CN103785101A - 一种电场多脉冲释药装置及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电场多脉冲释药装置，其包括胶介质层、沉淀环层、药物和电极，所述胶介质层和沉淀环层间隔排列，所述药物分布在胶介质层中或沉淀环层中，所述电极一端位于装置中心位置，一端露出装置外；本发明还提供了通过施加电场制备所述自组装多脉冲释药装置的方法；最后本发明还提供了其在制备控制释放型制剂中的应用。相对于现有技术，本发明所得的自组装多脉冲释药装置，能够实现药物的长时间、周期性的释放，能够克服药物释放装置短时间、一次性释放药物的缺陷。并且在制备和释放过程中施加电场影响，可以有效控制药物的脉冲数量和周期。因此本发明为分子或药物的传输提供了一种新的具有广泛应用前景的方法，对于控制药物释放和药物稳定性有更大的独立性。

Description

一种电场多脉冲释药装置及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于药物制剂领域，具体涉及电场多脉冲释药装置及其制备方法和应用。

背景技术

在药物制剂领域中，高分子材料的应用具有久远的历史。人类从远古时代在谋求生存和与疾病斗争的过程中，广泛地利用天然的动植物来源的高分子材料，如淀粉、多糖、蛋白质、胶质等作为传统药物制剂的黏合剂、赋形剂、助悬剂、乳化剂。上世纪30年代以后，合成的高分子材料大量涌现，在药物制剂的研究和生产中的应用日益广泛。可以说任何一种剂型都需要利用高分子材料，而每一种适宜的高分子材料的应用都使制剂的内在质量或外在质量得到提高。上世纪六十年代开始，大量新型高分子材料进入药剂领域，推动了药物缓控释剂型的发展。这些高分子材料以不同方式组合到制剂中，起到控制药物的释放速率，释放时间以及释放部位的作用。药物缓释体系有利于提高药物疗效、降低毒副作用，可减轻病人多次用药的痛苦，对于提高临床用药水平来说具有重大意义，是近年来国际范围内研究的最热门的领域之一。而明胶作为一种具有优良的生物相容性和可生物降解的聚合物药物载体且无毒、无刺激性、无免疫原性一直以来都得到了广泛的应用。

脉冲给药系统以其优化的药物性价比，在医药市场上占据特殊的地位。脉冲给药系统有以下特点：（1）根据患者发病规律，提前一定时间服药，到发病时即可释放一定剂量的药物，可以提高疗效，降低毒副作用。（2）脉冲给药系统能够瞬间释放规定量的药物，使胃肠道内突然达到很高的药物浓度，药物被高度吸收，经胃肠道灭活的药物损失比较小；另外脉冲制剂一般在小肠或结肠释放，而小肠或结肠的水解酶较少，也可避免胃肠道灭活，从而提高生物利用度。（3）脉冲给药系统能够避免某些药物的血药浓度长时间稳定在某一水平而产生的不良反应和耐药性，例如将抗生素类药物制成脉冲释药系统可避免耐药性的产生。对于脉冲药物缓释最近有很多人进行了研究，例如，Langer R实验组研究一种通过生物可降解的的聚合物微晶片制备多脉冲药物缓释的装置，此装置是由聚左旋乳酸制成的，并且有不同分子量的羟基乙酸共聚物膜包裹储液囊，药物的传输系统设计成采用不同分子量膜材料植入体内，从而实现间断性释放脉冲波的效果。

应用缓释技术理想的效果应是：药物迅速在作用部位达到理想有效浓度，并维持此浓度适当时间，在机体其他部位则无药物分布或药物浓度仅在最低范围达到治疗的目的，药物应立即从作用部位消除。而实际上到现在为止要达到这一要求还有一段很长的距离。因此，各国的科学家正在努力研制适用的方法而真正实现周期性的药物控释系统。Liesegang图形的形成机理及影响因素国内外的研究已经有不少，但是看似简单的沉淀反应，也有其复杂的一面，许多问题至今还不清楚。反应的条件可以发生不同的变化，沉淀可以形成具有周期性结构的时空图形——Liesegang环结构（简称LRs）。

据报道进行周期性脉冲释放尝试的是Langer R研究组。他们利用微制造技术将药物储存在硅微切片上，通过微电流的刺激控制药物释放，得到了满意的脉冲释放效果。但是由于埋植于体内的硅切片需要再次手术取出。因此他们改用聚乳酸为基质，用不同酶解速度的聚乳酸共聚物将不同药物密封在聚乳酸基质的微孔中，利用密封层的不同酶解速度实现了脉冲药物释放。但是，这种装置制造方法比较复杂，因而寻找一种简单适用的制造方法成了多脉冲药物释放系统研究的最新课题。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种多脉冲释药装置，以及其制备方法和应用。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供了一种多脉冲释药装置，包括胶介质层、沉淀环层、药物和电极，所述胶介质层和沉淀环层间隔排列，所述药物分布在胶介质层中或沉淀环层中，所述电极一端位于装置中心位置，一端露出装置外。

