类 卵磷脂 大豆磷脂 脑磷脂 合成磷脂如磷脂酰乙醇胺 PE 合成二棕榈酰 DL 磷脂酰胆碱 DPPC 合成磷脂酰丝氨酸 PS 磷脂酰肌醇 简称PI 等 胆固醇类 胆固醇 胆固醇乙酰脂 谷甾醇 牛胆酸钠等 单室脂质体的结构图 五 脂质体的作用特点 1 脂质体的靶向性 1 被动 天然 靶向性 2 物理和化学靶向性 3 主动靶向性 2 脂质体的长效作用 缓释性 3 脂质体降低药物毒性4 脂质体能保护被包封的药物 提高药物稳定性5 脂质体的细