CN101838466A

CN101838466A - 羽毛角蛋白膜的制备及作为药物载体的应用

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Publication number: CN101838466A
Application number: CN201010161425A
Authority: CN
Inventors: 王荣民; 王小洁; 李芳莹; 何玉凤; 李晓晓
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: CN101838466B

Abstract

本发明提供了一种羽毛角蛋白膜的制备方法，属于聚合物加工技术领域。该方法以羽毛角蛋白粉为原料，先经碱溶解，再用酸溶液调节pH值至7～14，加入增塑剂后于培养皿中成膜。其工艺简单，成本低，而且获得的角蛋白膜具有生物可降解性，机械性能良好，易剥离，可作为药物载体，用于膜剂药物的制备中。实验证明，以本发明制备的角蛋白膜为载体，制备的膜剂药物载药量大，药物的释放速度快。

Description

羽毛角蛋白膜的制备及作为药物载体的应用

技术领域

本发明属于高分子技术领域，涉及一种角蛋白膜及其制备方法；本发明同时还涉及角蛋白膜作为载体在制备膜剂药物中的应用。

背景技术

从20世纪60年代以来，药物控制释放体系的研究已引起了越来越广泛的重视。与传统的给药模式相比，药物的控制释放具有很多优点，不仅可以提高药物治疗的有效性、准确性、安全性，而且还可以显著降低药物的副作用和生产成本。

目前用于医药领域的具有生物相容性的高分子载体材料主要以合成的可生物降解的聚合物体系和天然大分子体系为主。近些年来关于微球(粒径大于1μm)、脂质体、聚合物胶束等作为药用载体的报道非常多，但是，每种载体都各有自己的优缺点。微球适合化学栓塞及局部注射，但不适于注射用药；脂质体可用于多种给药途径和制剂，当它作为抗癌药物载体时可使药物选择性地杀伤癌细胞，提高疗效，但它的结构不稳定，易被网状内皮细胞所吸收，且载药率低。

膜剂系指药物与适宜的成膜材料经加工制成的膜状制剂。成膜材料及其辅料应无毒，无刺激性，性质稳定，与药物不起作用，不影响药效，成膜性能好。常用的成膜材料有聚乙烯类，如聚乙烯醇、聚乙烯吡咯酮、乙烯-醋酸乙烯共聚物；聚丙烯类，如甲基聚丙烯、甲烯酸-甲基丙烯酸共聚物；纤维素类，如羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素以及天然高分子材料，如明胶、白及胶、玉米胶及海藻酸钠等。膜剂作为药物载体时，药物是以溶解或分散的形式和基材结合在一起的。这种形式的控制释放膜表面附近的药品可先进行释放，之后膜内部的药品扩散到膜表面再次释放。其优点是：1、无粉末飞扬；2、成膜材料用量少；3、含量准确；4、稳定性好；5、起效快。

角蛋白是外胚层细胞的结构蛋白，广泛存在于生物体的组织结构中。包括皮肤以及皮肤的衍生物：发、毛、鳞、羽、甲、蹄、角、爪、喙、丝等。由于角蛋白含有较多的胱氨酸，故二硫键含量特别多，在蛋白质肽链中起交联作用，因此其化学性质特别稳定，有较高的机械强度。不溶于水、盐液、稀酸或稀碱，能与许多内源和外源性物质如脂肪酸、氨基酸、荷尔蒙、阴阳离子和药物等结合，也能与一些功能性化合物结合。因此，角蛋白可被用于制备药物载体。

发明内容

本发明的目的是提供一种角蛋白膜的制备方法。

本发明的另一目的是提供角蛋白膜作为载体在制备膜剂药物中的应用。

本发明角蛋白膜的制备方法，是将角蛋白粉溶于碱液中形成质量浓度为5％～10％的角蛋白溶液，再用盐酸或醋酸溶液调节角蛋白溶液的pH＝7～14，然后加入角蛋白粉质量10％～100％的增塑剂，于室温搅拌30min～2h，形成角蛋白成膜液，最后将角蛋白膜液倒入培养皿中，在25～100℃下成膜。

所述角蛋白粉为粒度200～300目的羽毛角蛋白粉。羽毛角蛋白粉的制备是将干净的羽毛粉碎后经过乙醇、盐酸预处理之后，采用巯基乙醇还原法还原得到羽毛角蛋白溶液，然后经酸沉、洗涤、干燥，得到干净的土白色角蛋白固体粉末，具体见中国专利申请200810150653.2。

