CN101889972A - TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备，包括：(1)取模型药盐酸四环素加入到磷酸盐缓冲液中，加热搅拌溶解，冷却；(2)取埃洛石纳米管与上述TCH溶液混合，超声分散，之后置于真空干燥箱，抽真空；离心，取出上清液，洗涤沉淀，即得载了TCH的HNTs；(3)将上述载了TCH的HNTs干燥，研磨，过滤；(4)将PLGA溶解在TMF/DMF溶剂中，静置；取步骤(3)得到的粉末加入到所述PLGA溶液中，超声分散，制备静电纺丝溶液，然后按照常规静电纺丝的方法制备纳米纤维毡。本发明简单，易于操作；所得混合有HNTs的纤维毡，其机械强力得到了明显的提高，HNTs/PLGA的双载体载药系统具有很好的药物持续释放效果。

Description

TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备
技术领域
本发明属TCH/PLGA纳米复合纤维的制备领域，特别是涉及一种TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备。
背景技术
近年来，随着纳米技术的兴起和各种生物相容高分子材料的大量涌现，基于高分子材料的纳米级药物释放体系受到了人们的广泛关注。为了改变传统药剂的“突释”现象，降低药物对人体的毒副作用，开发具有持续释放效果的药物控释系统一直是研究者的一个目标。
静电纺丝技术是一种利用静电力来补充或替代传统纺纱方法中的机械力，从而控制纤维加工的新型纺丝方法。1934年，Formhals设计了第一套利用聚合物溶液在强电场下的喷射、进行纺丝加工的装置，并申请了第一项关于电纺丝加工的专利。之后的几十年，关于静电纺丝的研究进入了一个低迷期。直到20世纪90年代中后期，随着纳米科技的兴起，美国俄亥俄州Akron大学的Reneker领导的研究团队由此技术成功制备了多种高分子纳米纤维后，静电纺丝技术才重新受到人们的重视并获得了快速发展。
尽管静电纺技术有着悠久的历史渊源，但真正将电纺纤维用于药物的控制释放，也仅仅是近八九年的事。从所知的文献，最早采用电纺纤维进行载药的是2001年的一项美国专利，Ignatious和Baldoni两人用静电纺纳米纤维设计出分别具有快速、即时、延时、缓慢、持续及阶段性等不同释药特性的复合药剂。之后，研究者用药物溶液浸泡静电纺纳米纤维毡、将药物分子和高聚物混合静电纺；制备药物分子与高聚物溶液的W/O或O/W的乳液，然后再静电纺丝，即乳液静电纺；或者改变静电纺的喷丝头为两个同心圆柱，芯层为药物溶液或者药物与高聚物的混合溶液，壳层为高聚物溶液，芯、壳纺丝溶液分别由两个系统推进来进行静电纺丝。这些静电纺纳米纤维载药系统可以不同程度地改善了药物的突释现象。但是，静电纺高聚物组织工程支架存在机械强力低的问题。因此，研究开发既能够提高纳米纤维毡的机械性能、又能起到持续控制释放效果的载药系统是所有研究者的一致方向。
HNTs是一种双层的天然纳米管，成分为铝硅酸盐(Al2Si2O5(OH)4□nH2O)，外层为硅氧层，内层为铝氧层。它是一种大自然的沉积岩，因产地的不同而具有不同的尺寸，例如来自新西兰的HNTs(Grade G)，长度为2～3μm，内径为100nm，外径为300nm，而来自中国的一种HNTs，长度为150～1100nmm，内径为5～35nm，外径为40～120nm。利用HNTs独特的管状结构，2001年，美国的Price和Lvov首先提出了用HNTs进行装载不同性质的模型药盐酸土霉素、魏莎明和烟碱腺嘌呤，并研究了这些药物的体外释放特性，并发表了一系列的专利：U.S.Patent 5651976、5705191、6280759、6401816等。之后，Lvov课题组对HNTs装载防腐剂、杀虫剂的控制释放以及埃洛石纳米管的细胞毒性做了一系列的研究。另外，爱尔兰都柏林大学的Deasy课题组从2002年开始也对HNTs的基础特性、HNTs装载盐酸四环素用于牙周病的治疗的体内动物实验等做了较多的研究。但是，由于载药的埃洛石只是以粉末的形式存在，没有实现器件化，限制了其应用范围，比如文献中提到的牙科的填充物以及经皮的药剂等。
