CN104208756A - 一种羧甲基壳聚糖微球的制备方法 - Google Patents

一种羧甲基壳聚糖微球的制备方法 Download PDF

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李鹏达
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刘媞
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Abstract

本发明涉及一种羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其具体操作为：使油相在油相管路中以一定流速流动，将羧甲基壳聚糖水相以缓慢速度从水相管路中垂直注入油相管路中，通过油相流体的剪切力将羧甲基壳聚糖水相分离成大小均匀的液滴，所述液滴随油相流动进入盛有交联剂乳液的容器，搅拌下交联固化成微球，分离，洗涤，干燥，即得。本发明所述方法制备的微球兼具有小粒径和高均一性的特点，能够提高介入疗法中栓塞的安全有效性，加强临床可操作性，降低临床安全事故率，产品无需进行过度筛分去除非目标粒径微球，降低生产成本，提高生产效率。

Description

一种羧甲基壳聚糖微球的制备方法
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体的涉及一种羧甲基壳聚糖微球的制备方法。
背景技术
随着现代医学的快速发展，在常规的药物治疗和手术治疗之外，一种新的治疗方式，即介入疗法日渐成熟。介入疗法的关键在于，采用适当粒径的微球对病变部位的血管进行栓塞，切断病变组织供血，达到抑制疾病发展的目的，有的微球还包含治疗药物，使药物在局部释放，发挥治疗作用。
壳聚糖为一种天然多糖，其衍生物如羧甲基壳聚糖等也表现出低毒、高降解性、高生物相容性等优良效果，近来，壳聚糖及其衍生物已被广泛应用于微球制备的研究。
介入疗法中使用微球的目的是对病变部位血管进行栓塞，因此，对微球的粒径均一性要求很高，一般偏差应在20%以下。但目前困扰医药技术领域人员的问题是，乳化-交联法、乳化-溶剂蒸发法等传统微球制备工艺所制得的微球粒径大小不均一，尤其是对于小粒径微球而言，介入栓塞疗法所需制备的微球粒径一般为50~500μm，属于小粒径微球，在这种粒径范围内，相同工艺下粒径差异将进一步增加，偏差往往在50%以上，为了将粒径偏差控制在20%以内，成品需要经过粒径筛选，造成大量物料浪费，因此，普通工艺制备的微球用于介入疗法疗效差，易造成异位栓塞，致死率高，安全性差，为弥补粒径不均一的缺陷需进行精密筛分，不仅费时费力，且造成物料损失，成本高。
因此，现有技术中缺少一种羧甲基壳聚糖微球的制备方法，可满足介入疗法栓塞技术对于微球应具备的小粒径和高均一性的要求，提高介入疗法的安全有效性，降低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其制备的微球兼具有小粒径和高均一性的特点，能够提高介入疗法中栓塞的安全有效性，加强临床可操作性，降低临床安全事故率，产品无需进行过度筛分去除非目标粒径微球，降低生产成本，提高生产效率。
本发明提供的技术方案为：
一种羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其具体操作为：使油相在油相管路中以一定流速流动，将羧甲基壳聚糖水相以缓慢速度从水相管路中垂直注入油相管路中，通过油相流体的剪切力将羧甲基壳聚糖水相分离成大小均匀的液滴，所述液滴随油相流动进入盛有交联剂乳液的容器，搅拌下交联固化成微球，分离，洗涤，干燥，即得。
优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述油相选自液体石蜡、大豆油、花生油、航空煤油或其中任两种成分任意比例的混合物。
进一步优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述油相为液体石蜡和大豆油的以体积比（1~4）：1的混合物。
进一步优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述油相为液体石蜡和航空煤油以体积比（1~4）：1的混合物。