作为优选，所述胶介质层的成胶材料为无机材料、可降解有机材料或生物相容性有机材料。

作为进一步优选，所述无机材料为硅胶；所述可降解有机材料为明胶、琼胶、改性纤维素、淀粉、海藻酸盐、壳聚糖或聚乳酸；所述生物相容性有机材料为聚乙烯醇、聚丙烯酸羟乙酯、聚炳烯酸羟丙酯、聚甲基丙烯羟乙酯、聚甲基丙烯酸羟丙酯或聚乙二醇。

作为另一种优选，所述沉淀环层为磷酸氢钙晶体、硫酸钡晶体、碳酸钙晶体或者所述药物其本身的沉淀晶体。

作为另一种优选，所述药物的分布方式为与材料分子通过物理键结合、化学键结合或者物理混合。

作为优选，所述电极的外直径为10nm至0.1mm。

本发明可利用本领域任意的药物制备多脉冲释药装置，例如，本发明实施例中给出了利用维生素C、利福平或阿霉素制备多脉冲释药装置。

本发明还提供了上述自组装多脉冲释药装置的制备方法，包括以下步骤：

（1）将成胶材料、药物与内电解质先混合再以适当溶剂溶解，或分别溶解后再混合。根据需要，也可以将能使成胶材料分子交联的交联剂加入其中，混合均匀，所述交联剂为戊二醛或芥子酸。成胶材料的浓度为1-80wt%；内电解质浓度为0.01-5mol/L；

（2）将（1）所制备的溶液注入开口模具中，静置使其完全凝固，将电极插入完全凝固的凝胶中，一端位于凝胶中心位置，一端露出凝胶；

（3）将（2）中完全凝固的混合溶液从模具中取出，或直接将含完全凝固溶液的开口模具浸入浓度为0.1-50mol/L的外电解质溶液中，将直流电源两极的任一极与凝胶中的电极连接，另一极放置于外电解质溶液中，构成直流电场，通过内外电解质的扩散，即得所述多脉冲释药装置。

作为优选，步骤（1）所述内电解质和步骤（3）所述外电解质，是可反应生成沉淀晶体的离子对的组合。

所述步骤（3）使用的直流电源电压在1.0微伏至2伏特之间，最优选的在10微伏-1伏特。

作为进一步优选：

当所述内电解质为能在水中电离出钙离子的电解质时，所述外电解质为能在水中电离出磷酸氢根离子或碳酸根离子的电解质；

当所述内电解质为能在水中电离出钡离子的电解质时，所述外电解质为能在水中电离出硫酸根离子的电解质；

当所述内电解质为能在水中电离出氢离子的电解质时，所述外电解质为能在水中电离出氢氧根离子的电解质。

作为另一种优选，步骤（2）中，所述模具的尺寸为100微米-10厘米；形状为管状或球状；材料为通用玻璃、塑料、陶瓷、生物相容性材料或者生物降解性材料。

本发明最后提供了所述仿生自组装多脉冲释药装置在制备控制药物释放型制剂中的应用。

本发明所述加入的药物量和交联剂的量根据具体的实际应用情况添加。

本发明所述内电解质为能形成沉淀晶体组分中的一种，所述外电介质为能形成沉淀晶体组分中的另一种。

当本发明释药装置所述沉淀环层为磷酸氢钙晶体、硫酸钡晶体、碳酸钙晶体时，其离子对组合为钙离子-磷酸氢根离子、钙离子-碳酸根离子、钡离子-硫酸根离子。凡能够在水中电离产生上述离子对的化合物组合均为本发明所述内外电解质，例如硝酸钙-磷酸氢二钠，氯化钙-磷酸氢二钠，氯化钙-磷酸氢二钾等属于同一钙离子-磷酸氢根离子对组合。

当本发明释药装置所述沉淀环层为药物沉淀晶体时，其离子对组合为氢离子-氢氧根离子。凡能够在水中电离产生上述离子对的化合物组合均为本发明所述内外电解质，例如盐酸-氢氧化钠，硫酸-氢氧化钠，盐酸-氢氧化钾等属于同一氢离子-氢氧根离子对组合。

本发明所述自组装多脉冲释药装置的制备方法步骤（3）中，所述直接将含完全凝固溶液的开口模具浸入外电解质溶液中制备脉冲释药装置，模具的材料为生物相容性或生物降解性材料，最好为生物降解性聚合物材料，以便在应用时直接埋入体内，例如聚乳酸。

