CN101509154A - 以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法 - Google Patents

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苏艳
李晓强
周倩
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Abstract

本发明涉及一种以乳液静电纺丝技术制备壳－芯结构药物纳米纤维的方法，包括：(1)将水溶性药物或活性生长因子溶解于超纯水中，配制均一水相溶液；(2)将高分子聚合物和脂溶性药物溶解于有机溶剂中，加入乳化剂，配制均一油相溶液；(3)将水溶液逐滴加入到油相溶液中，充分搅拌，得均匀的油包水型W/O乳液；(4)将乳液进行静电纺丝，设定纺丝电压为15－25kv，接收距离10－20cm，纺丝推进速度0.5－1.5mL/h，喷丝口直径为0.9mm，即得。该制备方法操作简单，反应条件温和，成本低，可带来良好的经济效益；且制备的壳－芯复合纳米纤维不但具有较高的力学性能，且实现了对脂溶性药物的负载。

Description

以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法
技术领域
本发明属壳-芯结构药物纳米纤维的制备领域，特别是涉及一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法。
背景技术
静电纺丝法是在高压静电场下使高分子溶液带电，并在向低电场喷射过程中成丝，可获得直径为纳米至微米级的超细均匀纤维。静电纺丝最早出现于1934年，Formhals在一篇专利中首次介绍了利用静电斥力获得聚合物纤丝的方法，原理是利用外加电场力使聚合物溶液或熔体克服表面张力在纺丝喷头毛细管尖端形成射流，当电场强度足够高时，在静电斥力、Coulomb和表面张力的共同作用下，聚合物射流沿不稳定的螺旋轨迹弯曲运动，在几十毫秒内被牵伸千万倍，随溶剂挥发，射流固化形成亚微米至纳米级超细纤维。20世纪80年代，Reneker等进行了大量的实验和理论探索，建立了较为完整的技术体系，近年来随着纳米科技的不断发展，静电纺丝已成为一种重要的纳米材料加工技术，目前已有超过100种天然和人工合成高分子材料被成功地电纺成纳米纤维，所得单根纤维的直径从几十纳米到几微米。
静电纺丝取得了三个突破性的进展：(1)开发了几种不同的定向收集技术，如高速旋转的圆柱体法、框架法、辅助电场法、多场效应等；(2)引入溶胶-凝胶技术得到有机无机复合纳米纤维；(3)同轴静电纺和乳液静电纺的开发可得到核-壳结构的纳米纤维和中空纤维。从理论上，任何高分子只要能够找到合适的溶剂体系，都有可能静电纺成纳米纤维，具有批量生产的可能。
作为药物负载体系，一直以来，药物的负载量和吸收效率对于药物来说是一个很重要的方面。通常药物的体积或包裹药物的材料越小，药物被人体吸收就越容易。纳米纤维具有高的比表面积，负载在其中的药物可通过渗透扩散或是纳米纤维的降解转移到人体组织中。纳米纤维具有许多优异的性质，如超大的比表面积、特异的表面性能和优异的机械性能等。这些性能使得纳米纤维在各方面都具有极大的应用可能性，尤其是在药物缓释方面。
在药物载体材料的选择上，静电纺丝具有较广泛的灵活性。许多生物可降解的和非生物可降解的聚合物材料都能满足负载和释放药物的要求。药物可通过两种不同的方式从载体支架中释放，一种是扩散释放，另一种是降解释放，也可以是两种释放同时进行。除此以外，由于对药物选择的灵活性，包括抗生素、抗癌药物、蛋白质和DNA等很多药物均可以被负载。使用不同的静电纺丝技术，不同的药物负载方式也可以应用，如：涂层，嵌入和包裹药物(同轴静电纺和乳液静电纺)。药物负载方式和体系包括：(1)药物颗粒黏附在纳米纤维的表面；(2)药物和聚合物混纺成为纳米纤维膜，在纤维膜中两种物质的纤维无规的交融在一起；(3)药物和聚合物混纺成纤维，每根单纤维都同时含有两种组分；(4)聚合物与药物形成“壳-芯”结构，将药物包裹在纤维芯层。这些技术能够很好的控制药物的释放，目前，还没有关于以乳液静电纺丝技术对药物进行纳米化以达到药物的控制和释放的相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，该制备方法操作简单，反应条件温和，成本低，可带来良好的经济效益；且制备的壳-芯复合纳米纤维以高分子聚合物和油溶性药物为壳层，以水溶性药物或生物活性因子为芯层，不但提高了其力学性能，而且实现了对脂溶性药物的负载。
本发明的一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，包括：
(1)将水溶性药物或活性生长因子溶解于超纯水中，配制浓度为10ng/mL-100mg/mL的均一水相溶液；
(2)将高分子聚合物和脂溶性药物按质量比为70-99.9：30-0.1溶解于有机溶剂中，加入乳化剂，配制质量百分比为0.1-30％的均一油相溶液；乳化剂的用量为总溶液质量的0.1-5％；
(3)在搅拌状态下，将水溶液逐滴加入到油相溶液中，得均匀的油包水型W/O乳液；
