一种生物可降解聚合物纳米粒子的无皂制备方法
技术领域
本发明属于一种生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法,具体地说涉及一种单分散、尺寸可调且不含表面活性剂的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法。
背景技术
聚合物纳米粒子具有表面可修饰、可设计性强等优点,在光学、电学、生物技术尤其是药物传输与释放等领域具有重要的应用。很多药物需要在人体内长时间循环并在病灶部位缓慢释放以减少毒副作用和给药次数;同时,部分药物由于其强烈的毒副作用而无法直接使用或直接使用药效很不理想。由于生物可降解聚合物具有优良的生物相容性和可降解性,人们发现利用此类聚合物作为药物载体能将难溶性复杂药物顺利分布于病灶部位,因此生物可降解聚合物载药纳米粒子深受欢迎。此外,生物可降解聚合物载药粒子还可被适当的包封和修饰等改变原药的性质和强度,可降低药物的毒副作用,从而制备出更适合人体的高分子载药体,达到控制药物释放的目的。此外,生物可降解聚合物纳米粒子还可包覆荧光标记物以及磁性纳米材料,应用于生物成像、快速诊断以及靶向药物等领域。
诸多文献已报道了制备生物可降解聚合物纳米粒子的方法,包括机械分散法、乳液扩散法及再沉淀法等。其中再沉淀法是先将生物可降解聚合物溶解在良溶剂中,然后将少量生物可降解聚合物溶液加入到大量沉淀剂中,生物可降解聚合物即以小粒子的形式聚沉。乳液方法制备纳米粒子具体是将生物可降解聚合物溶于与去离子水不相容的油相(如氯仿),之后通过外力作用(如搅拌、超声等)下形成乳液液滴,再将有机溶剂挥发,得到生物可降解聚合物纳米粒子。Fessi H.等人于1989年在International Journal of Pharmaceutic及Kasai H.等人于1992年在Japanese Journal of Applied Physics中报道的工作应用再沉淀法制备了聚合纳米粒子,但制备的生物可降解聚合物纳米粒子多为尺寸分布宽,难以用于药物的准确定量释放。Yoshiaki K.等人1998年在European Journal ofPharmaceutics and Biopharmaceutic及Michele T.等人2003年在InternationalJournal of Pharmaceutics中报道的工作即应用了乳液方法制备生物可降解聚合物纳米粒子。但乳液方法制备过程中通常需要加入表面活性剂以防止乳液液滴融合,这些表面活性剂使后处理过程复杂繁琐且往往难以完全除去;而研究表明,残余少量的表面活性剂会直接影响细胞行为及药物释放,这样就限制了此方法在生物医学上的应用。因此,迫切需要通过简单、可行的方法制备出单分散、尺寸可调且不含表面活性剂的生物可降解聚合物纳米粒子。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物可降解聚合物纳米粒子的无皂制备方法生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法。
实现本发明的技术方案是:
本发明提供的这种生物可降解聚合物纳米粒子的无皂制备方法,包括以下步骤:
(1)将生物可降解聚合物充分溶解在良溶剂中,配成均匀分散的生物可降解聚合物溶液;
(2)在均匀磁力搅拌条件下,用注射泵往生物可降解聚合物溶液中注入沉淀剂去离子水;
(3)将上述混合溶液静置2天,在室温条件下使良溶剂挥发完全。随着良溶剂的挥发混合溶液由澄清透明逐渐变浑浊。待良溶剂挥发完后即得到生物可降解聚合物纳米粒子分散液。
上述步骤(1)配得的生物可降解聚合物溶液的浓度为0.01至5.0mg/mL,具体可以是0.01、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、3.0、4.0或5.0mg/mL。
上述步骤(2)中加去离子水的速度为2至200mL/h,具体可以是2、4、8、16、30、60、120、160或200mL/h。
上述步骤(2)中加入的去离子水与生物可降解聚合物溶液的体积比为0.5~10∶1,具体可以是0.5∶1、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1、8∶1、9∶1或10∶1。
本发明方法中所述的生物可降解聚合物可以是消旋聚乳酸PDLLA、聚乳酸-羟基乙酸PLGA或聚己内酯PCL;本发明方法中所述的良溶剂可以是四氢呋喃THF、二氧六环Dioxane或丙酮Acetone。