HNTs与碳纳米管相似，是一种无机纳米材料，具有很好的力学性能，热稳定性好，其纳米级的直径使其适合做复合材料的增强体。(Ye，Y.；Chen，H.；Wu，J.；Ye，L.，High impactstrength epoxy nanocomposites with natural nanotubes.Polymer 2007，48，(21)，6426-6433.)用HNTs增强环氧树脂复合材料，能够明显提高材料的热稳定性，仅2.3wt％HNTs，机械性能提高了四倍。(Liu，M.；Guo，B.；Du，M.；Jia，D.，Natural inorganic nanotubes reinforced epoxyresin nanocomposites J.Polym.Res.2007，15，(3)，205-212.)用改性的HNTs增强环氧树脂复合材料，其储存模量、扭曲强度都得到了提高。
检索国内外有关静电纺纳米纤维方面文献和专利结果表明：还没有发现用HNTs与高聚物复合静电纺丝来增强静电纺纳米纤维毡的机械性能，并以此制备HNTs/PLGA为双载体的载药系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备，该制备方法简单，易于操作；所得混合有HNTs的纤维毡，其机械强力得到了明显的提高，HNTs/PLGA的双载体载药系统具有很好的药物持续释放效果。
本发明的一种TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备，包括：
(1)取模型药盐酸四环素(TCH)加入到磷酸盐缓冲液(PBS)中，得到浓度为1mg/mlTCH溶液，在80～90℃加热搅拌溶解20～30min，冷却至室温；
(2)取埃洛石纳米管(HNTs)与上述TCH溶液混合(HNTs∶TCH＝1∶1(w∶w))，超声分散30～50min，得悬浮液，之后置于真空干燥箱，0.08～0.10MPa的条件下抽真空10～20min，直至液体表面不再有气泡出现；然后在2000～3000rpm的条件下离心20～40min，取出上清液，用去离子水清洗沉淀3～5次，即得载了TCH的HNTs；
(3)将上述载了TCH的HNTs在40～60℃的条件下干燥12～24h，研磨，过滤；
(4)将PLGA溶解在TMF/DMF溶剂中，配制成质量百分比浓度为20％～30％的PLGA溶液，静置12-24h；取步骤(3)得到的粉末加入到所述PLGA溶液中，超声分散20～30min，制备静电纺丝溶液，然后按照常规静电纺丝的方法制备纳米纤维毡。
所述步骤(2)中的TCH与HNTs的质量比为1∶1，其中TCH为步骤(1)中的TCH。
所述步骤(3)中的过滤采用325目筛网。
所述步骤(2)中的利用抽真空的方法使HNTs内部以及HNTs之间的空气被排除掉，使带正电的TCH药物分子吸附在HNTs的带负电荷的表面和/或进入HNTs的内部空腔。
所述步骤(4)TMF与DMF的体积比为3∶1。
所述步骤(4)中的粉末与PLGA的质量比0.01～0.05。
所述步骤(4)静电纺丝的工艺条件为：接收距离为10～20cm，电压为15kV-25kV，流速为0.8ml/h。
所述步骤(4)通过静电纺丝的方法制备纳米纤维毡是以HNTs为第一种载体，PLGA为第二种载体的双载体的药物控释体系。
本发明使用扫描电镜(SEM)、机械性能测试、透射电镜(TEM)、红外光谱分析(FTIR)表征了制备的含有HNTs的HNTs/PLGA双载体纳米药物控释体系。其结果分别如下：
(1)静电纺HNTs/HNTs/PLGA复合纳米纤维载药系统的示意图。参见附图1。
(2)埃洛石纳米管的SEM和TEM照片，参见附图2。
(3)静电纺纳米纤维毡的SEM表征结果
