CN105906822B - 一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸‑羟基乙酸共聚物的制备方法及应用 - Google Patents
一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸‑羟基乙酸共聚物的制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的就是提供一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸‑羟基乙酸共聚物的制备方法及应用，可有效解决现有抗肿瘤药物生物相容性差，毒性大、应用效果差的问题，方法是，称取2‑（N‑吗啡啉）乙磺酸‑水100～200mg，加入到200～400mg聚乳酸‑羟基乙酸纳米粒中，在功率为40～100W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为3.0～5.0mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即得包覆二氧化锰片层的聚乳酸‑羟基乙酸共聚物。本发明工艺简单，生产成本低，产量高，毒副作用小，对肿瘤细胞的增殖具有很好的抑制效果，有良好的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及医药领域，特别是一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法及应用。
背景技术
热疗（Photo-thermal Therapy, PTT）是通过加温的方法，改变肿瘤细胞所处的生长环境，使肿瘤细胞变性、坏死，达到治疗的目的。金纳米材料，如金纳米棒，金纳米壳，金纳米笼，金纳米星等，在射频照射下，能够产生很好的发热效果。
金纳米棒具有生物相容性好，易合成易修饰等特性，另外，由于实体瘤组织的高通透性和滞留（EPR）效应，金纳米棒在肿瘤部位容易滞留，这些事实为金纳米棒在生物医学领域中开展应用提供了很好的前提。而射频（RF）能够诱导金纳米棒产热，并且与近红外光诱导金纳米棒产热相比，射频更能有效地穿透组织表面而进入组织内部，因此，利用射频诱导金纳米棒产热，更能够发挥金纳米棒的热疗效果，在肿瘤组织内发挥疗效，达到很好的抑制肿瘤的效果。
实践证明，不同长径比的金纳米棒，其射频热疗效果不一，通过制备不同长径比（1.2～4.2）的金纳米棒，利用射频诱导它们产热，能够从中筛选出发热效果最为明显的金纳米棒，从而最大程度地发挥金纳米棒的热疗作用。
将聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）纳米粒作为载体，包裹金纳米棒和多西紫杉醇，能够将金纳米棒的热疗和多西紫杉醇的化疗作用相结合，共同发挥抑制肿瘤的作用。另外，由于金纳米棒在高盐和有机溶剂存在的情况下易发生聚集，稳定性差，而PLGA生物相容性好，生物可降解，因此，将PLGA做成纳米载体，包裹金纳米棒和多西紫杉醇，不仅改善了多西紫杉醇水溶性差的问题，还避免了金纳米棒易在某些溶剂中发生聚集这一情况的出现，改善了金纳米棒的稳定性。
PLGA纳米粒是一种具有一定缓释作用的载体材料，将金纳米棒和多西紫杉醇包裹在PLGA纳米粒内部，可以延长它们在体内的循环时间，实现更优的治疗效果。
通过在PLGA纳米粒表面包裹上二氧化锰层，可以进一步延缓金纳米棒和多西紫衫醇的释放，实现它们在机体内的长循环。另外，+4价的锰离子在磁共振作用下具有成像功能，由于二氧化锰含+4价的锰离子，因此，通过对PLGA纳米粒表面进行二氧化锰修饰，该聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）共聚物具有磁共振成像特性。
在肿瘤药物治疗中，利用荧光探针标记药物，可以直观地观察到药物在活体内各组织器官内的分布情况，从而为治疗时进行组织分析提供最佳时间。常用的荧光探针，多为传统的有机染料分子，例如罗丹明、酞菁、亚甲蓝、吲哚菁绿等，但它们本身有缺陷，例如光稳定性差、灵敏度低等，通过构建该新型聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）共聚物，可以克服这些缺点，从而扩大了这些荧光探针在肿瘤诊断中的应用。
多西紫杉醇是以紫衫树中的化学物质为基础而合成出来的一种药物，它对于多种肿瘤均具有抗癌活性，其中包括非小细胞肺癌、转移性乳癌及其他恶性肿瘤（食管癌、前列腺癌和头颈部恶性肿瘤）。但多西紫杉醇水溶性差，毒性大，通过将PLGA做成纳米载体，将多西紫杉醇包裹在纳米粒内部，能够有效地解决这一问题。
目前构建包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）共聚物用于肿瘤治疗尚未见公开报道，其具有作用时间长、疗效好、毒副作用低等优点。此外，该给药系统能够集金纳米棒的射频热疗、多西紫杉醇的化疗、PLGA纳米粒载体的缓释、+4价锰离子的磁共振成像于一体，具有热疗、化疗、缓释、成像的功能，为发挥其在肿瘤治疗中的应用提供了依据。因此，研制该包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）共聚物，对于临床应用具有实际的意义。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明的目的就是提供一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法及应用，可有效解决现有抗肿瘤药物生物相容性差，毒性大、应用效果差的问题。
本发明解决的技术方案为，一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物，该共聚物是在聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）纳米粒表面沉积包覆一层二氧化锰层构成的复合物，其制备方法是，向聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中加入高锰酸钾（KMnO4）和 2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水（MES），利用高锰酸钾和 2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水的氧化还原反应，在聚乳酸-羟基乙酸纳米粒表面沉积形成一层二氧化锰层，即得包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
具体制备方法为：称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水100～200mg，加入到200～400mg聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为40～100W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为3.0～5.0mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即得包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
所述方法制备的包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物在制备抗肿瘤光热药物中的应用。
所述方法制备的包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物在制备生物体内磁共振成像药物中的应用。
所述方法制备的包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物在制备生物体内荧光成像药物中的应用。
本发明工艺简单，生产成本低，产量高，毒副作用小，所制备的抗肿瘤药物对肿瘤细胞的增殖具有很好的抑制效果，有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1为各实验组小鼠相对肿瘤体积曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
本发明在具体实施中可由以下实施例给出。
实施例1
一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水100～200mg，加入到200～400mg聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为40～100W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为3.0～5.0mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即得包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
实施例2
一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水135mg，加入到230mg聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为40W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为3.6mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即得包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
实施例3
一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水153mg，加入到280mg聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为60W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为4.0mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即得包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
实施例4
一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水176mg，加入到320mg 聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为80W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为4.5mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即得包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
实施例5
一种的包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水196mg，加入到360mg 聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为100W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为5.0mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即得包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
本发明制备的共聚物，作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统，粒径在250nm～350nm，通过EPR效应作用于肿瘤部位；作为使肿瘤组织在射频照射下，包裹的金纳米棒能够迅速产热发挥热疗效果的应用；作为在磁共振作用下+4价锰离子成像的应用；作为在荧光活体成像中的应用，经过反复多次试验，均取得了理想的结果，相关试验资料如下：
本发明制备的共聚物，作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统，在治疗肿瘤上的应用，分为体内和体外两部分：
（1）体内：将所述的给药系统通过尾静脉注射到荷瘤小鼠体内，给药后5～8h用射频仪器照射1～3min。照射完毕后记录小鼠肿瘤部位的温度情况。
上述荷瘤小鼠为：器官表面或内部出现的各种实体瘤，鼻咽癌，食道癌，乳腺癌，卵巢癌，宫颈癌，肝癌，胃癌，喉癌，甲状腺癌，膀胱癌，胰腺癌，肾癌，胆管癌，胆囊癌，大肠癌，小肠肿瘤，阴茎癌，子宫内膜癌，前列腺癌，绒毛膜癌，外阴恶性肿瘤，阴道恶性肿瘤，皮肤癌，白血病，霍奇金病，非霍奇金淋巴瘤，恶性黑色素瘤中的一种。
（2）体外：将所述的给药系统加入到肿瘤细胞中，待给药5～8h后，对肿瘤细胞进行射频照射1～3min，然后弃去旧培养基，加入新鲜的培养
基继续培养24h。最后测定细胞的存活率。
上述肿瘤细胞为：器官表面或内部出现的各种实体瘤，鼻咽癌，食道癌，乳腺癌，卵巢癌，宫颈癌，肝癌，胃癌，喉癌，甲状腺癌，膀胱癌，胰腺癌，肾癌，胆管癌，胆囊癌，大肠癌，小肠肿瘤，阴茎癌，子宫内膜癌，前列腺癌，绒毛膜癌，外阴恶性肿瘤，阴道恶性肿瘤，皮肤癌，白血病，霍奇金病，非霍奇金淋巴瘤，恶性黑色素瘤中的一种。
本发明制备的共聚物，作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统可制成多种药物剂型，如分散剂、贴剂、注射剂、注射用无菌粉针等。另外，本发明的制剂可加入添加剂，如葡萄糖、生理盐水、防腐剂等。给药方式可为：皮下注射、肌肉注射、静脉注射、瘤内注射等。
相关试验资料如下：
一、本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统包封率的测定：
本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统，进行破乳提取药物多西紫杉醇，然后利用高效液相色谱法测定提取药物的浓度，进行换算得其包封率为75.84％，表明本发明制备的一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统可作为抗肿瘤药物的载体。
二、本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统体外抗肿瘤活性的测定：
本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统体外抗肿瘤活性的测定，选择MCF-7乳腺癌细胞作为考察对象。用含1％的双抗、含10％的血清的RPMI1640培养基对MCF-7乳腺癌细胞进行培养，培养条件为：温度37℃，CO2含量为5％。待细胞生长约80％左右时进行试验。试验采用的细胞均处于对数生长期。利用SRB法检测本发明一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统对MCF-7乳腺癌细胞的毒性。大致步骤为：取对数生长期的MCF-7乳腺癌细胞，铺96孔板，每孔细胞约为8.0×103个，培养基体积为0.20mL，置于细胞培养箱中进行培养。24h后，弃去旧培养基，将孔中细胞分为实验组和对照组。在实验组中，向MCF-7乳腺癌细胞中加入用培养基稀释后含多西紫衫醇浓度梯度为2.5、5.0、10、20ug/mL的制剂，在空白组中，加入等量的不含制剂的培养基进行对照。其中，空白组和每个实验组均设3～5个复孔。继续置于细胞培养箱中进行培养8h后，终止培养，每孔加入25uL的预冷的50％TCA对细胞进行固定，加入TCA后，静置5min，然后转移至4℃固定1h。将细胞固定完毕后，每孔用去离子水洗5遍，并风干。每孔均加入50uL的0.4％的SRB进行染色并避光放置30min，然后倒掉SRB染色液，用1％乙酸清洗5遍。干燥后加Tris溶解。将细胞板震荡5min，用酶标仪在波长565nm和590nm处测定各孔的吸收度。细胞抑制率的计算方法为：细胞抑制率={（对组OD值—实验组OD值）/对照组OD值}×100％。
实验结果显示，本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统对MCF-7乳腺癌细胞的生长具有一定的抑制作用。
三、利用射频照射考察本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统对MCF-7细胞抑制率的效果的测定：
用含1％的双抗、含10％的血清的RPMI1640培养基对MCF-7乳腺癌细胞进行培养，培养条件为：温度37℃，CO2含量为5％。待细胞生长约80％左右时进行试验。试验采用的细胞均处于对数生长期。利用SRB法检测本发明一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统对MCF-7乳腺癌细胞的毒性。大致步骤为：取对数生长期的MCF-7乳腺癌细胞，铺96孔板，每孔细胞约为8.0×103个，培养基体积为0.20mL，置于细胞培养箱中进行培养。24h后，弃去旧培养基，将孔中细胞分为实验组和对照组。在实验组中，向MCF-7乳腺癌细胞中加入用培养基稀释后含多西紫衫醇浓度梯度为2.5、5.0、10、20ug/mL的制剂，在空白组中，加入等量的不含制剂的培养基进行对照。其中，空白组和每个实验组均设3～5个复孔。然后利用射频仪器对激光组的MCF-7乳腺癌细胞继续照射处理5min，然后继续置于细胞培养箱中进行培养8h，终止培养，每孔加入25uL的预冷的50％TCA对细胞进行固定，加入TCA后，静置5min，然后转移至4℃固定1h。将细胞固定完毕后，每孔用去离子水洗5遍，并风干。每孔均加入50uL的0.4％的SRB进行染色并避光放置30min，然后倒掉SRB染色液，用1％乙酸清洗5遍。干燥后加Tris溶解。将细胞板震荡5min，用酶标仪在波长565nm和590nm处测定各孔的吸收度。细胞抑制率的计算方法为：细胞抑制率={（对照组OD值—实验组OD值）/对照组OD值}×100％。
实验结果显示，经过射频照射处理后，该给药系统对MCF-7乳腺癌细胞的抑制率效果显著。表明该给药系统在体外对肿瘤细胞的抑制效果较为理想。
四、本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统对体外抗肿瘤活性的测定：
对小鼠右前腋窝处皮下接种MCF-7乳腺癌细胞，注射量1.0×107/只，小鼠接种肿瘤7天后，取出18只肿瘤体积相仿的小鼠随机分成3组，每组6只，分组如下：（1）生理盐水组；（2）药物射频照射组；（3）药物无射频照射组。各组的给药方式相同，均为尾静脉给药。其中，射频组在每次给完药后要利用射频仪器照射3min。隔天给药一次，共给药3次。每隔一天观察各组小鼠实体瘤的大小并用游标卡尺测量肿瘤的长和宽，按照公式V=1/2×ab2计算肿瘤体积。
数据：图1为各实验组小鼠相对肿瘤体积曲线图
在生理盐水组中，小鼠相对肿瘤体积较大，而完整的MnO2 @PLGA /AuNR /DTX射频组中，小鼠相对肿瘤体积最小，说明该包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统对小鼠体内肿瘤的生长具有一定的抑制效果。
实验结果显示，经过射频照射处理后，本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统对体内肿瘤的生长具有很好的治疗效果。
五、本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统的体内磁共振成像情况：
对小鼠进行分组：（1）生理盐水组；（2）制剂组。对两组小鼠进行给药，给药方式相同，均为尾静脉给药。给药后5h和8h，将小鼠进行麻醉。然后利用磁共振分别观察制剂在小鼠体内的成像情况。
实验结果表明，本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统由于有+4价锰离子的存在，在小鼠体内具有磁共振成像的能力，这使得该制剂能够用于活体内的磁共振成像，为肿瘤的诊断提供了可能性。
六、本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统的体内活体成像情况：
将小鼠分组：（1）荧光染料cy5.5组；（2）包覆锰制剂组；（3）非包覆锰制剂组。对三组小鼠进行给药，给药方式相同，均为尾静脉给药。给药后，分不同时间点观察各组小鼠的体内荧光成像情况并拍照。
实验结果表明，加入荧光染料的制剂组在小鼠体内能够明显成像，并且（2）和（3）在小鼠体内成像的时间较长，尤其是包覆锰的制剂组。据分析得知，由于（2）和（3）组中PLGA纳米粒将荧光染料包裹于内部，延缓了cy5.5的释放，避免了其被过早的代谢掉，而（2）和（3）相比，由于（2）表面多了二氧化锰层，进一步延缓了cy5.5的释放，在体内能够长循环。也间接证实了二氧化锰层具有使药物缓释的功能。这一发现为该给药系统对于应用到活体内的荧光成像打下了坚实的基础，证明它在今后具有巨大的潜在价值。
临床资料
本发明制备的包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物作为抗肿瘤光热药物、生物体内磁共振成像药物及生物体内荧光成像药物，在经过长期动物实验的基础上，在确保用药安全的前提下，观察58例肿瘤患者，经过临床6个月的使用，除2例没有明显效果外，其余均有不同程度的好转，有效率达到96%以上，比同类药物疗效提高20%-30%，有效延长了患者生命，减轻患者痛苦，有很强的实际应用价值。
本发明与现有技术相比，具有以下突出的技术效果：
（1）本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统，由于表面具有一层二氧化锰层，在细胞内具有谷胱甘肽敏感特性，即细胞内含有一定水平的谷胱甘肽，当该给药系统被细胞摄取后，谷胱甘肽能够与给药系统表面的二氧化锰发生氧化还原反应，从而二氧化锰的+4价锰离子被还原为+2价，使细胞能够磁共振成像，为该给药系统发挥磁共振成像特性打下很好的基础。
（2）本发明作为一种包覆二氧化锰层的以PLGA纳米粒为载体的给药系统，由于含有+4价锰离子的存在，具有磁共振成像的特性，利用磁共振能够直观地观察到制剂在体内的分布。与此同时，二氧化锰层能延缓多西紫杉醇和金纳米棒的释放时间，能够使它们在体内发挥化疗热疗的治疗时间延长，治疗作用更为很好。总之，该给药系统集磁共振成像、化疗热疗相结合、缓释于一体，具有巨大的经济和社会效益。
Claims (6)
1.一种包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，该共聚物是在聚乳酸-羟基乙酸纳米粒表面沉积包覆一层二氧化锰层构成的复合物，制备方法是，向聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中加入高锰酸钾和 2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水，利用高锰酸钾和2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水的氧化还原反应，在聚乳酸-羟基乙酸纳米粒表面沉积形成一层二氧化锰层，即成包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
2.权利要求1所述的包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水100～200mg，加入到200～400mg聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为40～100W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为3.0～5.0mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即成包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
3.根据权利要求2所述的包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水135mg，加入到230mg聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为40W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为3.6mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即成包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
4.根据权利要求2所述的包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水153mg，加入到280mg聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为60W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为4.0mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即成包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
5.根据权利要求2所述的包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水176mg，加入到320mg 聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为80W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为4.5mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即成包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
6.根据权利要求2所述的包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物的制备方法，其特征在于，称取2-（N-吗啡啉）乙磺酸-水196mg，加入到360mg 聚乳酸-羟基乙酸纳米粒中，在功率为100W，温度为25℃的条件下超声5min溶解，再加入浓度为5.0M、体积为5.0mL的高锰酸钾溶液，反应30min，即成包覆二氧化锰片层的聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
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