进一步优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述油相中进一步添加占油相总体积百分比为2%的第一乳化剂，所述第一乳化剂选自月桂醇聚醚硫酸酯、司盘80或十二烷基苯磺酸钠。
优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述羧甲基壳聚糖水相为将羧甲基壳聚糖溶解于纯化水中制得的溶液，其中羧甲基壳聚糖的质量百分含量为1~5%，优选为1.5%。
进一步优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述羧甲基壳聚糖水相中进一步添加占溶液质量百分含量为0.5~1.5%的NaCl、NaHCO3或Na2CO3。
优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述交联剂乳液由交联剂水溶液：油相：第二乳化剂以体积比100：100：（0.5~2）的比例混合乳化而成，其中，交联剂水溶液中交联剂的体积百分含量为1~10%，优选为5%，所述交联剂选自戊二醛、京尼平或原花青素，所述第二乳化剂选自吐温20、卵磷脂或豆磷脂。
进一步优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述交联剂水溶液中进一步加入占交联剂水溶液质量百分含量为0.5~2%的NaCl。
优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，交联固化的时间为2~20h。
优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述干燥为冷冻干燥或真空低温干燥。
所述低温一般是指45℃以下，洗涤采用石油醚等脂溶性有机溶剂洗涤。
优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述羧甲基壳聚糖水相溶液注入油相时的管孔内径为50~150μm，注入时羧甲基壳聚糖水相溶液流速为1-20μL/min；油相流速为200-2000μL/min。
进一步优选地，本发明所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其中，所述油相管路内径为500~1000μm。
优选地，本发明所述的壳聚糖微球的制备方法，其中，所述干燥步骤替换为将洗涤后微球以1g：（1~10）ml的比例置于生理盐水或PBS缓冲溶液中保存。
本发明技术方案可实现以下积极效果：
（1）本发明方法所得的羧甲基壳聚糖微球粒径均一，粒径大小偏差达到20%以下，用于制备栓塞剂，所得产品在临床上具有可操作性，安全系数高，异位栓塞致死率低。
（2）与普通工艺制成的微球相比，本发明所得微球产品圆整度高，表面光滑，手术后微球更容易到达病变部位，因此栓塞有效率大大提高。
（3）所得产品分离干燥后粒径均一，不需精细筛分，产品收率高，物料损失小，与常规乳化-交联工艺相比，物料成本降低85%甚至更高。
（4）本发明方法对羧甲基壳聚糖溶液浓度进行了选择，当浓度低于0.5%时，微球干燥后体积缩小为干燥前的20%以下，所得产品粒径过小；浓度高于8%则容易堵塞管路，产品圆整度差，因此浓度范围优选为1~5%。
（5）本发明方法对油相进行了筛选，筛选对象包括液体石蜡、石油醚、二氯甲烷、矿物油、大豆油、花生油、航空煤油等，其中，单独采用石油醚、矿物油制备出合格微球难度较大，因而放弃，单独采用液体石蜡、大豆油、花生油或航空煤油能制备出合格微球，但工艺稳定性非最优，最终，采用液体石蜡和大豆油或航空煤油配比作为油相效果最佳，所得油相剪切力强，密度适中，流动性好，可在低流速下剪切出小粒径液滴，同时油相流体稳定性好，产品质量稳定均一。加入第一乳化剂剪切液滴不拖尾，交联后微球圆整度好。
（6）交联剂的选择，本发明对比了几种交联剂，最终选择戊二醛、京尼平或原花青素，其中戊二醛效果最佳，并且，交联剂浓度过小时，液滴交联较慢，液滴深部交联程度低，成品微球强度差易碎裂，浓度过高造成浪费，且不易洗涤除去，因此最终确定1~10%，交联剂中加入第二乳化剂，本发明优选了吐温20，卵磷脂或豆磷脂，优选的交联剂渗透力强，可以促进交联溶液乳化，缩短交联时间，使交联反应过程更加稳定，微球深部交联完全，干燥产品强度好，产品收率高，质量均一。
