CN102516566A

CN102516566A - 一种生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法

Info

Publication number: CN102516566A
Application number: CN2011104231162A
Authority: CN
Inventors: 朱锦涛; 梁锐晶
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Wuhan Tianshi Weijing Microbial Technology Co ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: CN102516566B

Abstract

本发明提供了一种生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，其主要步骤为：将溶解有生物可降解聚合物的油相溶液与溶解有表面活性剂的水相溶液相混合；通过手动过膜装置匀速过膜数次，即制得尺寸均匀的生物可降解聚合物乳液；再将有机溶剂挥发，得到分散有生物可降解聚合物纳米粒子的水溶液，通过高速离心除去表面活性剂后再用去离子水分散，即得生物可降解聚合物纳米粒子的分散液。本发明方法便调节生物可降解聚合物浓度、膜孔径、过膜次数、表面活性剂浓度、生物可降解聚合物分子量等实验参数，可有效调控粒径来控制药物释放速度；制得的纳米粒子尺寸均一，利于调控载药量从而提高药物释放效率并增长有效作用时间，简单快速，适合大规生产。

Description

一种生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法

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，具体地说涉及一种尺寸可调且可载药的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法。

背景技术

近年的研究表明，聚合物纳米粒子在光学、电学、磁学、生物技术尤其是药物传输与释放等领域具有重要的潜在应用价值。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；然而，通过使用药物载体则可以使很多药物在人体内长时间循环并在病灶缓慢释放，从而大大减少毒副作用和给药次数。生物可降解聚合物由于其优良的生物相容性和生物可降解性，便是用作药物载体的一种很好选择。

研究结果表明，尺寸均一的生物可降解聚合物纳米粒子可通过调控纳米粒子粒径来控制药物释放速度。而调控载药量则可以使药物释放效率提高且有效作用时间增长，减少给药频率。因而可通过对生物可降解聚合物纳米粒子的尺寸、表面性质、载药量等进行设计达到靶向、缓释等目的。

诸多文献已报道制备生物可降解聚合物纳米粒子的方法，包括再沉淀法、乳液扩散法及玻璃膜乳化法等。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。而乳液扩散法是将生物可降解聚合物溶解在非水溶性溶剂(如氯仿)以及与水溶性溶剂(如丙酮)中；之后，在不断搅拌下，滴入含有表面活性剂的水相中，最后逐渐形成纳米尺寸液滴并沉淀出来，得到生物可降解聚合物纳米粒子。玻璃膜乳化法即先制备预乳液，之后在较高压力下将预乳液挤压通过具有均一膜孔径的玻璃膜得到单分散的乳液，之后去除溶剂得到粒径均一的生物可降解聚合物微球。Zhu等于2004年在InternationalJournal of Pharmaceutic及Desai等于2008年在ACS Nano中报道的工作都是应用再沉淀法制备聚合纳米颗粒，但制备的生物可降解聚合物纳米粒子尺寸分布较宽，难以用于药物的准确定量释放。Kawashima等1998年在European Journalof Pharmaceutics and Biopharmaceutic及Trotta等2003年在International Journal ofPharmaceutics中报道的工作即应用了乳液扩散法制备生物可降解聚合物纳米粒子，但该方法制备的生物可降解聚合物纳米粒子粒径的可调控性较差。Ma等2009年在Industrial & Engineering Chemistry Research中报道的工作即应用了玻璃膜乳化法制备生物可降解聚合物纳米粒子，但是该制备装置操作复杂，且制备成本高，不利于尺寸可控的生物可降解聚合物纳米粒子的大规模制备。因此，迫切需要通过简单、易行的方法制备出单分散、尺寸可调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制备方法，包括以下步骤：

(1)制备生物可降解聚合物溶液：将生物可降解聚合物充分溶解在油溶性溶剂中，配成均匀分散的生物可降解聚合物油相溶液，配得的生物可降解聚合物油相溶液的浓度是0.01至30.0mg/mL；将表面活性剂充分溶解在去离子水中，配成均匀分散的表面活性剂水相溶液，配得的表面活性剂水相溶液的浓度是0.05至20.0mg/mL；

(2)制备生物可降解聚合物乳液：将上述溶有生物可降解聚合物的油相溶液与溶有表面活性剂的水相溶液以体积比1∶10相混合，通过具有均匀膜孔径的手动过膜装置匀速过膜数次即制得尺寸均匀的生物可降解聚合物乳液；

(3)制备生物可降解聚合物纳米粒子：将上述生物可降解聚合物乳液敞口挥发有机溶剂1天使有机溶剂挥发完全，即得到分散有生物可降解聚合物纳米粒子的水溶液，之后，通过高速离心，其转速具体可以为1万转/分钟，弃去上清液再用去离子水分散沉淀物，即可除去表面活性剂得到生物可降解聚合物纳米粒子的分散液。