因此，当所用模具为生物相容性或生物降解性材料，可以将所制得的释药装置直接做为植入剂，通过手术方法植入体内，从而发挥多脉冲释药的功能。

有益效果：本发明以成胶材料为基质，通过内电解质与外电介质反应生成的沉淀获得LRs结构，通过扩散得到的LRs周期性沉淀环作为多脉冲药物释放的载体，建立一个更直观、更便捷的释放体系，通过酶解作用考察LRs环的阻隔作用，从而控制药物的释放情况；其制备工艺简单、成本较低，通过制备工艺参数的调整能够精确控制药物释放时间。

现有LRs药物释放系统是通过离子的自然扩散来形成LRs，因而，无法精密地控制LRs的环个数和沉淀环层的密度；另一方面在利用LRs释放药物时也是通过酶解的自然动力学控制药物的释放的速度。本发明的优势如下：（以成胶材料明胶为例）

由于明胶在不同的化学条件下，如pH、离子浓度，明胶分子均带有电荷，因此明胶的密度可以通过电场的强度来调节。例如pH<7，明胶带正电，当明胶内的电极为正时，明胶与电极同性电荷相斥导致膨胀。相反则明胶收缩。另一方面，LRs的形成过程是内外电解质中的离子在明胶内相互扩散-反应-沉淀的过程。离子扩散的速度受外界电场的影响。因此，通过外加电场可以有效而精密地控制LRs的形成。基于同样的原因，在明胶被酶解时，外电场对酶解的速度也有影响。

因此，本发明释药装置制备过程中采用了电场，可以控制成环的密度，从而在无电场释放时，也可以控制脉冲的数量和脉冲周期；另外，在释放过程中加入电场，可以控制酶解的分解速度，加电场制备的脉冲装置在释放时，如果加电场，那么电场可以再次控制胶介质层的酶解，甚至阻断酶解，停止释放药物。

具体而言，本发明利用一维或者三维的LRs系统的载药方式可以分为三类：

第一种是：如说明书附图2所示，药物封装在相邻的沉淀环层之间，将比较稳定（与胶介质层和沉淀环层都不反应）的药物与成环前的含内电解质的胶混合液混合均匀，使凝胶化，然后浸于外电解质溶液扩散呈LRs环,使药物封装在胶介质层中。当胶介质在降解过程中，一层一层的释放达到多脉冲缓释效果。

第二种是：如说明书附图3所示，药物与成胶材料结合封装在沉淀环层之间，将含有能够与成胶材料（游离羧基游离氨基）反应的药物，与成胶材料反应，也就是将药物合成到成胶材料上，再在一定条件下形成LRs结构，使药物包封在胶介质层中，在成胶材料降解的过程中，药物被释放出来；

第三种是：如说明书附图4所示，药物在内电解质和外电解质扩散作用下一起扩散，内电解质和外电介质反应后，药物形成晶体，最终形成沉淀环层，在胶介质降解后，药物从沉淀环层释放出来。

本发明通过双向扩散制备仿生自组装多脉冲释药装置，由于所形成的沉淀环层和胶介质层的间隔排列，在一层中的药物受到另一层的阻隔作用，药物所在层降解后，药物脉冲释放一次，随后降解不含药物层，此时没有药物释放，进入药物释放平台期，然后各层依次循环降解，从而实现药物的多脉冲缓慢释放。所以，该装置能够实现药物的多脉冲缓慢释放，能够克服单一聚合装置必须通过刺激来触发药物释放的缺陷。因此本发明方案为分子或药物的传输提供了一种方法，对于控制药物释放和药物稳定性有更大的独立性。

本发明前两种载药方式，药物是通过物理键或者化学键与成胶材料相结合，在易降解的成胶材料降解的同时，药物释放出来，药物呈脉冲释放，并且一定时间内达到治疗所需的药物浓度。而第三种载药方式是药物本身的沉淀晶体形成沉淀环层，药物释放时必须先溶解，并且不一定能完全溶解，所以其释放时，不一定能形成完美的脉冲释放，且在一定时间内可能无法达到治疗所需的药物浓度。因此，与第三种载药方式相比较，前两种载药方式，具有更完美的脉冲释放效果，且在一定时间内药物的释放更加完全，足够达到治疗所需的药物浓度。