（7）在制备过程中意外的发现，配制交联剂溶液中加入氯化钠代替纯水能够使交联过程中交联剂更好的渗透进液滴内部，配合合理选择的第二乳化剂，使微球内部交联完全，产品强度好。
（8）本发明对于管路的直径、流速均作了考察，最终确定油相管路、水相管路的孔径和各自流速的范围，在此范围内，可制得本发明优选的粒径大小的微球，且产品质量稳定，圆整度、均一度、硬度均达到理想标准。
附图说明
图1 本发明制备方法水相管路和油相管路连接示意图；
其中，1为油相管路，2为水相管路，3液滴；
图2 本发明实施例1所得微球扫描电镜图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做以下阐述，所述实施例仅为对本发明的解释和说明，不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1
1、物料准备：称取羧甲基壳聚糖0.5 g溶于50 mL生理盐水中制成羧甲基壳聚糖水相；按体积比8：2：0.2量取液体石蜡，大豆油和月桂醇聚醚硫酸酯混匀配制成油相1 L（可循环使用）；量取40 mL 体积百分含量50%的戊二醛水溶液溶解于160 mL生理盐水中，加入4ml豆磷脂制成戊二醛溶液，与200mL制备好的油相混合，搅拌乳化制成戊二醛乳液，备用；
2、制备过程：采用用保定兰格恒流泵有限公司生产的BT100-2J型蠕动泵将贮油罐中的油相泵出，输入管径为800μm的透明硅胶管中，如附图1所示，将盛有羧甲基壳聚糖水相溶液的注射器（水相管路2）尖端从该透明硅胶管（油相管路1）一侧垂直插入，注射器后连接有注射泵，注射泵采用保定兰格恒流泵有限公司生产的LSP02-1B型注射泵，注射器针头内径为120μm，调节蠕动泵使油相在透明硅胶管内流速为800μL/min，调节注射泵使羧甲基壳聚糖水相流速为10μL/min，羧甲基壳聚糖水相受油相剪切力作用成为液滴3进入油相，和油相一起流动，从透明硅胶管末端进入盛有戊二醛溶液的成型罐中，搅拌反应，待所有羧甲基壳聚糖水相溶液注入完毕后继续交联反应10小时，将所得的固化微球抽滤分离，用石油醚洗涤，冷冻干燥，无需过筛，制得干燥微球0.62g。
3、理化检测结果见表1：
表1  实施例1微球理化检测结果
。
实施例2
1、物料准备：称取羧甲基壳聚糖0.75 g溶于50 mL质量百分含量为0.6%的NaHCO3中制成羧甲基壳聚糖水相，按体积比5：5：0.2量取液体石蜡，航空煤油和司盘80混匀配制成油相1 L（可循环使用），量取40 mL体积百分含量50%的戊二醛水溶液溶解于160 mL生理盐水中，加入4ml吐温20，与200mL制备好的油相混合，搅拌乳化制成戊二醛乳液；
2、制备过程：采用用保定兰格恒流泵有限公司生产的BT100-2J型蠕动泵将贮油罐中的油相泵出，输入管径为1000μm的透明硅胶管中，如附图1所示，将盛有羧甲基壳聚糖水相溶液的注射器（水相管路2）尖端从该透明硅胶管（油相管路1）一侧垂直插入，注射器后连接有注射泵，注射泵采用保定兰格恒流泵有限公司生产的LSP02-1B型注射泵，注射器针头内径为100μm，调节蠕动泵使油相在透明硅胶管内流速为250μL/min，调节注射泵使羧甲基壳聚糖水相流速为5μL/min，羧甲基壳聚糖水相受油相剪切力作用成为液滴3进入油相，和油相一起流动，从透明硅胶管末端进入盛有戊二醛溶液的成型罐中，搅拌反应，待所有羧甲基壳聚糖水相溶液注入完毕后继续交联反应5小时，将所得的固化微球抽滤分离，用石油醚洗涤，冷冻干燥，无需过筛，制得干燥微球0.93g。
3、理化检测结果见表2：
表2 实施例2理化检测结果
。
实施例3
1、物料准备：称取羧甲基壳聚糖1.5 g溶于50 mL纯化水中制成羧甲基壳聚糖水相，按体积比10：0.2量取液体石蜡和十二烷基苯磺酸钠混匀配制成油相1 L（可循环使用），量取40 mL体积百分含量为50%的戊二醛水溶液溶解于160 mL生理盐水中，加入4ml卵磷脂，与200mL油相混合，搅拌乳化，制成戊二醛乳液；
