CN104829851A - 一种精确控制粒径的单分散明胶栓塞微球的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种精确控制粒径的单分散明胶栓塞微球的制备方法。该方法通过微流控液滴操控技术首先在微通道反应器中形成油包水的微液滴，交联剂与明胶水溶液作为分散相同时引入油包水体系，直接固化成球。通过调节连续相和分散相流速以及两种分散相流速可以精确调控明胶微球粒径、球形度。本发明方法制备工艺简单、快速、过程可控。制备的明胶微球用作栓塞剂，以及用于细胞的培养或载入抗肿瘤药物。

Description

一种精确控制粒径的单分散明胶栓塞微球的制备方法

技术领域

本发明涉及一种精确控制粒径的单分散明胶栓塞微球的制备方法，属于介入医学材料技术领域。

背景技术

介入治疗是介于外科、内科治疗之间的新兴治疗方法，经过30多年的发展，现在已和外科治疗、内科治疗一道成为三大治疗体系。栓塞治疗是介入治疗的重要组成部分，是借助高清晰度的医学影像仪引导，经小切口将栓塞剂通过导管、导丝等精密器械引入肿瘤供血动脉，人为地阻断其血运，达到“饿死肿瘤”的目的。栓塞治疗已经在恶性肿瘤、子宫肌瘤、血管瘤等方面取得了很好的疗效，逐渐成为部分手术治疗的替代疗法。

栓塞治疗的关键技术在于选择合适的阻断肿瘤组织供血的栓塞剂，这其中包括栓塞剂的形状、材质以及大小。微球由于其独特的球形外观和良好的栓塞性能，被认为是更加安全有效的栓塞剂。明胶是一种天然的高分子化合物，具有生物相容性好、价格便宜、吸水性强、易于膨胀等特点，已被广泛用于栓塞治疗中。目前，国际上根据栓塞微球粒径大小将其分级成100-300μm，300-500μm，500-700μm等，以便于栓塞不同的血管。然而，该分类等级粒径分布仍然较宽，给栓塞治疗带来难度，其主要原因是由于现有的制备工艺本身还不能精确控制粒径大小，产品粒径分级要靠筛分来完成，因此造成所制备的微球粒径分布较宽。CN 103006573A公开了一种明胶微球栓塞剂的制备方法，该方法包括：明胶或明胶与药物的混合物溶解于水，将明胶溶液加入到含有稳定剂斯盘Span80的油相液体石蜡中，200-800r/min搅拌，在温度为0℃～10℃的低温下加入交联剂醛类化合物固化1-2小时，洗去或挥去交联剂，冻干或脱水后得到微球栓塞剂。该方法获得的微球粒径分布在50-150μm、150-350μm、350-560μm、560-710μm、710-1000μm、1000-1500μm六个范围；仍然存在等级粒径分布较宽的问题，且很难精确控制粒径得到尺寸均一的明胶微球，另外，该方法的固化方法存在后处理麻烦、交联固化剂残余对产品质量存在严重影响。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是改进现有明胶栓塞微球制备工艺，提供一种具有球形度好、粒径精确可控、粒度均一的且具有一定弹性和膨胀性的明胶微球的制备方法，及制得的明胶微球作为栓塞剂的应用。

术语说明：

本发明所述的明胶微球是一种由明胶经加工制成的微球，该微球用于血管栓塞，故也称明胶栓塞微球。

本发明的技术方案如下：

一种单分散明胶栓塞微球的制备方法，包括以下步骤：

(1)分散相和连续相溶液的配制：

分散相I：配制质量浓度为2～20％的明胶水溶液作为分散相I；

分散相II：配制质量浓度为2～20％的交联剂水溶液作为分散相II；所述交联剂为天然生物交联剂，选自京尼平、单宁酸、谷氨酰胺转氨酶之一或组合；

连续相：将表面活性剂加入油相中，配制含表面活性剂质量百分比浓度为1～10％的连续相溶液；所述的油相选自矿物油、植物油或者C12-C18长碳链烷烃中的一种或多种；

(2)明胶液滴的形成：

将步骤(1)所述的分散相I、分散相II和连续相分别装入注射器中，分别通过微量注射泵连接微通道反应器，控制分散相I、分散相II、连续相的流速分别为0.2-1.2mL/h、0.2-0.8mL/h、5-18mL/h，使得分散相经连续相剪切不断生成尺寸均一的W/O型明胶液滴；

(3)固化成球：

收集生成的明胶液滴，置于烘箱中，在20～55℃的环境中保温30～180min，明胶发生交联固化反应；得固化的明胶微球；

(4)微球分离、干燥：

固化的明胶微球沉于烧杯底部，除去上层油相，补充纯水后采用超声破乳的方式将明胶微球与残留油相分离；冷冻干燥即得干燥后的明胶栓塞微球。

根据本发明优选的，步骤(1)中的表面活性剂是油溶的，表面活性剂选自Span80、Span60、DC0749(环戊硅氧烷/三甲基硅烷氧基硅酸盐)、EM90(鲸蜡基/聚丙二醇-10/1二甲基硅氧烷)中的一种，或者Span80与Tween20的组合。

根据本发明优选的，步骤(1)中明胶水溶液质量浓度为2～10％，交联剂水溶液质量浓度为2～10％。

根据本发明优选的，步骤(1)中连续相中含表面活性剂质量百分比浓度为2～5％。步骤(1)中所述的油相为液体石蜡、十二烷或十六烷。

在上述制备方法中，优选的，步骤(2)中所述微通道反应器结构是由Θ管、收集管和外管组成。明胶液滴形成过程在微通道反应器中完成，分散相与连续相流通方向相同或相反；明胶水溶液和交联剂水溶液作为两路分散相，同时平行进入微通道反应器。

优选的，步骤(2)中分散相I、分散相II和连续相的流量分别为0.3-1.0mL/h、0.5-0.8mL/h、7-15mL/h。进一步优选分散相I、分散相II和连续相的流量分别为0.3mL/h、0.5mL/h、7mL/h。

优选的，步骤(3)中固化温度为30-50℃，固化时间50-120min。

本发明的制备方法通过明胶和交联剂的比例、固化时间、固化温度控制微球的弹性、降解速率。固化后的明胶微球不溶于水，作栓塞剂应用时其粒径在栓塞部位在一定时间内保持不变。

优选的，步骤(4)的超声破乳方式是将烧杯放入超声振荡器，超声2～10min，离心分离，重复此步骤3-5次即可将明胶微球表面残留的油相清洗干净。

本发明通过调节分散相浓度以及分散相与连续相流速比例来控制明胶液滴的粒径大小；从而制备不同粒径的微球。冷冻干燥后所得明胶微球的粒径在50-550μm范围内可精确控制，粒径大小均一，偏差≤5％。特别优选粒径为100-110μm、150-180μm、200-210μm、220-240μm、320-330μm、400-420μm、440-450μm、460-480μm、500-520μm的明胶微球。

本发明方法制备的明胶微球不仅可用于栓塞治疗，还可以用于细胞的培养，也可以载入药物，所述药物为抗肿瘤药物。

所述明胶微球的栓塞方式为直接用于栓塞或载药后用于栓塞。所载的药物为抗肿瘤药物。按现有技术即可。

本发明的有益效果：

1、本发明方法制备的明胶微球克服了现有技术存在的工艺复杂、产品粒度难以精确控制、形貌不规整等缺点，采用微流控液滴技术实现明胶成球与交联固化一步完成，较传统的乳化-交联凝聚的方法具有工艺简单、快速、工艺过程可控的优点。

2、本发明采用具有生物相容性的交联剂交联固化明胶，较传统的醛类交联剂工艺，不仅省去了除去未反应的戊二醛、甲醛等交联剂的步骤，而且大大降低了醛残留带来的风险系数。降低明胶微球体内应用的风险系数。

3、本发明的第三点关键技术是采用超声破乳、离心分离的方法分离、收集明胶微球，而不采用任何其它化学试剂，快速实现明胶微球的分离、清洗、收集过程。

4、本发明制备的明胶微球栓塞剂具有球形度好、粒径可控、粒度均一且具有一定弹性和膨胀性，大大提高临床操作的可控性以及临床栓塞效果，减少了误栓塞几率，降低副作用发生。

5、本发明通过调节分散相浓度以及分散相与连续相流速比例来控制明胶液滴的粒径大小；从而制备不同粒径的微球。所得明胶微球的粒径大小均一，偏差≤5％。

6、本发明通过调节明胶和交联剂的比例、固化时间、固化温度，可以将微球的弹性控制在适宜的范围内，使得微球更易于通过栓塞导管，防止导管堵塞。

7、本发明还可以在微球制作过程中加入抗肿瘤药物，达到药物治疗和栓塞的双重治疗作用。

附图说明

图1是微通道反应器结构示意图。1、分散相I，2、分散相II，3、连续相，4、明胶液滴，5、Θ管，6、外管，7、收集管。所述分散相I、分散相II分别为明胶水溶液和交联剂水溶液。

图2是本发明实施例2制备的冷冻干燥前的明胶微球的显微图像，标尺100μm。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例中微球膨胀率的测定：微球膨胀率为试样放入0.7％wt.的生理盐水中充分溶胀，计其高度增加量与原高度之比，以百分率表示。

实施例中微球弹性伸缩变形测试：采用原子力显微镜测试，根据其力曲线测试微球的弹性形变；根据探针嵌入距离可观察微球形变弹性情况。

实施例中EM90和DC0749均为美国道康宁公司产品。

实施例1

配制质量百分比浓度为2％的明胶水溶液和2％单宁酸水溶液作为分散相，配制含质量百分比浓度为1％的Span80的液体石蜡溶液作为连续相，将三种溶液(明胶水溶液、单宁酸水溶液、含Span80的液体石蜡溶液)分别装入注射器中，并分别放置于三台微量注射泵上，连接微通道反应器后，调节明胶水溶液、单宁酸水溶液和含Span80的液体石蜡溶液的流量分别为0.3mL/h，0.5mL/h，7mL/h，得到粒径为580±5μm的W/O液滴。收集生成的明胶液滴，置于烘箱中30℃固化30min，固化后的明胶微球沉于烧杯底部，倾倒除去上层液体石蜡，补充纯水后超声破乳、离心分离直至超声后液体呈澄清状，明胶微球粒径为370±5μm，；冷冻干燥后，明胶微球栓塞粒径为325±5μm。

上述超声破乳是将烧杯放入超声振荡器，超声2min，离心分离，重复此步骤3-5次直至超声后液体呈澄清状。

本实施例明胶微球在0.7％生理盐水中的膨胀率为15％；根据探针嵌入距离可见微球形变弹性良好。

实施例2

配制质量百分比浓度为10％的明胶水溶液和15％谷氨酰胺转氨酶水溶液作为分散相，配制含质量百分比浓度为2％的Span80的十二烷溶液作为连续相，将三种溶液分别装入注射器中，并分别放置于三台微量注射泵上，连接微通道反应器后，调节明胶水溶液、谷氨酰胺转氨酶水溶液和含Span80的十二烷溶液的流量分别为0.3mL/h，0.5mL/h，7mL/h，得到粒径为510±5um的W/O液滴；收集生成的明胶液滴，置于烘箱中40℃固化90min，固化后的明胶微球沉于烧杯底部，倾倒除去上层液体十二烷溶液，补充纯水后超声破乳、离心分离直至超声后液体呈澄清状，明胶微球粒径为290±5μm，冷冻干燥后，明胶微球粒径为270±5μm。

上述超声破乳是将烧杯放入超声振荡器，超声8min，离心分离，重复此步骤3-5次直至超声后液体呈澄清状。

本实施例明胶微球在0.7％生理盐水中的膨胀率为为22％，弹性较好。

实施例3

配制质量百分比浓度为2％的明胶水溶液和5％京尼平水溶液作为分散相，配制含质量百分比浓度为2％的EM90的液体石蜡溶液作为连续相，将三种溶液分别装入注射器中，并分别放置于三台微量注射泵上，连接微通道反应器后，调节明胶水溶液、京尼平水溶液和含EM90的液体石蜡溶液的流量分别为0.5mL/h，0.7mL/h，10mL/h，得到粒径为650±5um的W/O液滴。收集生成的明胶液滴，置于烘箱中30℃固化120min，固化后的明胶微球沉于烧杯底部，倾倒除去上层液体石蜡，补充纯水后超声破乳、离心分离直至超声后液体呈澄清状，明胶微球粒径为320±5um，冷冻干燥后，明胶微球粒径为230±5μm。

上述超声破乳是将烧杯放入超声振荡器，超声5min，离心分离，重复此步骤3-5次直至超声后液体呈澄清状。

本实施例的明胶微球在0.7％生理盐水中的膨胀率为40％，形变弹性良好，球形度均一。

实施例4

配制质量百分比浓度为10％的明胶水溶液和5％谷氨酰胺转氨酶水溶液作为分散相，配制含质量百分比浓度为5％的DC0749的十六烷溶液作为连续相，将三种溶液分别装入注射器中，并分别放置于三台微量注射泵上，连接微通道反应器后，调节明胶水溶液、氨酰胺转氨酶水溶液和含DC0749的十六烷溶液的流量分别为1.0mL/h，0.7mL/h，15mL/h，得到粒径为550±5μm的W/O液滴。收集生成的明胶液滴，置于烘箱中50℃固化180min，固化后的明胶微球沉于烧杯底部，倾倒除去上层液体十六烷溶液，补充纯水后超声破乳、离心分离直至超声后液体呈澄清状，明胶微球粒径为490±5μm，冷冻干燥后，明胶微球粒径为445±5μm。

上述超声破乳是将烧杯放入超声振荡器，超声10min，离心分离，重复此步骤3-5次直至超声后液体呈澄清状。

本实施例的明胶微球在0.7％生理盐水中的膨胀率为10％，弹性好。

实施例5

配制质量百分比浓度为5％的明胶水溶液和10％京尼平水溶液作为分散相，配制含质量百分比浓度为2％的DC0749的十六烷溶液作为连续相，将三种溶液分别装入注射器中，并分别放置于三台微量注射泵上，连接微通道反应器后，调节明胶水溶液、京尼平水溶液和含DC0749的十六烷溶液的流量分别为0.5mL/h，0.7mL/h，10mL/h，得到粒径为630±5um的W/O液滴。收集生成的明胶液滴，置于烘箱中30℃固化120min，固化后的明胶微球沉于烧杯底部，倾倒除去上层液体十六烷溶液，补充纯水后超声破乳、离心分离直至超声后液体呈澄清状，明胶微球粒径为590±5μm，冷冻干燥后，明胶微球粒径为410±5μm。

上述超声破乳是将烧杯放入超声振荡器，超声10min，离心分离，重复此步骤3-5次直至超声后液体呈澄清状。

本实施例的明胶微球在0.7％生理盐水中的膨胀率为45％，弹性较好。

Claims (10)

1.一种单分散明胶栓塞微球的制备方法，包括以下步骤：

(1)分散相和连续相溶液的配制：

分散相I：配制质量浓度为2～20％的明胶水溶液作为分散相I；

分散相II：配制质量浓度为2～20％的交联剂水溶液作为分散相II；所述交联剂为天然生物交联剂，选自京尼平、单宁酸、谷氨酰胺转氨酶之一或组合；

连续相：将表面活性剂加入油相中，配制含表面活性剂质量百分比浓度为1～10％的连续相溶液；所述的油相选自矿物油、植物油或者C12-C18长碳链烷烃中的一种或多种；

(2)明胶液滴的形成：

将步骤(1)所述的分散相I、分散相II和连续相分别装入注射器中，分别通过微量注射泵连接微通道反应器，控制分散相I、分散相II、连续相的流速分别为分别为0.2-1.2mL/h、0.2-0.8mL/h、5-18mL/h，使得分散相经连续相剪切不断生成尺寸均一的W/O型明胶液滴；

(3)固化成球：

收集生成的明胶液滴，置于烘箱中，在20～55℃的环境中保温30～180min，明胶发生交联固化反应；得固化的明胶微球；

(4)微球分离、干燥：

固化的明胶微球沉于烧杯底部，除去上层油相，补充纯水后采用超声破乳的方式将明胶微球与残留油相分离；冷冻干燥即得干燥后的明胶栓塞微球。

2.如权利要求1所述的单分散明胶栓塞微球的制备方法，其特征在于步骤(1)中的表面活性剂选自Span80、Span60、DC0749(环戊硅氧烷/三甲基硅烷氧基硅酸盐)、EM90(鲸蜡基/聚丙二醇-10/1二甲基硅氧烷)中的一种，或者Span80与Tween20的组合。

3.如权利要求1所述的单分散明胶栓塞微球的制备方法，其特征在于步骤(1)中明胶水溶液质量浓度为2～10％，交联剂水溶液质量浓度为2～10％。

4.如权利要求1所述的单分散明胶栓塞微球的制备方法，其特征在于步骤(1)中连续相中含表面活性剂质量百分比浓度为2～5％。

5.如权利要求1所述的单分散明胶栓塞微球的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的油相为液体石蜡、十二烷或十六烷。

6.如权利要求1所述的单分散明胶栓塞微球的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述微通道反应器结构是由Θ管、收集管和外管组成，明胶液滴形成过程在微通道反应器中完成，分散相与连续相流通方向相同或相反；明胶水溶液和交联剂水溶液作为两路分散相，同时平行进入微通道反应器。

7.如权利要求1所述的单分散明胶栓塞微球的制备方法，其特征在于步骤(2)中分散相I、分散相II和连续相的流量分别为0.3-1.0mL/h、0.5-0.8mL/h、7-15mL/h。

8.如权利要求1所述的单分散明胶栓塞微球的制备方法，其特征在于步骤(3)中固化温度为30-50℃，固化时间50-120min。

9.如权利要求1所述的单分散明胶栓塞微球的制备方法，其特征在于步骤(4)的超声破乳方式是将烧杯放入超声振荡器，超声2～10min，离心分离。

10.权利要求1-9任一项所述方法制备的明胶微球用作栓塞剂，或用于细胞的培养，或载入抗肿瘤药物。