生物可降解聚合物纳米粒子的制备是基于生物可降解聚合物在良溶剂与沉淀剂中溶解度不同而导致自组织行为。具体来说,就是先将生物可降解聚合物溶解在良溶剂中,然后加入沉淀剂形成混合溶液;之后,生物可降解聚合物链段随着良溶剂的挥发包埋成核,并不断吸附周围的链段,最终形成分散在去离子水溶液中的生物可降解聚合物纳米粒子。通过调节生物可降解聚合物溶液的浓度、良溶剂与沉淀剂的体积比、加入沉淀剂的速度及生物可降解聚合物分子量等来达到调节生物可降解聚合物纳米粒子尺寸的目的。同时,在生物可降解聚合物纳米粒子制备过程中,将油溶性药物、量子点或磁性纳米粒子等溶于良溶剂中即可把油溶性小分子或纳米粒子等包封到生物可降解聚合物纳米粒子内,从而制得多功能复合生物可降解聚合物纳米粒子。这些同时包覆有药物分子、荧光或磁性纳米粒子的生物可降解聚合物纳米粒子可望应用于生物成像、药物传输等相结合的多功能纳米粒子领域。
生物可降解聚合物纳米粒子的表征:
上述制备所得的生物可降解聚合物纳米粒子尺寸及其分布由激光粒度分析仪进行测定。通过扫描电子显微镜来观察生物可降解聚合物纳米粒子的表面形态,包覆有量子点和磁球的生物可降解聚合物纳米粒子则通过透射电子显微镜来表征。利用倒置荧光显微镜可观察生物可降解聚合物纳米粒子包覆量子点及尼罗红的效果。
由于本发明可以方便地调节生物可降解聚合物溶液的浓度,生物可降解聚合物溶液与去离子水的体积比,加去离子水速度、生物可降解聚合物的分子量以及溶剂的种类等参数,从而可以根据实际需要对生物可降解聚合物纳米粒子的尺寸进行有效调控,制备出不同尺寸范围内的单分散生物可降解聚合物纳米粒子,达到调控药物释放速度和靶向释药等目的。而且,本发明制备过程中不需要加入任何表面活性剂,相对于其它乳液制备方法,免去了复杂繁琐的后处理过程,容易达到药物使用要求。此外,本发明还可应用于其他生物可降解聚合物(如聚乳酸-羟基乙酸PLGA、聚己内酯PCL)等生物可降解聚合物纳米粒子的制备,具有良好的普适性,拓宽了生物可降解聚合物纳米粒子在生物技术领域的应用范围。通过此方法制得的包覆有油溶性药物、量子点和磁性纳米粒子的多功能复合生物可降解聚合物纳米粒子,可望用于生物成像、药物传输及靶向释放系统等。
附图说明
图1:是PDLLA在浓度为0.4mg/mL,加去离子水速度为2mL/h,去离子水与THF的体积比为1∶2时所制得的生物可降解聚合物纳米粒子的动态激光光散射(DLS)粒径分布图和扫描电镜图(插图)以及透射电镜图(左上方小插图),平均粒径为775.9nm,多分散指数(PDI)为0.141。
图2:为生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径与生物可降解聚合物溶液初始浓度的曲线关系图。图中显示了PDLLA分别在不同浓度(0.01mg/mL~1.0mg/mL)范围,加去离子水速度为60mL/h,去离子水与THF的体积比为1∶1时制得的生物可降解聚合物纳米粒子的DLS结果。从曲线图可知,生物可降解聚合物纳米粒子的尺寸随初始浓度的增大而逐渐增大,单分散性有所降低。
图3:a为生物可降解聚合物纳米粒子平均粒径与加去离子水速度关系图。PDLLA浓度为0.4mg/mL,去离子水与THF的体积比为1∶1,加去离子水速度范围为2mL/h~160mL/h时制得的生物可降解聚合物纳米粒子的DLS结果。该曲线图表明加去离子水速度越快,生物可降解聚合物纳米粒子尺寸越小;b为生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径与THF/H2O体积比(W/O)的曲线关系图。PDLLA浓度为0.4mg/mL,加去离子水速度为16mL/h,去离子水与THF的体积比范围为1∶1至3∶1时制得的生物可降解聚合物纳米粒子的DLS结果。由图可知,THF与H2O的体积比例变化对纳米粒子的尺寸影响较小。
图4:a是包覆有表面经过油酸修饰的尺寸为2nm的硒化镉(CdSe)量子点的PDLLA纳米粒子的扫描电镜图及其荧光显微镜图(左下方插图)和透射电镜图(右上方插图);b是包覆有表面经油酸修饰的尺寸为2nm的CdSe量子点和表面经油胺修饰的尺寸为5nm的磁球的PDLLA纳米粒子的扫描电镜图及其荧光显微镜图(左下方插图)和透射电镜图(右上方插图)。图中箭头1所指是量子点,箭头2所指是量子点和磁球。
具体实施方式