2、制备过程：采用用保定兰格恒流泵有限公司生产的BT100-2J型蠕动泵将贮油罐中的油相泵出，输入管径为500μm的透明硅胶管中，如附图1所示，将盛有羧甲基壳聚糖水相溶液的注射器（水相管路2）尖端从该透明硅胶管（油相管路1）一侧垂直插入，注射器后连接有注射泵，注射泵采用保定兰格恒流泵有限公司生产的LSP02-1B型注射泵，注射器针头内径为150μm，调节蠕动泵使油相在透明硅胶管内流速为1600μL/min，调节注射泵使羧甲基壳聚糖水相溶液流速为20μL/min，羧甲基壳聚糖水相受油相剪切力作用成为液滴3进入油相，和油相一起流动，从透明硅胶管末端进入盛有戊二醛溶液的成型罐中，搅拌反应，待所有羧甲基壳聚糖水相溶液注入完毕后继续交联反应8小时，将所得的固化微球抽滤分离，用石油醚洗涤，冷冻干燥，制得干燥微球1.88g。
3、理化检测结果见表3：
表3 实施例3微球理化检测结果
。
实施例4
1、物料准备：与实施例2相同，仅未在戊二醛溶液中加入第二乳化剂；
2、制备过程：与实施例2相同，制得干燥合格微球0.59g。
3、理化检测见表4：
表4 实施例4微球理化检测结果
。
分析：与实施例2相比，交联溶液乳化不充分，部分微球发生粘连，收率有所下降，微球圆整度有影响，说明第二乳化剂的加入对收率及产品质量有改善。
实施例5
1、物料准备：与实施例1相同，仅油相中未加入第一乳化剂；
2、制备过程：与实施例1相同，制得干燥微球0.65g。
3、理化检测见表5：
表5 实施例5微球理化检测结果
。
分析：油相中加入司盘80可改善球形拖尾的问题。
实施例6
1、物料准备：与实施例1相同，仅戊二醛采用纯水溶解，替代实施例1中的生理盐水；
2、制备过程：与实施例1相同，制得干燥微球0.66g。
3、理化检测见表6：
表6 实施例6微球理化检测结果
。
分析：本实施例产品与实施例1的产品进行对比，用手指同样力度碾压，本实施例产品更易碎裂，说明NaCl的加入使交联充分，增加产品强度。
实施例7
操作过程与实施例1相同，仅将冷冻干燥改为将所得1.55g湿微球置于100mL PBS缓冲溶液中保存。
理化检测见表7：
表7  实施例7微球理化检测结果
。
实施例8
操作过程与实施例1相同，仅用原花青素代替戊二醛，交联时间15h，所得产品与实施例1基本相同。
实施例9
操作过程与实施例1相同，仅用京尼平代替戊二醛，交联时间12h，所得产品与实施例1基本相同。
对比例1
1、物料准备：与实施例1相同，仅油相采用单一石油醚；
2、制备过程：与实施例1相同。
3、理化检测见表8：
表8 实施例8微球理化检测结果
。
分析：采用石油醚作为油相，交联过程中微球易粘连，产生微球圆整度差，粒径偏差增大等问题。
试验例1  猪肾动脉栓塞试验
1.材料与方法：
（1）实验动物：小型猪10 头, 体重40~ 45 kg, 雌雄各半；
（2）受试产品：实施例3制得的羧甲基壳聚糖微球( 干燥平均粒径: 210μm, 生理盐水溶胀后平均粒径: 552.5μm)作为栓塞剂, 由石家庄亿生堂医用品有限公司制备。
（3）栓塞及评价方法：
①动物麻醉与静脉取血：动物麻醉前12 h 禁食，以氯胺酮0.8 g肌肉注射行前期麻醉，取前腔静脉血作实验室检查，然后在猪耳缘静脉埋置套管针，以5%戊巴比妥钠静脉注射维持麻醉。
②肾动脉栓塞：麻醉后的动物注入肝素钠，在ESAOTE Car isSun 彩色多普勒超声导引下以18G 穿刺针穿刺股动脉，置入5F导管鞘。引入5F的Cobra导管对双肾动脉注射碘海醇造影，选择左侧肾动脉，在透视下经导管缓慢间断注入实施例3羧甲基壳聚糖微球与碘海醇的混合液对肾动脉进行栓塞，以透视监视下不产生返流为原则，直至血流明显减慢或接近停滞，注入羧甲基壳聚糖微球剂量100~ 200 mg，注射时间5~ 10 min，栓塞后再次行左肾动脉造影显示栓塞效果。
③影像学( DSA、CT ) 复查：10 头实验动物分别于栓塞后1、2、4、8 周随机抽取2头行DSA、CT 复查栓塞情况。
（4）栓塞效果评价：所有动物存活，无栓塞异位；术后1~2 天有不同程度的精神萎靡、食欲欠佳、活动迟滞, 2天左右后逐渐恢复正常的饮食与活动；影像学结果显示栓塞前肾动脉主干及分支显影良好、形态自然光滑，实质染色均匀；肾动脉栓塞后即刻造影显示肾动脉的中、远端阻断，呈残根状，实质不见染色。
（5）组织相容性观察
上述研究中，所有实验动物存活，无严重并发症发生；栓塞后定期复查的血常规及肝功、肾功指标与栓塞前无显著性差异；组织学检查显示微球栓塞的小动脉周围出现炎症反应；2周后逐渐减轻，7~8 周时基本恢复正常，表明羧甲基壳聚糖微球对动物机体的影响比较小，生物相容性良好。
（6）栓塞后生物降解观察
