CN104288122A - 生物可降解plga/pcl复合微胶囊及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊及其制备方法，包括以下步骤：将PLGA和PCL添加到有机溶剂中，溶解得到分散相；将PVA完全溶解于水，得到连续相；将分散相和连续相从不同的入口注入微流控芯片的微通道中，复合油相将会在微通道的交界处被水相剪切形成水包油的单乳液；在微通道的出口处，用含PVA的水相收集液接收形成的O/W单乳液；将收集液在室温下放置，得到固化的复合微胶囊；过滤，用去离子水充分洗涤所得的复合微胶囊，自然干燥，得到生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊。本发明合成的PLGA/PCL微胶囊粒径分布较窄，PLGA构成了光滑的囊壁和内部的颗粒，PCL构成了微胶囊的内部填充物。

Description

生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物微胶囊及其制备方法，具体涉及生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊及其制备方法。
 
背景技术
       微流控技术是一种在微纳米尺度对流体或样品进行精确操纵、处理与控制的技术。该技术兴起于20世纪90年代，是物理、化学、生物和工程多学科交叉的新领域，在DNA芯片、芯片实验室、微进样技术、微热力学等方面发展迅速。利用微流控技术合成液滴是其中最具代表性的应用之一。微流控技术合成的液滴可以看作一个个独立的微反应器，可用于物质的运输、混合、反应和分析等(J. T. Wang, J. Wang, J. J. Han, Small 2011, 7, 1728-1754)。虽然用于液滴合成的微流控装置多种多样，但其基本结构大致可分成两大类：T型T-junction (T. Nisisako, T. Torii, T. Higuchi, Lab Chip 2002, 2, 24) 和流体聚焦型Flow-focusing (S. L.Anna, N. Bontoux, H A. Stone, Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 364)。这两类装置都可以形成粒径均一、尺寸和形貌可控的粒子。相比而言，流体聚焦型微流控装置更多地用于制备单分散、具有不同形状的聚合物粒子，包括球型、棒状、圆盘状、椭球型和中空结构等。微流控芯片的材质有很多种，常用的有玻璃、硅、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)，此外金属、陶瓷、聚丙烯、聚碳酸酯等也可以通过微加工的方法来制作芯片。
       过去二十年间，具有生物可降解和生物相容性的聚合物材料受到了人们的广泛关注。此类材料本体及其降解产物均无毒、无害且环境友好，目前已大量应用于生物医学领域(C. H. Yang, K. S. Huang, Y. S. Lin, etc. Lab Chip, 2009, 9, 961-965)。由该聚合物材料制备的微球，可用作药物缓释载体，实现药物的靶向定位和可控释放(R. Langer, Science 1990, 249, 1527)。然而，目前常见的单一组分的聚合物微球在药物缓释性能或者亲疏水性等方面存在不足，因而制备多组分的聚合物微球显得尤为重要。
       聚己内酯(PCL)和聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)均具有良好的生物相容性和生物可降解性，常用作药物载体。虽然PLGA的亲水性高于PCL，但降解速率较快，两者单独使用时，都存在各自的缺陷。因此，将两者共混制备双组分的聚合物微胶囊(W. Zheng, International journal of pharmaceutics, 2009, 374, 90-95)既可以克服PCL亲水性差的问题，又可以减慢微胶囊整体的降解速率。
       