利用静电纺丝制备的PLGA纳米纤维及HNTs/PLGA的复合纳米纤维光滑均匀，纤维之间没有发生粘连，分别参见说明书附图3、附图4。两者都具有较大的孔隙结构，孔隙率分别为75.5％、74.8％，纤维的平均直径分别为654nm、812nm。加入HNTs纤维毡的孔隙率变化不大，但是，纤维的直径变大，根据文献资料，由于埃洛石带负电，使带电射流的表面电荷密度减小，不利于纤维的拉伸变细，使得纤维的直径变大。
(4)纤维毡的应力-应变曲线
静电纺25％PLGA及HNTs/PLGA(HNTs占PLGA质量的1％)纳米纤维毡的应力-应变曲线，参见附图5。从应力-应变曲线可以看出，含HNTs的复合纳米纤维毡的机械性能明显提高，断裂伸长和断裂强力以及初始模量都提高了近20％，参见附表1。
(5)红外傅里叶光谱分析(FTIR)结果
FTIR分析结果给出了PLGA流延膜，PLGA、HNTs/PLGA静电纺丝膜的红外光谱图，参见附图6。三者的红外吸收峰很相似，HNTs的加入没有改变PLGA原有的波谱，但是，PLGA流延膜在1673cm-1处，吸收峰较大，而两者静电纺丝膜在此处的吸收峰不明显，此处吸收峰的出现，应该归因于流延膜中的残留溶剂DMF中的C＝O的伸缩振动引起的。结果表明，由于静电纺丝纤维较大的比表面，有利溶剂的挥发。
(6)静电纺TCH/HNTs/PLGA复合纳米纤维载药系统的药物释放动力学
与TCH/PLGA混纺的纳米纤维载药系统释放动力学曲线做了比较，参见附图7。与TCH/PLGA混纺的纳米纤维载药系统相比，静电纺TCH/HNTs/PLGA纳米纤维双载体载药系统没有明显的“突释”现象，并且药物能够持续地释放。
有益效果
(1)本发明的制备方法简单，易于操作，所用的聚合物具有很好的生物相容性，适合于大批量生产；
(2)本发明方法制备的混合有HNTs的纤维毡，其机械强力得到了明显的提高；
(3)本发明方法制备的HNTs/PLGA的双载体载药系统具有很好的药物持续释放效果；避免了突释现象的发生，同时实现了器件化载药。
附图说明
图1为本发明静电纺TCH/HNTs/PLGA复合纳米纤维载药系统的示意图；
图2为本发明使用的HNTs的SEM和TEM图；
图3为本发明制备的静电纺PLGA的纳米纤维SEM图；
图4为本发明制备静电纺HNTs/PLGA复合纳米纤维的SEM图；
图5为本发明制备的静电纺PLGA和HNTs/PLGA纳米纤维的应力-应变曲线；
图6为本发明制备的PLGA流延膜(a)以及静电纺PLGA(b)和HNTs/PLGA(c)纳米纤维毡的FTIR谱图；
图7为本发明制备的TCH/PLGA混纺纤维和TCH/HNTs/PLGA复合纳米纤维载药系统的药物释放动力学曲线。
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
取100mg模型药TCH加入到100ml磷酸盐缓冲液(PBS)中，80～90℃加热搅拌溶解30min左右，即得TCH溶液，直至溶液澄清，冷却至室温，待用；
取100mg HNTs与上述TCH溶液混合，置于超声清洗机超声50min，使HNTs在TCH溶液中分散均匀；
将装有TCH和HNTs混合溶液的试剂瓶敞口置于真空干燥箱内，0.085MPa的条件下抽真空15min，直至液体表面不再有气泡出现；将试剂瓶取出，振荡器震荡混合，在真空干燥箱内重新抽一次真空，完全驱除HNTs内腔和HNTs之间的空气，使TCH吸附到HNTs表面和/或载入到内部空腔；
将试剂瓶的溶液转移到离心管中，在3000rpm的条件下离心25min，取出上清液，待用；用去离子水清洗载有TCH的HNTs沉淀3～5次，并且将样品在40℃的条件下干燥15h，将干燥后的粉末用玛瑙研钵研磨，再用325目的筛网过滤，待用。
实施例2
将实施例1中离心得到的上清液，稀释10倍，用紫外分光光度计测试TCH溶液在270nm的吸光度，根据用TCH溶液标定的浓度-吸光度关系曲线，即可算出HNTs载完药后剩余上清液中TCH的量，那么，也就可以算出HNTs上载有TCH的量，算出载药效率(载药效率(％)＝HNTs上TCH的质量/HNTs的质量)。
实施例3