栓塞后定期肾动脉造影复查的结果显示部分被栓塞的动脉出现再通，随着栓塞时间的延长，动脉再通情况逐渐增加；组织学检查显示在栓塞后1周时弓状动脉内可见的栓塞微球形态已经不完整，动脉腔内出现空隙，栓塞后2周时弓状动脉分支内可找到微球，形态进一步缺失碎裂，至栓塞后8 周时观察微球消失。上述动态变化反映出羧甲基壳聚糖微球微球在动物体内具有可降解性。
结论：本研究动物肾动脉栓塞的体内实验研究表明：羧甲基壳聚糖微球栓塞效果明显，体内可降解，生物相容性良好。

Claims (14)

1.一种羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：具体操作为：使油相在油相管路中以一定流速流动，将羧甲基壳聚糖水相以缓慢速度从水相管路中垂直注入油相管路中，通过油相流体的剪切力将羧甲基壳聚糖水相分离成大小均匀的液滴，所述液滴随油相流动进入盛有交联剂乳液的容器，搅拌下交联固化成微球，分离，洗涤，干燥，即得。
2.如权利要求1所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述油相选自液体石蜡、大豆油、花生油、航空煤油或其中任两种成分任意比例的混合物。
3.如权利要求2所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述油相为液体石蜡和大豆油的以体积比（1~4）：1的混合物。
4.如权利要求2所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述油相为液体石蜡和航空煤油以体积比（1~4）：1的混合物。
5.如权利要求2~4中任一项所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述油相中进一步添加占油相总体积百分比为2%的第一乳化剂，所述第一乳化剂选自月桂醇聚醚硫酸酯、司盘80或十二烷基苯磺酸钠。
6.如权利要求1所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述羧甲基壳聚糖水相为将羧甲基壳聚糖溶解于纯化水中制得的溶液，其中羧甲基壳聚糖的质量百分含量为1~5%，优选为1.5%。
7.如权利要求6所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述羧甲基壳聚糖水相中进一步添加占溶液质量百分含量为0.5~1.5%的NaCl、NaHCO3或Na2CO3。
8.如权利要求1所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述交联剂乳液由交联剂水溶液：油相：第二乳化剂以体积比100：100：（0.5~2）的比例混合乳化而成，其中，交联剂水溶液中交联剂的体积百分含量为1~10%，优选为5%，所述交联剂选自戊二醛、京尼平或原花青素，所述第二乳化剂选自吐温20、卵磷脂或豆磷脂。
9.如权利要求8所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述交联剂水溶液中进一步加入占交联剂水溶液质量百分含量为0.5~2%的NaCl。
10.如权利要求1所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：交联固化的时间为2~20h。
11.如权利要求1所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述干燥为冷冻干燥或真空低温干燥。
12.如权利要求1~11中任一项所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述羧甲基壳聚糖水相溶液注入油相时的管孔内径为50~150μm，注入时羧甲基壳聚糖水相溶液流速为1-20μL/min；油相流速为200-2000μL/min。
13.如权利要求12所述的羧甲基壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述油相管路内径为500~1000μm。
14.如权利要求1~11所述的壳聚糖微球的制备方法，其特征在于：所述干燥步骤替换为将洗涤后微球以1g：（1~10）ml的比例置于生理盐水或PBS缓冲溶液中保存。
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