发明内容
       本发明的目的在于提供生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊及其制备方法，利用微流控技术合成单分散、粒径均一且具有多层结构的PLGA/PCL复合微胶囊，旨在解决传统乳液法制备药物载体微球时，出现的粒径分布宽、包封率低、药物释放过快的缺点。
本发明的具体技术方案如下。
生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
a．将PLGA和PCL添加到有机溶剂中，通过搅拌使其完全溶解得到PLGA/PCL复合油相，作为分散相；
b．将PVA完全溶解于水，得到PVA水相，作为连续相；
c.将步骤a得到的分散相和步骤b得到的连续相分别以0.1～5ml/h和0.1～20ml/h的流速从不同的入口注入微流控芯片的微通道中，PLGA/PCL复合油相将会在微通道的交界处被水相剪切形成水包油（O/W）的单乳液；
d．在微通道的出口处，用含PVA的水相收集液接收形成的O/W单乳液；
e．收集完全后，将收集液在室温下放置24h～48h，使油相液滴中的有机溶剂挥发，得到固化的复合微胶囊；
f．过滤收集液，用去离子水充分洗涤所得的复合微胶囊，而后自然干燥，得到生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊。
上述方法中，步骤a中所述PLGA的分子量Mw=10~100 kDa,，其中LA/GA=3~1（乳酸/羟基乙酸）；PCL分子量为50~150 kDa。
上述方法中，步骤a中PLGA与PCL的质量比为1/10~10/1；两种聚合物与有机溶剂的质量体积比为（1/500~1/1）g/ml。
上述方法中，步骤a中所述有机溶剂为氯仿、二氯甲烷、甲苯、乙酸乙酯或碳酸二甲酯。
上述方法中，步骤b中，所述PVA水相中PVA浓度为0.1wt%～5wt%。
上述方法中，步骤c中，分散相的流速为0.1～5ml/h；连续相的流速为0.1～20ml/h。
上述方法中，步骤d中，收集液中PVA的含量为0.1wt%～7wt%。
生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊，所述复合微胶囊具有光滑的囊壁和多芯内核，其中PLGA构成光滑的囊壁和多芯内核，PCL构成内部填充物，而且复合微胶囊单分散性好，粒径分布较窄，变异系数CV（标准差与平均值的比值）低于3%。
本发明所用的微流控芯片既可通过微加工技术制作也可由同心共轴毛细管撘建。前者涉及微通道的设计、制作、封接以及通道的表面改性等；后者涉及毛细管的拉伸、组装和毛细管内壁的表面改性等。其中，微加工技术制作微流控芯片的具体步骤是，先利用绘图软件绘制微通道的图案，经过光刻或压印的过程将微通道的图案转移至硅片、玻璃、PMMA、PDMS等基材上，而后将微通道与盖片封接，接着对通道表面进行改性。然后，利用上述制作的微流控芯片来制备PLGA/PCL复合微胶囊。
与现有技术相比，本发明的优势为：
本发明结合了流体聚焦型液滴微流控技术和相分离的特点，成功制备出具有光滑囊壁和多芯内核的PLGA/PCL复合微胶囊并实现了对其结构和尺寸的精确控制。通过对现有微流控装置尺寸的改进，复合微胶囊可以稳定地形成且粒径分布较窄，其变异系数低于3%。PLGA构成了光滑的囊壁和多芯内核，PCL构成了微胶囊的内部填充物。因此，外层的PLGA将使微胶囊的亲水性得到明显提高。
 
附图说明
图1为实施例1的微流控装置示意图。
图2为实施例1合成的复合微胶囊整体扫描电镜图。
图3为实施例1合成的复合微胶囊粒径分布图。
图4为实施例1合成的复合微胶囊截面扫描电镜图。
图5为实施例1合成的复合微胶囊体外降解扫描电镜图。
图6为实施例2合成的复合微胶囊整体扫描电镜图。
图7为实施例3合成的复合微胶囊整体扫描电镜图。
 
具体实施例
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
称取0.1 g PLGA（LA/GA =75/25, Mw=100 kDa）和0.1 g PCL (Mw=150 kDa)加入到5 ml氯仿中，在300 rpm转速搅拌30 min，得到PLGA/PCL的复合油相，作为分散相。称取10 g PVA加入到490 ml去离子水中，搅拌10 min后加热到70 ℃使PVA完全溶解，冷却后得到2wt%PVA水相，作为连续相。用注射泵将两相以一定的流速送入流体聚焦型微流控芯片中。其中，分散相流速为0.2 ml/h；连续相流速为0.4 ml/h。在微流控芯片的出口处用2wt%PVA水溶液(300ml)收集产生的水包油单乳滴。1h后，终止接收。将收集到的乳滴在室温下静置24 h，使油滴中的有机溶剂挥发，得到固化的复合微胶囊。过滤收集液，用去离子水洗涤3遍后自然干燥，得到生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊。称取5mg的生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊于20 mL磷酸盐缓冲液（PH=7.4）中，放置于温度37℃，转速90 r/min的摇床中培养五周，每隔一周补充新鲜的磷酸盐缓冲液。五周后，取出样品，用去离子水清洗3次，自然干燥，所得物质的扫描电镜图见图5。
图1为实施例1的微流控装置示意图。
图2为实施例1制备的复合微胶囊整体形貌图。可以看到复合微胶囊表面光滑，球形完整，PLGA组成了外壳。
图3为实施例1制备的复合微胶囊粒径分布图。由拟合的曲线可以看出复合微胶囊粒径分布较窄，变异系数CV低于3%，且平均粒径为47 μm。
图4为实施例1制备的复合微胶囊截面图。可以看到复合微胶囊具有明显的分层结构，PLGA构成了光滑的囊壁和内部的颗粒，PCL构成了微胶囊的内部填充物。
图5为实施例1制备的复合微胶囊体外降解图。发现复合微胶囊的表面由光滑变得粗糙，说明表面的PLGA已经降解。
实施例2
称取0.1 g PLGA（LA/GA =75/25, Mw=60 kDa）和0.1 g PCL (Mw=100 kDa)加入到8 ml甲苯中，在400 rpm转速搅拌20 min，得到PLGA/PCL的复合油相，作为分散相。称取25 g PVA加入到475 ml去离子水中，搅拌30 min后加热到70 ℃使PVA完全溶解，冷却后得到5wt%PVA水相，作为连续相。然后用注射泵将两相以一定的流速送入T型微流控芯片中。其中，分散相流速为0.4 ml/h；连续相流速为0.4 ml/h。在微流控芯片的出口处将5wt%PVA水溶液(100 ml)收集产生的水包油单乳滴。30 min后，终止接收。将收集到的乳滴在室温下静置48 h，使油滴中的有机溶剂挥发，得到固化的复合微胶囊。过滤收集液，用去离子水洗涤3遍后自然干燥，得到生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊（图6）。
 
实施例3
称取0.125 g PLGA（LA/GA =75/25, Mw=80 kDa）和0.125 g PCL (Mw=120 kDa)加入到5 ml二氯甲烷中，在500 rpm转速搅拌10 min，得到PLGA/PCL的复合油相，作为分散相。称取5 g PVA加入到495 ml去离子水中，搅拌10 min后加热到70 ℃使PVA完全溶解，冷却后得到1wt%PVA水相，作为连续相。然后用注射泵将两相以一定的流速送入流体聚焦型微流控芯片中。其中，分散相流速为0.4 ml/h；连续相流速为0.3 ml/h。在微流控芯片的出口处用1wt%PVA水溶液(200 ml)收集产生的水包油单乳滴。30 min后，终止接收。将收集到的乳滴在室温下静置24 h，使油滴中的有机溶剂挥发，得到固化的复合微胶囊。过滤收集液，用去离子水洗涤3遍后自然干燥，得到生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊（图7）。
 
实施例4
称取0.05 g PLGA（LA/GA =75/25, Mw=50 kDa）和0.15 g PCL (Mw=80 kDa)加入到5 ml 乙酸乙酯中，在500 rpm转速搅拌10 min，得到PLGA/PCL的复合油相，作为分散相。称取5 g PVA加入到495 ml去离子水中，搅拌10 min后加热到70 ℃使PVA完全溶解，冷却后得到1wt%PVA水相，作为连续相。然后用注射泵将两相以一定的流速送入流体聚焦型微流控芯片中。其中，分散相流速为0.4 ml/h；连续相流速为2 ml/h。在微流控芯片的出口处用1wt%PVA水溶液(200ml)收集产生的水包油单乳滴。30 min后，终止接收。将收集到的乳滴在室温下静置24h，使油滴中的有机溶剂挥发，得到固化的复合微胶囊。过滤收集液，用去离子水洗涤3遍后自然干燥，得到生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a．将PLGA和PCL添加到有机溶剂中，通过搅拌使其完全溶解得到PLGA/PCL复合油相，作为分散相；
b．将PVA完全溶解于水，得到PVA水相，作为连续相；
c.将步骤a得到的分散相和步骤b得到的连续相分别以0.1～5ml/h和0.1～20ml/h的流速从不同的入口注入微流控芯片的微通道中，PLGA/PCL复合油相将会在微通道的交界处被水相剪切形成水包油（O/W）的单乳液；
d．在微通道的出口处，用含PVA的水相收集液接收形成的O/W单乳液；
e．收集完全后，将收集液在室温下放置24h～48h，使油相液滴中的有机溶剂挥发，得到固化的复合微胶囊；
f．过滤收集液，用去离子水充分洗涤所得的复合微胶囊，而后自然干燥，得到生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊。
2.根据权利要求1所述的生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤a中所述PLGA的分子量Mw=10~100 kDa,，其中乳酸/羟基乙酸即LA/GA=3~1；PCL分子量为50~150 kDa。
3.根据权利要求1所述的生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤a中PLGA与PCL的质量比为1/10~10/1；两种聚合物与有机溶剂的质量体积比为（1/500~1/1）g/ml。
4.根据权利要求1所述的生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤a中所述有机溶剂为氯仿、二氯甲烷、甲苯、乙酸乙酯或碳酸二甲酯。
5.根据权利要求1所述的生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述PVA水相中PVA浓度为0.1wt%～5wt%。
6.根据权利要求1所述的生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤c中，分散相的流速为0.1～5ml/h；连续相的流速为0.1～20ml/h。
7.根据权利要求1所述的生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤d中，收集液中PVA的含量为0.1wt%～7wt%。
8.权利要求1-7任一一项所述的制备方法制备得到生物可降解PLGA/PCL复合微胶囊，其特征在于，所述复合微胶囊具有光滑的囊壁和多芯内核，其中PLGA构成光滑的囊壁和多芯内核，PCL构成内部填充物，而且复合微胶囊单分散性好，粒径分布较窄，变异系数CV低于3%。
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