附图说明

图1是本发明电场多脉冲释药装置示意图；

图2本发明电场多脉冲释药装置载药方式一；

图3本发明电场多脉冲释药装置载药方式二；

图4本发明电场多脉冲释药装置载药方式三；

图5正电场装置示意图；

图6加电场与不加电场所制得的明胶球多脉冲释药装置；

图7加电场与不加电场所制得的明胶管状多脉冲释药装置；

图8模拟高效液相色谱紫外吸收的循环流程；

图9单纯明胶制成的凝胶酶解后的电压与时间关系图；

图10实施例3方法制备的空白多脉冲释药装置酶解过程的多脉冲释放图；

图11实施例3方法制备的多脉冲释药装置，在有电场和无电场情况下多脉冲释药过程，电压与时间的关系图；

图12三种载药方式的药物释放情况对比。

具体实施方式

加电场制备过程中，形成的正电场，如说明书附图5装置所示，定义为沿着扩散方向向下的方向，负电场即是与正电场方向相反。

实施例1仿生自组装多脉冲释药装置的制备（沉淀环层为磷酸氢钙晶体）

1）称取一定量明胶置容器中，加入双蒸水充分溶解，按质量体积比，制成浓度为1wt%的胶溶液；

2）将上述胶溶液与浓度为0.01mol/L的硝酸钙溶液混合，体积比为1：0.5，搅拌均匀，加入一定体积的质量分数为2%的戊二醛溶液，使明胶的交联度为2%，得混合交联胶溶液；

3）将维生素C加入到上述混合交联胶溶液中，以重量体积比计，维生素C的加入量为0.5%，混合均匀，注射器吸取一定量，静置1h后，缓慢推入两端开口的管状模具中，管口留出一定空间，静置使其完全凝固，将电极插入完全凝固的凝胶中，一端位于凝胶中心位置，一端露出凝胶；

4）将上述管状模具开口两端同时浸入浓度为0.1mol/L磷酸氢二钠溶液中，将直流电源的负极与凝胶中的电极连接，正极放置于上述磷酸氢二钠溶液中，构成直流电场，电压为1.0微伏，通过扩散，即得所述多脉冲释药装置。

形成的多脉冲释药装置，胶介质层为明胶，沉淀环层为磷酸氢钙晶体，维生素C分布在胶介质层中。

实施例2仿生自组装多脉冲释药装置的制备（沉淀环层为硫酸钡晶体）

1）称取一定量硅酸钠置容器中，加入双蒸水充分溶解，按质量体积比，制成浓度为80wt%的胶溶液；

2）将上述胶溶液与浓度为5mol/L的硝酸钡溶液混合，体积比为1：2，混合均匀后，搅拌1h，得混合交联胶溶液；

3）将维生素C加入到上述混合交联胶溶液中，以重量体积比计，利福平的加入量为5%，混合均匀，注射器吸取一定量，静置1-2h后，缓慢推入开口的球状模具管中，开口部留出一定空间，静置使其完全凝固，将电极插入完全凝固的凝胶中，一端位于凝胶中心位置，一端露出凝胶；

4）将上述完全凝固物取出，浸入浓度为50mol/L硫酸钠溶液中，将直流电源的负与凝胶中的电极连接，正极放置于上述硫酸钠溶液中，构成直流电场，电压为2伏特，通过扩散，即得所述多脉冲释药装置。

形成的多脉冲释药装置，胶介质层为硅胶，沉淀环层为硫酸钡晶体，利福平分布在胶介质层中。

实施例3仿生自组装多脉冲释药装置的制备（沉淀环层为磷酸氢钙晶体）

1）称取一定量明胶置容器中，加入双蒸水充分溶解，按质量体积比，制成浓度为3%的胶溶液；

2）将上述胶溶液与浓度为0.02mol/L的氯化钙溶液混合，体积比为1：1，混合均匀后加入一定体积的质量分数为1%的戊二醛溶液，搅拌1h，使明胶的交联度为1%，得混合交联胶溶液；

3）将维生素C加入到上述混合交联胶溶液中，以重量体积比计，维生素C的加入量为2%，混合均匀，注射器吸取一定量，静置1.5h后，缓慢推入开口的球状模具管中，静置使其完全凝固，将电极插入完全凝固的凝胶中，一端位于凝胶中心位置，一端露出凝胶；

4）将上述完全凝固物取出，浸入浓度为0.4mol/L磷酸氢二钠溶液中，将直流电源的负极与凝胶中的电极连接，正极放置于上述磷酸氢二钠溶液中，构成直流电场，电压为1.5伏特，通过扩散，即得所述多脉冲释药装置。

形成的多脉冲释药装置，胶介质层为明胶，沉淀环层为磷酸氢钙晶体，维生素C分布在胶介质层中。

实施例4仿生自组装多脉冲释药装置的制备（沉淀环层为磷酸氢钙晶体）

1）称取一定量明胶置容器中，加入双蒸水充分溶解，按质量体积比，制成浓度为3%的胶溶液；

2）将上述胶溶液与浓度为0.02mol/L的氯化钙溶液混合，体积比为1：1，混合均匀后加入一定体积的质量分数为1%的芥子酸溶液，搅拌1h，使明胶的交联度为1%，得混合交联胶溶液；