上述步骤(1)配得的生物可降解聚合物油相溶液浓度可以是0.01、0.1、1.0、5.0、10.0、20.0或30.0mg/mL。

上述步骤(1)配得的表面活性剂水相溶液浓度可以是0.05、0.1、1.0、3.0、5.0、10.0或20.0mg/mL。

上述步骤(2)中手动过膜装置的膜的孔径具体可以是0.20、0.30、0.45、0.60、0.80、1.0或2.0μm。

上述步骤(2)中过膜次数具体可以是2、5、10、15、20、50或100次。

本发明方法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；所述的油溶性溶剂可以是二氯甲烷、氯仿或甲苯；所述的表面活性剂可以是聚乙烯醇(PVA)、十二烷基硫酸钠(SDS)或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。

本发明方法步骤(2)所述的手动过膜装置的组成是：两侧各安装一个玻璃注射器，中间由一个金属通道连接，该通道内部垂直于玻璃注射器轴向方向固定有均匀膜孔径的聚偏氟乙烯(PVDF)滤膜。

生物可降解聚合物纳米粒子的制备是基于膜乳化法制得均匀尺寸的乳液后再挥发有机溶剂得到生物可降解聚合物纳米粒子，具体来说，就是将溶解有生物可降解聚合物的油相溶液与溶解有表面活性剂的水相溶液相混合，通过手动过膜装置匀速过膜数次，即制得尺寸均匀的乳液，再将有机溶剂挥发，即得到分散有生物可降解聚合物纳米粒子的水溶液。本发明所用的过膜装置是指两侧各安装一个玻璃注射器，中间由一个金属通道(通道内部垂直于玻璃注射器轴向方向固定有均匀膜孔径的聚偏氟乙烯(PVDF)滤膜)连接的自行搭建的手动膜乳化装置。由此，通过调节生物可降解聚合物浓度、膜孔径、过膜次数、表面活性剂浓度、生物可降解聚合物分子量等实验参数可达到调控生物可降解聚合物纳米粒子尺寸的目的。并且，在乳液制备的过程中，将油溶性药物、量子点等溶于油相中再通过膜乳化法即可把油溶性药物包覆到生物可降解聚合物纳米粒子内，从而制得复合的具有荧光标志的载药生物可降解聚合物纳米粒子。由于生物可降解聚合物纳米粒子能增加药物溶解度，降低毒副作用，提高药物疗效，并包埋有荧光标记物，因此，同时包覆有药物和量子点的生物可降解聚合物纳米粒子可应用于生物成像、药物传输等研究相结合的多功能生物可降解聚合物纳米粒子领域。

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，并通过高效液相色谱来测定生物可降解聚合物纳米粒子对药物紫杉醇的包覆效果。

本发明制得的生物可降解聚合物纳米粒子尺寸较为均一，可以方便地调节生物可降解聚合物浓度、膜孔径、过膜次数、表面活性剂浓度、生物可降解聚合物分子量等实验参数，从而有效地调控粒径来控制药物释放速度；可方便地调控载药量从而提高药物释放效率并增长有效作用时间；且制备过程简单快速，易于重复或应用于大规模制备；制备条件温和，可包埋易失活的生物活性药物；后处理快速简单，成品容易达到药物使用标准；还可以同时有效地包覆油溶性药物、荧光染料、量子点或磁性纳米粒子等，制得的复合生物可降解聚合物纳米粒子可望用于生物成像及药物靶向系统。本发明还可应用于多种生物可降解聚合物的纳米粒子的制备，具有良好的普适性，使生物可降解聚合物纳米粒子能适应各种体系的需要，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。

附图说明

图1：是手动过膜装置以及制备过程示意图。手动过膜装置是指两侧各安装一个玻璃注射器，中间由一个金属通道(通道内部垂直于玻璃注射器轴向方向固定有均匀膜孔径的聚偏氟乙烯(PVDF)滤膜)连接的自行搭建的手动膜乳化装置。

图2：a是10mg/mL的PDLLA氯仿溶液、3.0mg/mL的PVA水溶液匀速通过膜孔径为1μm的PVDF膜15次；之后，挥发溶剂并通过离心除去表面活性剂后得到的生物可降解聚合物纳米粒子的扫描电镜图和动态激光光散射(DLS)粒径分布图(插图)。所制备生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径为434.3nm，多分散指数(PDI)为0.050；b是10mg/mL的PDLLA氯仿溶液、3.0mg/mL的PVA水溶液匀速通过膜孔径为0.8μm的PVDF膜20次；之后，挥发溶剂和离心除去表面活性剂后得到的生物可降解聚合物纳米粒子的扫描电镜图和动态激光光散射粒径分布图(插图)。生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径为354.5nm，PDI为0.066。