(4)将乳液进行静电纺丝，设定纺丝电压为15-25kv，接收距离10-20cm，纺丝推进速度0.5-1.5mL/h，喷丝口直径为0.9mm，即得壳-芯结构的纳米纤维。
所述步骤(1)中的活性生长因子为血管内皮细胞生长因子VEGF或神经生长因子NGF，生长因子浓度为10-100ng/mL；蛋白质或药物为盐酸四环素等水溶性抗生素、牛血清白蛋白、蛋白酶等，浓度为0.01-0.4g/mL。所述步骤(1)中的水溶性药物选自抗生素、蛋白质、核酸中的一种或几种的混合物，药物溶度为药物在该溶剂中饱和度的50-100％；
所述的水溶性药物为牛血清蛋白、盐酸四环素、阿霉素或维生素C；
所述步骤(2)中的高分子聚合物选自聚乳酸-己内酯、聚左旋乳酸或两者的混合物；
所述步骤(2)中的脂溶性药物为抗癌性药物、脂溶性抗生素、脂溶性维生素等；
所述的脂溶性药物为罗丹明、灰黄霉素、紫杉醇或维生素E；
所述步骤(2)中的有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种的混合物；
所述的步骤(2)中乳化剂选自十二烷基磺酸钠、斯盘、甘油单双硬脂酸酯、单硬脂酸甘油脂、单硬脂酸丙二醇酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯、乙二醇单硬脂酸酯、双甘油二油酸酯、甘油单油酸酯中的一种或几种的混合物；
优选的乳化剂为十二烷基磺酸钠、斯盘SPAN-80或甘油单油酸酯。
本发明采用乳液静电纺丝方法制备负载两种或两种以上药物及生物活性生长因子的“壳-芯”结构复合纳米纤维，水溶性药物和脂溶性药物共同负载于同一根纤维中，不同的药物缓释行为不同，来达到单位时间内不同药物给药量不同，以期用于药物缓释体系和组织工程支架的研究及应用。
组织再生时，往往需要多种生物活性因子的共同作用来完成，在不同的阶段对它们的需求量也有所不同。病人在接受治疗时，也有可能同时需要多种药物，同一时期对药物的需求量也有不同。这就需要一种药物载体可以在一定程度上能够解决单一药物载体的单调释放行为，使不同药物在同一时期的释放行为不同，来满足组织再生或病人的需求。有益效果
(1)本发明的制备方法操作简单，反应条件温和，成本低，可带来良好的经济效益；
(2)该壳-芯复合纳米纤维以高分子聚合物和油溶性药物为壳层，以水溶性药物或生物活性因子为芯层，不但提高了其力学性能，而且实现了对脂溶性药物的负载。
附图说明
图1为乳液静电纺丝装置示意图及“壳-芯”结构的形成示意图；
图2为载药复合纳米纤维放大1000倍扫描电子显微镜照片；
图3为载药复合纳米纤维放大5000倍扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
用电子天平称取0.5gBSA，并将其溶解于10mL超纯水中，搅拌振荡溶解完全得到水相溶液；
电子天平分别称取0.8g聚乳酸-己内酯P(LLA-CL)[75：25]、0.05g罗丹明B、0.05gSPAN-80，溶解于10mL的二氯甲烷中，加以搅拌振荡至溶解完全，得到油相溶液；
在搅拌的条件下，将0.5mL水溶液逐滴地加入到油相溶液中，继续搅拌直到得到均一的乳液。对得到的乳液进行静电纺丝，施加电压为20kv，接收距离15cm，纺丝推进速度1.0mL/h，喷丝口直径为0.9mm。所得的纳米纤维直径在200nm-1500nm之间。
实施例2
用电子天平称取0.3g盐酸四环素，将其溶解于10mL超纯水中，搅拌振荡溶解完全得到水相溶液；
电子天平分别称取0.8g聚乳酸-己内酯P(LLA-CL)[50：50]、0.3g灰黄霉素、0.05g十二烷基磺酸钠，溶解于10mL的三氯甲烷中，加以搅拌振荡至溶解完全，得到油相溶液；
在搅拌的条件下，将0.5mL水溶液逐滴地加入到油相溶液中，继续搅拌直到得到均一的乳液。对得到的乳液进行静电纺丝，施加电压为20kv，接收距离15cm，纺丝推进速度1.0mL/h，喷丝口直径为0.9mm。所得的纳米纤维直径在300nm-1000nm之间。
实施例3
用电子天平称取0.5g阿霉素，将其溶解于10mL超纯水中，搅拌振荡溶解完全得到水相溶液；
电子天平分别称取0.8g聚乳酸PLLA、0.05g紫杉醇、0.05g甘油单油酸酯，溶解于10mL的三氯甲烷中，加以搅拌振荡至溶解完全，得到油相溶液；
在搅拌的条件下，将0.5mL水溶液逐滴地加入到油相溶液中，继续搅拌直到得到均一的乳液。对得到的乳液进行静电纺丝，施加电压为20kv，接收距离15cm，纺丝推进速度1.0mL/h，喷丝口直径为0.9mm。所得的纳米纤维直径在200nm-1200nm之间。
实施例4
用电子天平称取0.5g维生素C，将其溶解于10mL超纯水中，搅拌振荡溶解完全得到水相溶液；
电子天平分别称取0.8g聚乳酸PLLA、0.05g维生素E、0.05g SPAN-80，溶解于10mL的二氯甲烷中，加以搅拌振荡至溶解完全，得到油相溶液；
在搅拌的条件下，将0.5mL水溶液逐滴地加入到油相溶液中，继续搅拌直到得到均一的乳液。对得到的乳液进行静电纺丝，施加电压为20kv，接收距离15cm，纺丝推进速度1.0mL/h，喷丝口直径为0.9mm。所得的纳米纤维直径在200nm-1400nm之间。