3）将维生素C加入到上述混合交联胶溶液中，以重量体积比计，维生素C的加入量为2%，混合均匀，注射器吸取一定量，静置1.5h后，缓慢推入开口的球状模具中，静置使其完全凝固；

4）将上述完全凝固物取出，浸入浓度为0.4mol/L磷酸氢二钠溶液中，放置在安静环境中，通过扩散，即得所述多脉冲释药装置。

形成的多脉冲释药装置，胶介质层为明胶，沉淀环层为磷酸氢钙晶体，维生素C分布在胶介质层中。

实施例5仿生自组装多脉冲释药装置的制备（沉淀环层为磷酸氢钙晶体）

1）称取一定量明胶置容器中，加入双蒸水充分溶解，按质量体积比，制成浓度为3%的胶溶液；

2）将上述胶溶液与浓度为0.02mol/L的氯化钙溶液混合，体积比为1：1，混合均匀后加入一定体积的质量分数为1%的戊二醛溶液，搅拌1h，使明胶的交联度为1%，得混合交联胶溶液；

3）将维生素C加入到上述混合交联胶溶液中，以重量体积比计，维生素C的加入量为2%，混合均匀，注射器吸取一定量，静置1.5h后，缓慢推入两端开口的管状模具管中，静置使其完全凝固，将电极插入完全凝固的凝胶中，一端位于凝胶中心位置，一端露出凝胶；

4）将上述完全凝固物取出，浸入浓度为0.4mol/L磷酸氢二钠溶液中，将直流电源的负极与凝胶中的电极连接，正极放置于上述磷酸氢二钠溶液中，构成直流电场，电压为1伏特，通过扩散，即得所述多脉冲释药装置。

形成的多脉冲释药装置，胶介质层为明胶，沉淀环层为磷酸氢钙晶体，维生素C分布在胶介质层中。

实施例6仿生自组装多脉冲释药装置的制备（沉淀环层为磷酸氢钙晶体）

1）称取一定量明胶置容器中，加入双蒸水充分溶解，按质量体积比，制成浓度为3%的胶溶液；

2）将上述胶溶液与浓度为0.02mol/L的氯化钙溶液混合，体积比为1：1，混合均匀后加入一定体积的质量分数为1%的芥子酸溶液，搅拌1h，使明胶的交联度为1%，得混合交联胶溶液；

3）将维生素C加入到上述混合交联胶溶液中，以重量体积比计，维生素C的加入量为2%，混合均匀，注射器吸取一定量，静置1.5h后，缓慢推入两端开口的管状模具中，静置使其完全凝固；

4）将上述完全凝固物取出，浸入浓度为0.4mol/L磷酸氢二钠溶液中，放置在安静环境中，通过扩散，即得所述多脉冲释药装置。

形成的多脉冲释药装置，胶介质层为明胶，沉淀环层为磷酸氢钙晶体，维生素C分布在胶介质层中。

实施例7仿生自组装多脉冲释药装置的制备（沉淀环层为磷酸氢钙晶体）

1）称取一定量明胶置容器中，加入双蒸水充分溶解，按质量体积比，制成浓度为3%的胶溶液；

2）将上述胶溶液与浓度为0.02mol/L的氯化钙溶液混合，体积比为1：1，混合均匀后加入一定体积的质量分数为1%的戊二醛溶液，搅拌1h，使明胶的交联度为1%，得混合交联胶溶液；

3）将维生素C加入到上述混合交联胶溶液中，以重量体积比计，维生素C的加入量为2%，混合均匀，注射器吸取一定量，静置1.5h后，缓慢推入开口的球状模具管中，静置使其完全凝固，将电极插入完全凝固的凝胶中，一端位于凝胶中心位置，一端露出凝胶；

4）将上述完全凝固物取出，浸入浓度为0.4mol/L磷酸氢二钠溶液中，将直流电源的正极与凝胶中的电极连接，负极放置于上述磷酸氢二钠溶液中，构成直流电场，电压为1伏特，通过扩散，即得所述多脉冲释药装置。

形成的多脉冲释药装置，胶介质层为明胶，沉淀环层为磷酸氢钙晶体，维生素C分布在胶介质层中。

实施例8仿生自组装多脉冲释药装置的制备（药物接枝到明胶分子上）

1）称取一量明胶、氯化钙和糖尿病治疗药物-胰岛素置容器中，加入双蒸水充分溶解，按质量体积比，制成浓度为5%的胶溶液；

2）将上述胶溶液与浓度为0.1mol/L的芥子酸溶液混合，体积比为1：1，混合均匀后，搅拌1h，即得明胶接枝胰岛素的凝胶溶液；

3）注射器吸取一定量上述明胶接枝胰岛素的凝胶溶液，静置1.5h后，缓慢推入开口的球状聚乳酸模具管中，静置使其完全凝固，将电极插入完全凝固的凝胶中，一端位于凝胶中心位置，一端露出凝胶；