图3为生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径与过膜次数的曲线关系图及相应的扫描电镜图。图中生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径分别约为520nm(a)、434nm(b)、304nm(c)、237nm(d)，PDI分别是0.066，0.050，0.028，0.031。上述结果表明，随着过膜次数的增加，生物可降解聚合物纳米粒子的尺寸逐渐减少，PDI也明显降低，单分散性增加。

图4：a是不同PDLLA浓度下制备的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浓度的曲线关系图。由实验结果可知，提高生物可降解聚合物PDLLA的浓度能增大生物可降解聚合物纳米粒子的尺寸；b是不同PVA浓度下制备所得的生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径与PVA浓度的曲线关系图。实验结果表明，表面活性剂PVA浓度增大，在相同条件下可以减小乳液的尺寸，生物可降解聚合物纳米粒子尺寸减少；c是不同膜孔径下制备的生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径与膜孔径的曲线关系图。从图中可以看出，所用的膜孔径增大，则乳液液滴的尺寸增大，制备的生物可降解聚合物纳米粒子尺寸也随之增大；d是不同分子量的PDLLA在相同浓度下制备的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分子量的曲线关系图。结果表明，分子量越大，在相同条件下，生物可降解聚合物纳米粒子的尺寸也越大。

图5：a是包覆有尺寸为5nm的表面经油酸修饰过的硒化镉(CdSe)量子点的生物可降解聚合物纳米粒子的扫描电镜图、透射电镜图(右上方插图)以及荧光显微镜图(左下方插图)；b是同时包覆有表面经油胺修饰过的磁球和油溶性荧光染料尼罗红的生物可降解聚合物纳米粒子的扫描电镜图、透射电镜图(右上方插图)以及荧光显微镜图(左下方插图)；c是同时包覆有油溶性抗肿瘤药物紫杉醇和尼罗红的生物可降解聚合物纳米粒子的扫描电镜图和荧光显微镜图(左下方插图)。图5中箭头1所指是量子点，箭头2所指是磁球。

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)，表面活性剂为美国生产的聚乙烯醇PVA、十二烷基硫酸钠SDS或十六烷基三甲基溴化铵CTAB，水相为去离子水，油相为二氯甲烷、氯仿或甲苯，包覆的油溶性药物为美国生产的油溶性抗肿瘤药物紫杉醇，过膜装置是指两侧各为一个玻璃注射器，中间由一个金属通道(内部垂直于玻璃注射器轴向方向装有某一尺寸的均匀膜孔径的PVDF滤膜)连接的自行搭建的手动膜乳化装置。

实施例1

将10mg/mL的PDLLA(分子量为50,000)氯仿溶液、3.0mg/mL的PVA水溶液匀速通过膜孔径为1μm的PVDF膜15次；之后，挥发溶剂并通过高速离心除去表面活性剂后，即得到生物可降解聚合物纳米粒子，见图2a。生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径为434.3nm，多分散指数PDI为0.050。

实施例2

将10mg/mL的PDLLA(分子量为50,000)氯仿溶液、3.0mg/mL的PVA水溶液匀速通过膜孔径为0.8μm的PVDF膜20次；之后，挥发溶剂和高速离心除去表面活性剂后，即得到生物可降解聚合物纳米粒子，见图2b。生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径为354.5nm，PDI为0.066。

实施例3

将10mg/mL的PDLLA(分子量为50,000)氯仿溶液、3.0mg/mL的PVA水溶液匀速通过膜孔径为1μm的PVDF膜10次；之后，挥发溶剂和高速离心除去表面活性剂后，即得到生物可降解聚合物纳米粒子，见图3a。生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径为520.5nm，PDI为0.066。

实施例4

将0.2mg/mL的PDLLA(分子量为50,000)氯仿溶液、3.0mg/mL的PVA水溶液匀速通过膜孔径为1μm的PVDF膜10次；之后，挥发溶剂以及除去表面活性剂后，即得生物可降解聚合物纳米粒子。见图4a。生物可降解聚合物纳米粒子的平均粒径为275.4nm，PDI为0.200。

实施例5

将10mg/mL的PDLLA(分子量为50,000)氯仿溶液、5nm的经油酸修饰的CdSe(1.5mg/mL)30μL以及3.0mg/mL的PVA水溶液匀速通过膜孔径为1μm的PVDF膜10次；之后，挥发溶剂以及除去表面活性剂后，即得包覆经油酸修饰过的CdSe的生物可降解聚合物纳米粒子，见图5a。