Claims (10)

1.一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，包括：
(1)将水溶性药物、蛋白质或活性生长因子溶解于超纯水中，配制浓度为10ng/mL-100mg/mL的均一水相溶液；
(2)将高分子聚合物和脂溶性药物按质量比为70-99.9∶0.1-30溶解于有机溶剂中，加入乳化剂，配制质量百分比为1-30％的均一油相溶液；乳化剂的用量为总溶液质量的0.1-5％；
(3)在搅拌状态下，将水溶液逐滴加入到油相溶液中，得均匀的油包水型W/O乳液；
(4)将乳液进行静电纺丝，设定纺丝电压为15-25kv，接收距离10-20cm，纺丝推进速度0.5-1.5mL/h，喷丝口直径为0.9mm，即得壳-芯结构的纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的活性生长因子为血管内皮细胞生长因子VEGF或神经生长因子NGF，浓度为10-100ng/mL；蛋白质或药物为盐酸四环素水溶性抗生素、牛血清白蛋白、蛋白酶，浓度为0.01-0.4g/mL。
3.根据权利要求1所述的一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的水溶性药物选自抗生素、蛋白质、核酸中的一种或几种的混合物，药物溶度为药物在该溶剂中饱和度的50-100％。
4.根据权利要求3所述的一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，其特征在于：所述的水溶性药物为牛血清蛋白、盐酸四环素、阿霉素或维生素C。
5.根据权利要求1所述的一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的高分子聚合物选自聚乳酸-己内酯、聚左旋乳酸或两者的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的脂溶性药物为抗癌性药物、脂溶性抗生素、脂溶性维生素。
7.根据权利要求6所述的一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，其特征在于：所述的脂溶性药物为罗丹明、灰黄霉素、紫杉醇或维生素E。
8.根据权利要求1所述的一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的有机溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中乳化剂选自十二烷基磺酸钠、斯盘、甘油单双硬脂酸酯、单硬脂酸甘油脂、单硬脂酸丙二醇酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯、乙二醇单硬脂酸酯、双甘油二油酸酯、甘油单油酸酯中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求9所述的一种以乳液静电纺丝技术制备壳-芯结构药物纳米纤维的方法，其特征在于：所述的乳化剂为十二烷基磺酸钠、斯盘SPAN-80或甘油单油酸酯。
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