下述各实施例中使用的生物可降解聚合物为加拿大生产的消旋聚乳酸PDLLA(分子量范围为10,000~1000,000)、聚乳酸-羟基乙酸PLGA(分子量范围为10,000~500,000)、聚己内酯PCL(分子量范围为1,000~30,000),沉淀剂为去离子水,共溶剂为分析纯的THF、Dioxane或Acetone。
实施例1:将PDLLA(分子量为10,000)0.8mg溶解于1mL共溶剂THF中,磁力搅拌1~10分钟至充分溶解;然后在搅拌作用下,用注射泵以2mL/h的速度往上述溶液中加入2mL去离子水,得到混合溶液。接着,在室温条件下使THF逐渐挥发。待THF完全挥发,即得到PDLLA生物可降解聚合物纳米粒子,见图1。平均粒径为775.9nm,PDI为0.141。
实施例2:将PDLLA(分子量为50,000)0.2mg溶解于1mL共溶剂THF中,磁力搅拌1~10分钟至充分溶解;然后在搅拌作用下,用注射泵以60mL/h的速度往上述溶液中加入1mL去离子水,得到混合溶液。接着,在室温条件下使THF逐渐挥发。待THF完全挥发,即得到PDLLA生物可降解聚合物纳米粒子,见图2。平均粒径为169.7nm,PDI为0.012。
实施例3:将PDLLA(分子量为50,000)0.8mg溶解于1mL共溶剂THF中,磁力搅拌1~10分钟至充分溶解;然后在搅拌作用下,用注射泵以160mL/h的速度往上述溶液中加入1mL去离子水,得到混合溶液。接着,在室温条件下使THF逐渐挥发。待THF完全挥发,即得到PDLLA生物可降解聚合物纳米粒子,见图3a。平均粒径为118.8nm,PDI为0.046。
实施例4:将PDLLA(分子量为50,000)0.8mg溶解于1mL共溶剂THF中,磁力搅拌1~10分钟至充分溶解;然后在搅拌作用下,用注射泵以16mL/h的速度往上述溶液中加入2mL去离子水,得到混合溶液。接着,在室温条件下使THF逐渐挥发。待THF完全挥发,即得到PDLLA生物可降解聚合物纳米粒子,见图3b。平均粒径为256.2nm,PDI为0.004。
实施例5:将PDLLA(分子量为50,000)0.4mg、尺寸2nm的经油酸修饰了的CdSe(1.5mg/mL)600μL溶解于2mL共溶剂THF中,磁力搅拌1~10分钟至充分溶解;然后在搅拌作用下,用注射泵以2mL/h的速度往上述溶液中加入2mL去离子水,得到混合溶液。接着,在室温条件下使THF逐渐挥发。待THF完全挥发,即得到包覆有2nm的CdSe的PDLLA生物可降解聚合物纳米粒子,见图4a。
实施例6:将PDLLA(分子量为50,000)0.4mg、尺寸2nm的经油酸修饰了的CdSe(1.5mg/mL)600μL以及0.5mg、尺寸5nm的经油胺修饰了的磁球溶解于1mL共溶剂THF中,磁力搅拌1~10分钟至充分溶解;然后在搅拌作用下,用注射泵以2mL/h的速度往上述溶液中加入1mL去离子水,得到混合溶液。接着,在室温条件下使THF逐渐挥发。待THF完全挥发,即得到同时包覆有2nm的CdSe和5nm的磁球的PDLLA复合纳米粒子,见图4b。
实施例7:将PLGA(分子量为500,000)0.4mg、尼罗红Nile Red染料(1mg/mL)4μL溶解于2mL共溶剂THF中,磁力搅拌1~10分钟至充分溶解;然后在搅拌作用下,用注射泵以2mL/h的速度往上述溶液中加入2mL去离子水,得到混合溶液。接着,在室温条件下使THF逐渐挥发。待THF完全挥发,即得到包覆有Nile Red染料的PLGA生物可降解聚合物纳米粒子。
实施例8:将PLGA(分子量为10,000)5.0mg溶解于1mL共溶剂Dioxane中,磁力搅拌1~10分钟至充分溶解;然后在搅拌作用下,用注射泵以32mL/h的速度往上述溶液中加入5mL去离子水,得到混合溶液。接着,在室温条件下使Dioxane逐渐挥发。待Dioxane完全挥发,即得到PLGA生物可降解聚合物纳米粒子。
实施例9:将PDLLA(分子量为1000,000)0.01mg溶解于1mL共溶剂Acetone中,磁力搅拌1~10分钟至充分溶解;然后在搅拌作用下,用注射泵以32mL/h的速度往上述溶液中加入1mL去离子水,得到混合溶液。接着,在室温条件下使Acetone逐渐挥发。待Acetone完全挥发,即得到PDLLA生物可降解聚合物纳米粒子。
实施例10:将PCL(分子量为30,000)0.2mg溶解于1mL共溶剂Acetone中,磁力搅拌1~10分钟至充分溶解;然后在搅拌作用下,用注射泵以200mL/h的速度往上述溶液中加入10mL去离子水,得到混合溶液。接着,在室温条件下使Acetone逐渐挥发。待Acetone完全挥发,即得到PCL生物可降解聚合物纳米粒子。