实施例6

将10mg/mL的PDLLA(分子量为50,000)氯仿溶液、经油胺修饰的磁球(0.5mg/mL)10μL、油溶性荧光染料尼罗红(0.5mg/mL)2μL和3.0mg/mL的PVA水溶液匀速通过膜孔径为0.8μm的PVDF膜10次；之后，挥发溶剂以及除去表面活性剂后，即得同时包覆有经油胺修饰过的磁球和尼罗红的生物可降解聚合物纳米粒子，见图5b。

实施例7

将10mg/mL的PDLLA(分子量为50,000)氯仿溶液、油溶性抗肿瘤药物紫杉醇(2mg/mL)20μL、尼罗红(0.5mg/mL)2μL和3.0mg/mL的PVA水溶液匀速通过膜孔径为0.8μm的PVDF膜10次；之后，挥发溶剂以及除去表面活性剂后，即得同时包覆有油溶性抗肿瘤药物紫杉醇和尼罗红的生物可降解聚合物纳米粒子，见图5c。

实施例8

将20mg/mL的PLGA(分子量为10,000)氯仿溶液、10.0mg/mL的PVA水溶液匀速通过膜孔径为1.0μm的PVDF膜15次；之后，挥发溶剂以及除去表面活性剂后，即得到生物可降解聚合物纳米粒子。

实施例9

将5mg/mL的PLGA(分子量为500,000)二氯甲烷溶液、10.0mg/mL的SDS水溶液匀速通过膜孔径为1.0μm的PVDF膜10次；之后，挥发溶剂以及除去表面活性剂后，即得到生物可降解聚合物纳米粒子。

实施例10

将0.02mg/mL的PCL(分子量为30,000)二氯甲烷溶液、0.05mg/mL的SDS水溶液匀速通过膜孔径为0.22μm的PVDF膜5次；之后，挥发溶剂以及除去表面活性剂后，即得到生物可降解聚合物纳米粒子。

实施例11

将30mg/mL的PDLLA(分子量为10,000)甲苯溶液、3mg/mL的CTAB水溶液匀速通过膜孔径为0.45μm的PVDF膜10次；之后，挥发溶剂以及除去表面活性剂后，即得到生物可降解聚合物纳米粒子。

实施例12

将10mg/mL的PDLLA(分子量为1000,000)甲苯溶液、20mg/mL的CTAB水溶液匀速通过膜孔径为2.0μm的PVDF膜100次；之后，挥发溶剂以及除去表面活性剂后，即得到生物可降解聚合物纳米粒子。

Claims

1.一种生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备生物可降解聚合物溶液：将生物可降解聚合物充分溶解在油溶性溶剂中，配成均匀分散的生物可降解聚合物油相溶液，配得的生物可降解聚合物油相溶液的浓度是0.01至30.0 mg/mL；将表面活性剂充分溶解在去离子水中，配成均匀分散的表面活性剂水相溶液，配得的表面活性剂水相溶液的浓度是0.05至20.0 mg/mL；

（2）制备生物可降解聚合物乳液：将上述溶有生物可降解聚合物的油相溶液与溶有表面活性剂的水相溶液以体积比1 : 10相混合，通过具有均匀膜孔径的手动过膜装置匀速过膜数次即制得尺寸均匀的生物可降解聚合物乳液；

（3）制备生物可降解聚合物纳米粒子：将上述生物可降解聚合物乳液敞口挥发有机溶剂1天使有机溶剂挥发完全，即得到分散有生物可降解聚合物纳米粒子的水溶液，之后，通过高速离心，弃去上清液再用去离子水分散沉淀物，即可除去表面活性剂得到生物可降解聚合物纳米粒子的分散液。

2.按照权利要求1所述的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤（1）配得的生物可降解聚合物油相溶液浓度可以是0.01、0.1、1.0、5.0、10.0、20.0或30.0 mg/mL。

3.按照权利要求1所述的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤（1）配得的表面活性剂水相溶液浓度可以是0.05、0.1、1.0、3.0、5.0、10.0或20.0 mg/mL。

4.按照权利要求1所述的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤（2）中手动过膜装置的膜的孔径具体可以是0.20、0.30、0.45、0.60、0.80、1.0或2.0 μm。

5.按照权利要求1所述的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤（2）中过膜次数具体可以是2、5、10、15、20、50或100次。

6.按照权利要求1所述的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的高速离心的转速为1万转/分钟。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤（1）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。

8.按照权利要求1至6中任一项所述的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的油溶性溶剂可以是二氯甲烷、氯仿或甲苯。

9.按照权利要求1至6中任一项所述的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的表面活性剂可以是聚乙烯醇（PVA）、十二烷基硫酸钠（SDS）或十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）。

10.按照权利要求1至6中任一项所述的生物可降解聚合物纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的手动过膜装置的组成是：两侧各安装一个玻璃注射器，中间由一个金属通道连接，该通道内部垂直于玻璃注射器轴向方向固定有均匀膜孔径的聚偏氟乙烯（PVDF）滤膜。