CN101836970A - 一种聚丙烯酸纳米凝胶微球及其制法和用途 - Google Patents
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Abstract
一种聚丙烯酸纳米凝胶微球，它是中空结构的纳米凝胶微球，它的主要成分为以N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂的交联的聚丙烯酸，聚丙烯酸纳米凝胶微球的平均粒径的为80-1000纳米。本发明的聚丙烯酸纳米凝胶微球，可以用作为药物的载体，特别是用作为蛋白质药物的载体。本发明公开了其制法。
Description
技术领域
本发明涉及聚丙烯酸凝胶，以及作为药物载体。
背景技术
近年来，随着生物技术的快速发展，肽类和蛋白质类药物不断涌现，且正越来越多地应用于临床。但是这类药物普遍存在着体内稳定性差，极易变性失活，易于从血液循环中清除等缺陷。如何将这类药物制成稳定、安全、有效的制剂，已成为药剂学领域中一个极富挑战性和具有实用价值的研究热点。采用高分子材料制备药物及基因载体用于它们的控制释放受到了越来越多的关注。作为药物释放载体的高分子材料，需要具有生物相容性和生物降解性，也就是能在体内降解为小分子化合物，从而被机体代谢、吸收或排泄，对人体无毒副作用，并且降解过程发生的时机要合适。高分子纳米微球是七十年代末发展起来的具有缓控释放和体内靶向性的新型药物载体。可以根据粒子在体内分布的特异性，将药物输送到疾病部位后，缓慢释放，使药物在病灶部位的浓度显著增加，作用时间延长，药物的治疗效果显著提高；同时减轻药物对人体正常组织的毒副作用，从而使药物达到在体内病灶部位缓慢释放和靶向给药的目的，提高用药的安全性和高效性，避免有毒药物(如许多抗肿瘤药物)对正常细胞的伤害，对临床应用具有重大的应用价值。例如：治疗糖尿病的胰岛素缓释纳米粒子、胃漂浮型微球、治疗癌症的缓释栓塞、基因药物的输送与缓释等。
聚合物纳米空心球由于具有较大的负载空间，在药物输送领域受到了广泛关注。聚合物空心球通常是由轻度交联的聚合物形成的球壳。由于没有球内实体的限制，空心球很容易变形，例如发生坍塌和不同程度的溶胀。若构成空心球的聚合物是聚电解质，空心球体积就会具有很强的pH或离子强度依赖特性。如聚合物含有光敏基团，空心球的形态则可能具有光控特性。这种环境响应特性使我们有可能能够有效控制空心球对客体分子的负载和释放，其发展前景无疑是很诱人的。
水凝胶是具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成的交联聚合物，它是一种高分子网络体系。水凝胶一般分为传统水凝胶和智能水凝胶，具有良好的物理化学性质和生物相容性。特别是智能水凝胶在许多方面潜在很大的应用前景，如特定响应的水凝胶，既可用于生物传感器也可用于药物释放体系。智能水凝胶作为药物控释系统的载体在材料方面要求较高，虽然新的功能材料不断出现，但用作药物载体时，仍存在着响应时间长、缺乏良好的生物相容性、机械强度差，难持久等问题，因此制备出优异性能的智能型纳米凝胶是解决问题的关键所在。
发明内容
本发明的目的是：
1.提供一种中空结构的高载药量的以及可控药物释放的聚丙烯酸纳米凝胶微球；
2.提供一种上述聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备方法；
3.提供一种载有药物的聚丙烯酸纳米凝胶微球，特别是载有药物的聚丙烯酸纳米凝胶微球。
本发明的技术方案如下：
一种聚丙烯酸纳米凝胶微球，它是中空结构的纳米凝胶微球，它的主要成分为以N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂的交联的聚丙烯酸，聚丙烯酸纳米凝胶微球的平均粒径为80-1000纳米。
一种制备上述的聚丙烯酸纳米凝胶微球的方法，它包括如下步骤：
步骤1.室温下，将羟丙基纤维素、羟乙基纤维素或乙基羟乙基纤维素溶于蒸馏水中，浓度控制在4～6mg/ml范围内；
步骤2.在上述溶液中加入交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAAm)，羟丙基纤维素(HPC)、羟乙基纤维素或乙基羟乙基纤维素与N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为：1.25∶1～10∶1，搅拌溶解；
步骤3.在步骤2的溶液中加入丙烯酸，羟丙基纤维素、羟乙基纤维素或乙基羟乙基纤维素与丙烯酸的质量比为：0.4∶1～1∶1，加入引发剂引发丙烯酸聚合，加热溶液，在35℃，搅拌反应2-4小时，反应完成后得到羟丙基纤维素-聚丙烯酸(HPC-PAA)、羟乙基纤维素-聚丙烯酸或乙基羟乙基纤维素-聚丙烯酸水相纳米微粒分散液；
步骤4.将步骤3制得的羟丙基纤维素-聚丙烯酸、羟乙基纤维素-聚丙烯酸或乙基羟乙基纤维素-聚丙烯酸纳米微粒溶液用碱溶液调节至体系pH＝8-10.