将1mg的PLGA溶解在4ml的TMF/DMF(3∶1)溶剂中，配制成质量浓度百分比为25％的溶液，静置过夜；将0.05mg的实施例1得到的载药效率为22.7％的HNTs粉末加入到PLGA溶液中，超声分散20min，制备静电纺丝溶液，然后按照常规静电纺丝的方法制备纳米纤维毡，其中，接收距离为15cm，电压为20kV，流速为0.8ml/h，制备的复合纳米纤维毡在真空干燥箱内干燥48h，待用。
实施例4
将静电纺PLGA(25％，w/v)、HNTs(相对PLGA 1wt％)/PLGA纳米纤维毡剪成10×50的长条，每个样品有5个平行样，待用。
用千分尺测量每条纤维毡的五个不同的位置的厚度，求其平均值。
用万能材料测试机测试纤维毡的机械性能，得出应力-应变曲线、断裂强度和断裂伸长。
实施例5
取0.1mg的实施例3中得到的静电纺TCH/HNTs/PLGA复合纳米纤维毡，置于装有15ml的PBS缓冲液的试剂瓶中，用于做缓释实验。
将试剂瓶置于37℃的摇床中震荡，在不同的时间点：1、2、4、8、12小时，1、2、4、6、8、10...30天，从试剂瓶中取出3ml的溶液，再用3ml的PBS缓冲液补充。取出的缓释液用紫外分光光度计测浓度，计算不同时间点的缓释百分率，分析HNTs/PLGA双载体载药系统的药物释放动力学特征。
表1
Sample   Breaking Strength(MPa)   Failure Strain(％)   Young’s Modulus(MPa)
  PLGA   4.21±0.35   76.15±8.38   118.8±10.5
  HNTs/PLGA   6.61±1.66   93.6±21.0   141.8±6.7

Claims (6)

1.一种TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备方法，包括：
(1)取模型药盐酸四环素TCH加入到磷酸盐缓冲液PBS中，得到浓度为1mg/ml TCH溶液，在80～90℃加热搅拌溶解20～30min，冷却至室温；
(2)取埃洛石纳米管HNTs与上述TCH溶液混合，超声分散30～50min，得悬浮液，之后置于真空干燥箱，在0.08～0.10MPa的条件下抽真空10～20min，直至液体表面不再有气泡出现；然后在2000～3000rpm的条件下离心20～40min，取出上清液，用去离子水清洗沉淀3～5次，即得载了TCH的HNTs；
(3)将上述载了TCH的HNTs在40～60℃的条件下干燥12～24h，研磨，过滤；
(4)将PLGA溶解在TMF/DMF溶剂中，配制成质量百分比浓度为20％～30％的PLGA溶液，静置12-24h；取步骤(3)得到的粉末加入到所述PLGA溶液中，超声分散20～30min，制备静电纺丝溶液，然后按照常规静电纺丝的方法制备纳米纤维毡。
2.根据权利要求1所述的一种TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的TCH与HNTs的质量比为1∶1。
3.根据权利要求1所述的一种TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的过滤采用325目筛网。
4.根据权利要求1所述的一种TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的TMF与DMF的体积比为3∶1。
5.根据权利要求1所述的一种TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的粉末与PLGA的质量比0.01～0.05。
6.根据权利要求1所述的一种TCH/HNTs/PLGA纳米复合纤维载药系统的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)静电纺丝的工艺条件为：接收距离为10～20cm，电压为15kV-25kV，流速为0.8ml/h。
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