所述碱液为质量浓度0.5％～2％的氢氧化钠溶液。

所述盐酸或醋酸溶液的质量浓度为1％～2％。

经红外光谱数据分析表明，本发明制备的角蛋白膜，在成膜过程中，角蛋白的结构及功能特性均没有发生变化。

热重分析结果表明，角蛋白膜的分解温度为250℃。

机械性能测试结果，角蛋白膜的抗拉强度：2.86～9.31(Mpa)，弹性模量：12.12～207.86(Mpa)，断裂伸长率：23.30～123.03(％)

由于本发明制备的角蛋白膜化学性能特别稳定，而且有较高的机械强度，能与许多内源和外源性物质如脂肪酸、氨基酸、荷尔蒙、阴阳离子和药物等结合，也能与一些功能性化合物结合。因此，角蛋白可作为药物载体，制备成膜剂药物。具体制备方法如下：

将角蛋白粉末溶于碱液中形成质量浓度为5％～10％的角蛋白溶液，再用酸溶液(如盐酸、醋酸溶液)调节角蛋白溶液的pH＝7～14，然后加入角蛋白粉末质量10％～100％的增塑剂和1％～5％的模型药物，于室温搅拌30min～2h，形成角蛋白成膜液，最后将角蛋白膜液倒入培养皿中，在25～100℃下成膜，得角蛋白载药膜。

罗丹明B(RB：Rhodamine B)是一种在可见去有典型吸收峰的有机化合物，在溶液中有强烈的荧光，实验室中可用作细胞荧光染色剂。本发明以罗丹明B为药物模型分子，考察角蛋白膜的载药性能。

下面通过红外光谱，热重分析、机械性能测试以及通过扫描电镜观测对制备的角蛋白膜及角蛋白药膜的结构与性能进行表征。

1、红外光谱

采用红外光谱扫描仪(FTS3000，美国DigiLAB Merlin)测定本发明制备的角蛋白膜以及角蛋白载药膜(RB)的红外光谱，并进行数据分析。图为图1为角蛋白膜(RFK)和角蛋白载药膜(RFK-RB)的红外光谱(a.角蛋白膜RFK，b.角蛋白载药膜RFK-RB)。从图1可以看出，角蛋白膜以及角蛋白载药膜(RB)在1650cm^-1、1528cm^-1、1232cm^-1、670cm^-1处的四个吸收峰，分别为羽毛角蛋白分子的酰胺I、II、III、IV带的特征吸收峰。582cm^-1处为二硫键S-S伸缩振动吸收；这说明角蛋白在成膜的过程中，它的结构功能特性均没有发生变化。3290cm^-1附近是缔合的-NH、-OH的特征吸收峰。另外，角蛋白载药膜(RB)的红外光谱在1340cm^-1处新出现一个吸收峰，为＝C-N结构的伸缩振动吸收特征峰；同时，在1590cm^-1处有一个很弱的吸收峰，此峰的存在表示苯环结构的存在，峰的强度表示可以表示苯环的醌行化。这些均说明角蛋白载药膜(RB)中RB的存在，即在成膜过程中未破坏药物模型的结构。

2、热重分析

图2为角蛋白膜(RFK)和角蛋白载药膜(RFK-RB)的热重曲线。从图2可以看出，250℃以前角蛋白膜和角蛋白载药(RB)膜失重情况区别不大，主要为膜中水分的流失造成。从250℃以后，随着温度的升高，角蛋白膜和角蛋白载药膜(RB)失重较快，主要由蛋白质的分解造成。但是，角蛋白膜分解要较角蛋白载药膜(RB)稍快，说明加入模型药物之后可以降低载药膜的分解温度。

3、扫描电镜

采用扫描电镜对本发明制备的角蛋白膜以及角蛋白载药膜(RB)进行了表面形貌的测试。图3为角蛋白膜(RFK)和角蛋白载药膜(RFK-RB)的电镜照片。从图3可以看出，角蛋白膜表面光滑致密平整，而加入了模型药物后，膜的表面粗糙有颗粒状物质存在。

4、机械性能测试

本发明对角蛋白膜(RFK)以及角蛋白载药膜(RFK-RB)的抗拉强度、弹性模量和断裂伸长率进行了测定，结果如表1所示。

表1 角蛋白膜以及角蛋白载药(RB)膜机械性能

从表1可以看出，RFK膜的断裂伸长率明显大于RFK-RB膜，但抗拉强度以及弹性模量却略小于RFK-RB膜。这说明随着模型药物的加入，小分子的作用降低了角蛋白分子间的氢键作用，使载药膜的韧性变小，较纯的角蛋白膜脆。这与扫描电镜观察到的结果一致，由于载药膜角蛋白分子间的氢键作用减弱，使得载药膜不如角蛋白膜的表面光滑致密。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明以羽毛角蛋白粉为原料，先经碱溶解，再用酸溶液调节pH值至7～14，加入增塑剂后于培养皿中成膜，其工艺简单，成本低，而且获得的角蛋白膜具有生物可降解性，机械性能良好，易剥离，可作为药物载体，用于膜剂药物的制备中。

2、本发明在成膜液的制备过程中，不会因为碱液和酸液的加入而破坏角蛋白的结构，保留角蛋白原有的功能特性。

3、以本发明制备的角蛋白膜为载体，制备的膜剂药物载药量大，药物的释放速度快。

具体实施方式

下面以角蛋白载罗丹明B膜的制备来进一步说明本发明角蛋白膜极其载药膜的制备。

实施例1：称取0.8g羽毛角蛋白粉末，向其中加入15mL二次水，加入8mL的质量浓度1.5％的氢氧化钠溶液(滴加的速度和搅拌的速度应该较慢，这样有助于角蛋白的快速溶解，以及不至于角蛋白在溶解过程中而发生化学性质变化)，待角蛋白粉末完全溶解，得到角蛋白溶液；再用质量浓度2％的醋酸溶液将角蛋白溶液的pH值调至7.3(酸的滴加速度也应该适当，不应过快也不应过慢)，然后向角蛋白溶液中加入0.8g增塑剂，0.002g罗丹明B，在室温下搅拌30min，使角蛋白溶液、增塑剂、药物充分混合，得到角蛋白药膜液；最后将角蛋白药膜液倒入直径为8cm的培养皿中，在80℃下成膜。

本实施例制备的角蛋白载药膜机械性能如下：抗拉强度：8.84Mpa，弹性模量：101.50Mpa，断裂伸长率82.50％分解温度为275℃。

实施例2：称取0.8g羽毛角蛋白粉末，向其中加入15mL二次水，加入8mL的质量浓度1.5％的氢氧化钠溶液(滴加的速度和搅拌的速度应该较慢，这样有助于角蛋白的快速溶解，以及不至于角蛋白在溶解过程中而发生化学性质变化)，待角蛋白粉末完全溶解，得到角蛋白溶液；再用质量浓度2％的醋酸溶液将角蛋白溶液的pH值调至8.5(酸的滴加速度也应该适当，不应过快也不应过慢)，然后向角蛋白溶液中加入0.8g增塑剂，0.005g罗丹明B，在室温下搅拌30min，使角蛋白溶液、增塑剂、药物充分混合，得到角蛋白药膜液；最后将角蛋白药膜液倒入直径为8cm的培养皿中，在80℃下成膜。

本实施例制备的角蛋白载药膜机械性能如下：抗拉强度：6.99Mpa，弹性模量：108.90Mpa，断裂伸长率79.46％分解温度为273℃。

实施例3：称取0.8g羽毛角蛋白粉末，向其中加入15mL二次水，加入8mL的质量浓度1.5％的氢氧化钠溶液(滴加的速度和搅拌的速度应该较慢，这样有助于角蛋白的快速溶解，以及不至于角蛋白在溶解过程中而发生化学性质变化)，待角蛋白粉末完全溶解，得到角蛋白溶液；再用质量浓度2％的醋酸溶液将角蛋白溶液的pH值调至9.3(酸的滴加速度也应该适当，不应过快也不应过慢)，然后向角蛋白溶液中加入0.8g增塑剂，0.012g罗丹明B，在室温下搅拌30min，使角蛋白溶液、增塑剂、药物充分混合，得到角蛋白药膜液；最后将角蛋白药膜液倒入直径为8cm的培养皿中，在80℃下成膜。

本实施例制备的角蛋白载药膜机械性能如下：抗拉强度：5.99Mpa，弹性模量：118.90Mpa，断裂伸长率66.92％分解温度为272℃。

实施例4：称取0.8g羽毛角蛋白粉末，向其中加入15mL二次水，加入8mL的质量浓度1.5％的氢氧化钠溶液(滴加的速度和搅拌的速度应该较慢，这样有助于角蛋白的快速溶解，以及不至于角蛋白在溶解过程中而发生化学性质变化)，待角蛋白粉末完全溶解，得到角蛋白溶液；再用质量浓度2％的醋酸溶液将角蛋白溶液的pH值调至10.5(酸的滴加速度也应该适当，不应过快也不应过慢)，然后向角蛋白溶液中加入0.8g增塑剂，0.015g罗丹明B，在室温下搅拌30min，使角蛋白溶液、增塑剂、药物充分混合，得到角蛋白药膜液；最后将角蛋白药膜液倒入直径为8cm的培养皿中，在80℃下成膜。