步骤5.将步骤4所得的溶液进行离心处理，去除上层清液；
步骤6.步骤5离心处理后所得的下层沉淀用蒸馏水稀释洗涤3～4次，洗涤后所得的沉淀加入蒸馏水，再分散，最终即得聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。
本发明的聚丙烯酸纳米微球可以用作药物的载体，特别是可以作为蛋白质药物的载体。
作为药物的载体，将一定浓度药物溶液与上述聚丙烯纳米凝胶微球溶液混合，经搅拌吸附，透析去除未吸附的药物，即可得到负载药物的聚丙烯酸纳米凝胶微球。
本发明提供了一种中空结构的聚丙烯酸纳米凝胶微球，它稳定性佳，能够在各种pH水溶液环境下稳定存在，生物相容性好。本发明的制备方法采用了水相聚合的方法，制备过程中没有使用任何有机溶剂和表面活性剂。微球为中空结构，并且微球的表面存在很多微孔，致使微球的载药效率超高，蛋白质药物的载药量最高可达300％以上。另外，微球也能表现出很好的缓释效果。上述特征表明：该微球作为一种载体，在性能上符合生物医学和生物化学工程领域的应用需要。
附图说明：
图1.PAA纳米凝胶微球电子显微镜照片；
图2.负载蛋白质药物(硫精蛋白和牛血清蛋白)的纳米凝胶微球在pH＝4和pH＝7.4的缓冲溶液中的释放曲线；
图3.聚丙烯酸纳米凝胶微球的体外细胞毒性实验结果。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但是这些实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为10万的羟丙基纤维素1克，以及0.1克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入1.32克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。35℃条件下反应2小时，得到乳白色的羟丙基纤维素-聚丙烯酸纳米微粒水相分散液。停止反应，将体系温度降至室温。将制得的羟丙基纤维素-聚丙烯酸纳米微粒溶液用浓度为0.2mol/L的氢氧化钠(NaOH)溶液调节至体系溶液的pH值为8～10范围内，充分搅拌1小时，使羟丙基纤维素充分脱离纳米微粒。对上述溶液进行离心处理(10000转/分钟，15分钟)，去除上层清液。取下层沉淀，用蒸馏水反复洗涤3～4次后，加入蒸馏水500ml，超声分散。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为547nm。
实施例2：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为10万的羟丙基纤维素1克，以及0.25克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入1克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。其余过程同实施例1。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为565nm。
实施例3：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为10万的羟丙基纤维素1克，以及0.5克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入1克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。其余过程同实施例1。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为379nm。
实施例4：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为10万的羟丙基纤维素1克，以及0.75克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入1克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。其余过程同实施例1。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为84nm。
实施例5：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为10万的羟丙基纤维素1克，以及0.75克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入1.25克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。其余过程同实施1例。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为134nm。
实施例6：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为10万的羟丙基纤维素1克，以及0.75克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入1.5克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。其余过程同实施1例。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为252nm。电子显微镜观察其结构如图1所示。
实施例7：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为10万的羟丙基纤维素1克，以及0.75克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入1.75克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。其余过程同实施1例。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为451nm。
实施例8：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为10万的羟丙基纤维素1克，以及0.75克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入2克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。其余过程同实施1例。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为591nm。
实施例9：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为10万的羟丙基纤维素1克，以及0.75克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入2.5克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。其余过程同实施1例。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为1028nm。