4）将上述管状模具两端同时浸入浓度为0.5mol/L磷酸氢钙溶液中，将直流电源的负极与凝胶中的电极连接，正极放置于上述磷酸氢钙溶液中，构成直流电场，电压为10微伏，通过扩散，即得所述多脉冲释药装置。

形成的多脉冲释药装置，通过与芥子酸反应将胰岛素接枝到明胶分子上，胶介质层为明胶，沉淀环层为磷酸氢钙晶体。

实施例9仿生自组装多脉冲释药装置的制备（沉淀环层为药物晶体）

1）称取一量明胶和胰岛素置容器中，加入双蒸水充分溶解，按质量体积比，制成浓度为5%的胶溶液；

2）将上述胶溶液与浓度为0.04mol/L的氢氧化钠溶液混合，体积比为1：1，混合均匀后，搅拌1h，即得混合交联胶溶液；

3）注射器吸取上述混合交联胶溶液一定量，静置1.5h后，缓慢推入开口的聚乳酸球形模具中，静置使其完全凝固，将电极插入完全凝固的凝胶中，一端位于凝胶中心位置，一端露出凝胶；

4）将上述开口模具浸入浓度为0.1mol/L盐酸溶液中，将直流电源的负极与凝胶中的电极连接，正极放置于上述盐酸溶液中，构成直流电场，电压为1伏特，通过扩散，即得所述多脉冲释药装置。

形成的多脉冲释药装置，胶介质层为壳聚糖，沉淀环层为胰岛素晶体，即胰岛素分布在沉淀环层中。

实施例10电场对制备多脉冲释药装置的影响

本发明实施例3和4分别为施加电压为1.5伏特和不施加电压所制成的明胶球状释药装置，两者相比较，如说明书附图6所示。

本发明实施例5和6分别为施加电压为1伏特和不施加电压所制成的明胶管状释药装置，两者相比较，如说明书附图7所示。

实施例3和5施加的电场方向均为正电场方向。

由以上可知，无论是明胶球状释药装置，还是明胶管状释药装置，与不加电场的制备方法相比较，施加正电场所制备的释药装置，沉淀环变细，数量变多，从而会最终影响药物的脉冲释放周期。可能原因是因为电场的作用加快了离子的扩散速度，而使磷酸氢根离子向下扩散加快。

实施例11空白释药装置的酶解试验

1、最大吸收波长的确定：

明胶作为蛋白质可以通过多种蛋白酶分解，将制备的一定量的空白明胶溶液加入到50mL的两口烧瓶中，称取一定量的胰蛋白酶加入到烧瓶中，在37℃恒温磁力搅拌器中搅拌8h左右，待其完全分解成为深黄色的常温下不再凝固的溶液，将浑浊液离心分离得上层清液和沉淀。取上层清液1mL，分别稀释为0.1μg/mL、1μg/mL、10μg/mL的三个样品，通过紫外分光光度计在190-600nm的波长范围内测其最大吸收波长。空白为二次蒸馏水，测定其紫外吸收的最大吸收波长。明胶在波长为215nm左右有最大吸收值。2、测定装置的验证：

如说明书附图8所示，模拟高效液相色谱紫外吸收的循环流程，在胰蛋白酶的分解作用下利用高效液相色谱仪的循环系统来模仿人体自身的循环运载系统，通过酶的分解产生的物质可以经泵的作用运送到紫外吸收检测器，将检测到的紫外信号以时间-电压关系曲线得出，输出最终物质经细管从出液口出来，回到装有待测产品与酶的烧杯中，再经过滤头将液体通过压力泵吸收，通过这样的方式循环往复，这样随着时间的推移酶分解的明胶样品不断增多，经过多个循环过程，最终将玻璃管中的明胶分解完全。

如说明书附图9所示，是明胶质量分数为3%，交联度为0.5%时得到的凝胶，在高效液相色谱中在酶的缓慢分解作用下，经过不断的循环过程获得的电压与时间的关系图。从图中，可以看到，随着时间的进行，电压基本呈直线型上升，电压值即为紫外吸光度的体现，经过330min左右，电压值可以达到32mv，这就说明在酶的作用过程中，随着明胶被分解，浓度不断升高体现在图中电压值不断增大。这个结果证明了此装置可以实现明胶的生物可降解的缓慢释放。

3、空白释药装置的酶解试验：

采用本发明实施例3方法（施加电压为1伏特，形成正电场），不加药物所制得的空白释药装置，取出，用酒精擦拭管外消毒杀菌。称取一定量的胰蛋白酶加二次蒸馏水300mL于500mL的大烧杯中充分搅拌使其溶解，将释药装置管置于烧杯底部，将大烧杯置于恒温磁力搅拌器中缓慢搅拌，并调至37℃恒温使明胶在胰蛋白酶的作用下缓慢分解，把高效液相色谱仪的色谱柱取下，只用其循环反应，将过滤头与出液口同时放入烧杯中，使其通过过滤头抽取溶液经过循环从出液口再进入烧杯，如此不断循环，随着酶解过程中分解产物浓度改变测其在最大吸收波长时的紫外吸收。

这样，采用本发明实施例3方法（施加电压为1伏特，形成正电场），不加药物所制得的空白释药装置，在酶的分解作用下通过上面演示的循环过程示意图，将明胶不断分解。

如图说明书附图10所示，空白明胶在胰蛋白酶的作用下的分解过程，可以看到随着分解作用的不断进行，输出的电压会逐渐增强，整个图形呈阶梯状上升。这是由于在分解过程中遇到Liesegang沉淀环的阻隔作用。当刚加入胰蛋白酶开始缓慢分解时，由于在形成的LRs的图案中也会看到，管口处有一部分较厚的沉淀层，所以分解时用了一段时间，大约二十多分钟，这期间电压值几乎是不动的，随着分解过程的进行，产生的酶解物（多肽片段或氨基酸）浓度增大，电压迅速升高，到达第一个环带，但是由于沉淀带的阻隔作用使分解反应进行缓慢，随着时间的慢慢推移，这层堡垒慢慢被攻破，在这个过程中浓度不会迅速升高而是几乎趋于平行，这在一定程度上起到了缓慢释放的作用，由于酶的作用，当这层沉淀环慢慢被剥离之后，明胶继续被酶分解电压信号也不断升高直到达到第二个阻隔的环带，分解作用又会非常缓慢的进行，电压值又几乎不变，直到阻碍被打破，如此循环，就会形成如图10所示的阶梯状缓释图。

在分解过程中，发现交联之后的明胶很不易分解，当350分钟左右（5个多h）所有的明胶几乎全部分解，电压值不会再改变，图中也会发现当300min时最后一个沉淀环的阻隔作用不太明显，电压在缓慢的上升，这可能是由于Liesegang环在最后的形成过程中由于电解质浓度的不断消耗，最后不足以形成完全规整的环带，因此最优的释药装置应具有尽量完美的周期性沉淀。

实施例12载药自组装多脉冲释药装置的体外药物释放试验

（不加电场和加电场释放的效果对比）

采用本发明实施例3（施加电压1伏特，形成正电场）所制备的多脉冲释药装置，按照实施例11处理空白释药装置的方法处理；

再取同样的实施例3（施加电压1伏特，形成正电场）所制备的多脉冲释药装置，在以上方法处理的基础上，加电场释放--即在药物释放开始时，用石墨电极做电场正极插入到所述胰蛋白酶溶液中，以释药装置中的电极作为负极，施加微电压2V（电场设为正电场），置于37℃环境下恒温并在底部不断搅拌，进行缓释实验。

测定吸收时，按照维生素C的最大吸收波长测定，维生素C在252nm左右有最大的紫外吸收强度，因此调节波长为252nm，在此波长下测其时间-电压关系。

释放结果：如说明书附图11所示，通过观察得知，无论是否加电场，明胶携带的药物其释放过程中，电压均呈现明显的阶梯状升高。此装置在胰蛋白酶的作用下可以持续分解释放长达十几个小时，如图11所示，反应开始时由于一段较厚的沉淀层的存在，使刚开始的一个多小时分解缓慢，但是也是呈逐渐上升的趋势。以后在每个遇到环的间隔都会起到缓释作用，当第五个环带最后脱落时，由于还存在一部分无环的胶介质结构，酶的分解作用也将继续，就会出现如图所示最后上升的电压信号，最终在800-1000min左右分解完毕，之后就趋于平衡状态。

未施加电场的释药总时间为960min左右，与其相比，施加正电场后的释放总时间为800min左右，且每一阶段的释放速度更快，所以对于明胶多脉冲释药装置来说，释药时施加正电场，可以有效影响其周期释药速度和总的释药时间。所以在人体内植入这样的装置，不仅可以通过制备过程中加电场，也可以通过释药时施加电场，从而根据不同的病理情况控制药物的释放速度。

实施例13三种不同载药方式药物释放效果的比较

采用本发明实施例3（第一种载药方式）、实施例8（第二种载药方式），实施例9（第三种载药方式）所制备的多脉冲释药装置，按照实施例11处理空白释药装置的方法处理。根据释放曲线最后平台期的信号强度，可以计算释放药物量。根据加入的总药物量和释放药物量，可以计算最终的药物释放率。

如说明书附图12所示，三种载药方式的药物释放曲线（都是在各自所载药物的最大吸收波长下所得出的时间-电压曲线图），合并在同一张图中比较。可见三种载药方式都可以实现药物的多脉冲释放，第一种和第二种载药方式，每一个脉冲释药时间平均为70min左右，释放总时间为720min左右，药物释放率分别达到95%和94%。而第三种载药方式，释放总时间为880min左右，但是每一个脉冲释药时间约为110min左右，药物释放率仅为65%。因此，与第三种载药方式相比较，前两种载药方式，具有更完美的脉冲释放效果，且在一定时间内药物的释放更加完全，足够达到治疗所需的药物浓度。

实施例14本发明仿生自组装多脉冲释药装置的应用

采用更微型的管装置，利用本发明实施例3方法所制得的仿生自组装多脉冲释药装置，制备完成后，将释药装置取出，然后加入常规的辅料，混合均匀，装入胶囊，即得胶囊剂。

本发明实施例7所用模具为生物降解性材料聚乳酸，所以可以将所制得的释药装置直接做为植入剂，通过手术方法植入体内。

上述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

Claims (10)

1.一种自组装多脉冲释药装置，其特征在于：包括胶介质层、沉淀环层、药物和电极，所述胶介质层和沉淀环层间隔排列，所述药物分布在胶介质层中或沉淀环层中，所述电极一端位于装置中心位置，一端露出装置外。

2.根据权利要求1所述的一种自组装多脉冲释药装置，其特征在于：所述胶介质层的成胶材料为无机材料、可降解有机材料或生物相容性有机材料。

3.根据权利要求2所述的一种自组装多脉冲释药装置，其特征在于：所述无机材料为硅胶或海藻土；所述可降解有机材料为明胶、琼胶、改性纤维素、淀粉、壳聚糖或聚乳酸；所述生物相容性有机材料为聚乙烯醇、聚丙烯酸羟乙酯、聚炳烯酸羟丙酯、聚甲基丙烯羟乙酯、聚甲基丙烯酸羟丙酯或聚乙二醇。

4.根据权利要求1所述的一种自组装多脉冲释药装置，其特征在于：所述沉淀环层为磷酸氢钙晶体、硫酸钡晶体、碳酸钙晶体或者所述药物其本身的沉淀晶体。

5.根据权利要求1所述的一种自组装多脉冲释药装置，其特征在于：所述药物的分布方式为与材料分子通过物理键结合、化学键结合或者物理混合。

6.权利要求1-5任一项所述的自组装多脉冲释药装置的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将成胶材料、药物与内电解质先混合再以适当溶剂溶解，或分别溶解后再混合；成胶材料的浓度为1-80wt%；内电解质浓度为0.01-5mol/L；

（2）将（1）所制备的溶液注入开口模具中，静置使其完全凝固，将电极插入完全凝固的凝胶中，一端位于凝胶中心位置，一端露出凝胶；

（3）将（2）中完全凝固的混合溶液从模具中取出，或直接将含完全凝固溶液的开口模具浸入浓度为0.1-50mol/L的外电解质溶液中，将直流电源两极的任一极与凝胶中的电极连接，另一极放置于外电解质溶液中，构成直流电场，通过内外电解质的扩散，即得所述多脉冲释药装置。

7.根据权利要求6所述自组装多脉冲释药装置的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述内电解质和步骤（3）所述外电解质，是可反应生成沉淀晶体的离子对的组合。

8.根据权利要求7所述自组装多脉冲释药装置的制备方法，其特征在于：

当所述内电解质为能在水中电离出钙离子的电解质时，所述外电解质为能在水中电离出磷酸氢根离子或碳酸根离子的电解质；

当所述内电解质为能在水中电离出钡离子的电解质时，所述外电解质为能在水中电离出硫酸根离子的电解质；

当所述内电解质为能在水中电离出氢离子的电解质时，所述外电解质为能在水中电离出氢氧根离子的电解质。

9.根据权利要求6所述仿生自组装多脉冲释药装置的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述模具的尺寸为100微米-10厘米；形状为管状、球状；材料为通用玻璃、塑料、陶瓷、生物相容性材料或者生物降解材料。

10.权利要求1-5任一项所述的仿生自组装脉冲缓释药物装置在制备控制药物释放型制剂中的应用。

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