本实施例制备的角蛋白载药膜机械性能如下：抗拉强度：4.80Mpa，弹性模量：89.56Mpa，断裂伸长率70.89％，分解温度为279℃。

实施例5：称取0.8g羽毛角蛋白粉末，向其中加入15mL二次水，加入8mL的质量浓度1.5％的氢氧化钠溶液(滴加的速度和搅拌的速度应该较慢，这样有助于角蛋白的快速溶解，以及不至于角蛋白在溶解过程中而发生化学性质变化)，待角蛋白粉末完全溶解，得到角蛋白溶液；再用质量浓度2％的醋酸溶液将角蛋白溶液的pH值调至12.5(酸的滴加速度也应该适当，不应过快也不应过慢)，然后向角蛋白溶液中加入0.8g增塑剂，0.018g罗丹明，在室温下搅拌30min，使角蛋白溶液、增塑剂、药物充分混合，得到角蛋白药膜液；最后将角蛋白药膜液倒入直径为8cm的培养皿中，在80℃下成膜。

本实施例制备的角蛋白载药膜机械性能如下：抗拉强度：3.90Mpa，弹性模量：63.19Mpa，断裂伸长率73.19％，分解温度为274℃。

从上述实施例我们可以看出，随着角蛋白溶液的pH值的增大，得到的角蛋白膜的抗拉强度减小，弹性模量先增大后减小，而断裂伸长率先减小后增大。

上述各实施例中，羽毛角蛋白粉末是有以下方法制备而得：

①乙醇预处理：将干净的羽毛粉碎后置于反应器中，加入羽毛粉末质量30～50倍量、浓度为75％～95％的乙醇，在20～80℃搅拌1～6h，过滤，然后依次用75％～95％的乙醇、蒸馏水分别洗涤，得脱脂羽毛；

②盐酸预处理：将脱脂羽毛置于反应器中，先加入脱脂羽毛质量0.8～1.4倍量、浓度为36％～38％的盐酸，再加入脱脂羽毛质量10～30倍量、浓度为75％～95％的工业乙醇及脱脂羽毛质量30～50倍量的蒸馏水，在20～100℃搅拌1～6h；过滤，并用蒸馏水洗涤，干燥后得盐酸预处理羽毛；

③巯基乙醇还原：将盐酸预处理羽毛置于反应器中，分别加入脱脂羽毛质量30～50倍量的蒸馏水、0.03～0.08倍量的三羟甲基氨基甲烷、0.8～1.2倍量的十二烷基硫酸钠、1～3倍量的尿素、0.2～1.2倍量的巯基乙醇，通氮气保护，于20～100℃搅拌1～6h；过滤，收集滤渣和滤液；滤液即为角蛋白溶液；

④角蛋白沉淀：将滤液用浓盐酸调节pH至2.0～5.0，滤液中出现大量沉淀；过滤，用蒸馏水洗涤，干燥，得到纯净的土白色羽毛角蛋白粉末。

Claims

1.一种角蛋白膜的制备方法，是将角蛋白粉溶于碱液中形成质量浓度为5％～10％的角蛋白溶液，再用酸溶液调节角蛋白溶液的pH＝7～14，然后加入角蛋白粉质量10％～100％的增塑剂，于室温搅拌30min～2h，形成角蛋白成膜液，最后将角蛋白膜液倒入培养皿中，在25～100℃下成膜。

2.如权利要求1所述角蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述角蛋白粉为粒度200～300目的羽毛角蛋白粉。

3.如权利要求1所述角蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述碱液为质量浓度0.5％～2％的氢氧化钠溶液。

4.如权利要求1所述角蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述酸溶液的质量浓度为1％～2％的盐酸或醋酸溶液。

5.如权利要求1所述角蛋白膜的制备方法，其特征在于：所述增塑剂为聚乙二醇、乙二醇、山梨醇或丙三醇。

6.如权利要求1方法制备的角蛋白膜。

7.如权利要求6所述角蛋白膜作为药物载体在药物制备中的应用。

8.如权利要求7所述角蛋白膜作为药物载体在药物制备中的应用，其特征在于：以是角蛋白膜为药物载体，制备成膜剂药物。

9.如权利要求7所述角蛋白膜作为药物载体在药物制备中的应用，其特征在于：所述膜剂药物的制备方法如下：将角蛋白粉末溶于碱液中形成质量浓度为5％～10％的角蛋白溶液，再用盐酸或醋酸溶液调节角蛋白溶液的pH＝7～14，然后加入角蛋白粉末质量10％～100％的增塑剂和1％～5％的模型药物，于室温搅拌30min～2h，形成角蛋白成膜液，最后将角蛋白膜液倒入培养皿中，在25～100℃下成膜，得角蛋白载药膜。