实施例10：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为5万的羟乙基纤维素1克，以及0.75克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入1克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。其余过程同实施1例。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为246nm。
实施例11：聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
在500ml搅拌式反应器中，数均分子量为3万的乙基羟乙基纤维素1克，以及0.75克交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺溶于250ml蒸馏水中，室温下搅拌，使之完全溶解，得到澄清透明溶液。然后在溶液中加入1克丙烯酸，在搅拌条件下，将溶液升温至35℃，向反应器中加入0.1克过硫酸钾(30％)溶液作为引发剂。其余过程同实施1例。最终所得的分散溶液即为聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。通过动态光散射技术测得微球平均粒径为254nm。
实施例12：负载牛血清蛋白(BSA)的聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
将上述聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液稀释至溶液浓度约为5mg/mL。取10mL该浓度的溶液加入50mg牛血清蛋白，反应24小时后，用100000分子量的透析袋透析去除未反应的牛血清蛋白。最终即得负载牛血清蛋白(BSA)的聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。
实施例13：负载硫精蛋白(Protamine)的聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
将上述聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液稀释至溶液浓度约为5mg/mL。取10mL该浓度的溶液加入50mg的硫精蛋白，反应24小时后，用100000分子量的透析袋透析去除未反应的硫精蛋白。最终即得负载硫精蛋白的聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。
不同的投料比制得的聚丙烯酸纳米凝胶微球的粒径及多分散度见表1。
表1.不同HPC/AA/MBAAm投料比制得的PAA纳米凝胶微球粒径及多分散度
实施例14：负载胰岛素的聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
将上述聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液稀释至溶液浓度约为5mg/mL。取10mL该浓度的溶液加入50mg的胰岛素，反应24小时后，用100000分子量的透析袋透析去除未反应的胰岛素。最终即得负载胰岛素的聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。
实施例15：负载盐酸阿霉素的聚丙烯酸纳米凝胶微球的制备
将上述聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液稀释至溶液浓度约为5mg/mL。取10mL该浓度的溶液加入10mg的盐酸阿霉素，反应24小时后，用10000分子量的透析袋透析去除未反应的盐酸阿霉素。最终即得负载盐酸阿霉素的聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。
实施例16：负载药物的聚丙烯酸纳米凝胶微球的体外释放
将制得的负载药物的聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液精密吸取2ml，放在透析袋(Cut-off分子量100000)中，然后将透析袋完全浸入在pH＝4和pH＝7.4的5ml 0.1mol/L PBS中，释放实验在缓慢搅拌下于37℃下进行。每隔一定时间将介质全部取出，计算溶液中的药物的含量。并根据含量计算释放百分率，结果如图2所示，可以看出负载于其中的药物表现出持续稳定的释放特性。
实施例17：聚丙烯酸纳米凝胶微球的体外细胞毒性实验
细胞株为人肠癌细胞LOVO。通过MTT法测定了实施例6中制备的聚丙烯酸纳米凝胶微球对LOVO细胞的体外杀伤效果(如图3所示)，时间为48小时。从图中可以看到聚丙烯酸纳米凝胶微球本身不具备细胞毒性。
Claims (4)
1.一种聚丙烯酸纳米凝胶微球，其特征是：它是中空结构的纳米凝胶微球，它的主要成分为以N，N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂的交联的聚丙烯酸，聚丙烯酸纳米凝胶微球的平均粒径的为80-1000纳米。
2.一种制备权利要求1所述的聚丙烯酸纳米凝胶微球的方法，其特征是它包括如下步骤：
步骤1.室温下，将羟丙基纤维素、羟乙基纤维素或乙基羟乙基纤维素溶于蒸馏水中，浓度控制在4～6mg/ml范围内；
步骤2.在上述溶液中加入交联剂N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，羟丙基纤维素、羟乙基纤维素或乙基羟乙基纤维素与N，N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为：1.25∶1～10∶1，搅拌溶解；
步骤3.在步骤2的溶液中加入丙烯酸，羟丙基纤维素、羟乙基纤维素或乙基羟乙基纤维素与丙烯酸的质量比为：0.4∶1～1∶1，加入引发剂引发丙烯酸聚合，加热溶液，在35℃，搅拌反应2-4小时，反应完成后得到羟丙基纤维素-聚丙烯酸、羟乙基纤维素-聚丙烯酸或乙基羟乙基纤维素-聚丙烯酸水相纳米微粒分散液；
步骤4.将步骤3制得的羟丙基纤维素-聚丙烯酸、羟乙基纤维素-聚丙烯酸或乙基羟乙基纤维素-聚丙烯酸纳米微粒溶液用碱溶液调节至体系pH＝8-10；
步骤5.将步骤4所得的溶液进行离心处理，去除上层清液；
步骤6.步骤5离心处理后所得的下层沉淀用蒸馏水稀释洗涤，洗涤后所得的沉淀加入蒸馏水，再分散，最终即得聚丙烯酸纳米凝胶微球溶液。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯酸纳米微球在作为药物的载体中的应用。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯酸纳米微球在作为蛋白质药物的载体中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20100922 |
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| C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |