CN107536827A - 一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜及其制备方法和应用，所述纳米纤维膜的成分包括乙基纤维素EC、聚N‑乙烯基己内酰胺PNVCL和药物。制备方法包括：将N‑乙烯基己内酰胺和偶氮二异丁腈溶于二甲基甲酰胺中得到聚N‑乙烯基己内酰胺，然后将聚N‑乙烯基己内酰胺和乙基纤维素EC溶解在溶剂中，加入药物，得到纺丝液，将纺丝液进行静电纺丝得到的纤维膜，再进行干燥，得到温度敏感载药缓释纳米纤维膜。本发明所制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜用于温度敏感药物控制释放和缓慢释放体系，制备方法简单可行，具有温度响应功能和缓慢释放功能，能够作为生物医用药物载体材料使用。
Description
技术领域
本发明属于静电纺丝纳米纤维膜领域，特别涉及一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜及其制备方法和应用。
背景技术
静电纺丝是在高压静电场下，将聚合物液滴形成喷射流的过程，目前已日渐成熟，是制备纳米纤维最重要的方法之一。纳米纤维作为一种新型的纳米材料，已被广泛应用于组织工程、纺织材料、生物传感器、药物缓释、基因治疗、创伤敷料和环境等方面。由于静电纺丝纳米纤维的比表面积大，孔隙率高等特点，可以促进细胞的粘附增值和物质运输，功能性纳米纤维还可以通过自身对环境条件的响应，进而达到药物控释的效果。
聚N-乙烯基己内酰胺(PNVCL)是一种温度敏感型智能高分子材料，具有良好的离子型水溶性以及有机溶剂溶解性，良好的生物相容性和超高的吸收能力。其相变温度为33℃，在人体生理温度范围内，可广泛应用于生物，医药材料等领域。
乙基纤维素(EC)是一种不溶于水的纤维素衍生物，物理化学性质稳定，具有良好的生物相容性，被广泛应用于药物制剂中的片剂粘合材料，薄膜包衣材料，及骨架缓释材料等。乙基纤维素溶于无水乙醇后有较大的粘度，纺丝液性质稳定，成纤维性能好，在药物控释和组织工程方面具有许多潜在应用。
酮洛芬(Ketoprofen，KET)是具有苯丙酸结构的非甾体类抗炎药物，具有良好的镇痛，解热，抗炎作用，在临床治疗上具有广泛的应用。但是，酮洛芬具有消化道副作用，长期服用对肠胃刺激较大，会引起溃疡、出血等不良反应。因此，将酮洛芬与静电纺丝的方法结合，利用药物的控释与缓释，减少副作用。
温度敏感型药物控释体系是以温度敏感型聚合物材料作为载体，使药物在特定的温度条件下以一定速度缓慢释放，达到对特定部位疾病更有效治疗的一种手段。利用药物控释缓释体系，可以控制药物在特定时间和特定部位缓慢释放，药物浓度维持在一个恒定值，尤其对于毒性大的药物来说，可以减缓药物的毒副作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜及其制备方法和应用。该纳米纤维膜以聚N-乙烯基己内酰胺和乙基纤维素为基材，酮洛芬为模型药物，采用静电纺丝方法制备，纺丝原液通过共混配制；制备具有药物温度敏感释放和缓慢释放功能的纳米材料，制备方法简单可行，能够作为生物医用药物载体材料使用。
本发明的一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜，所述纳米纤维膜的成分包括乙基纤维素EC、聚N-乙烯基己内酰胺PNVCL和药物，其中药物和聚N-乙烯基己内酰胺的质量比为1:5-10，乙基纤维素EC和聚N-乙烯基己内酰胺PNVCL的质量比为1:0.9-1.5。
所述药物为酮洛芬。
所述聚N-乙烯基己内酰胺是由N-乙烯基己内酰胺单体自由基聚合反应而成。
本发明的一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将N-乙烯基己内酰胺和偶氮二异丁腈溶于二甲基甲酰胺中，氮气环境下60-80℃油浴中反应7-9小时后用无水乙醚沉淀，得到聚N-乙烯基己内酰胺；
(2)将步骤(1)所得聚N-乙烯基己内酰胺PNVCL和乙基纤维素EC溶解在溶剂中，得到溶液；
(3)在步骤(2)所得溶液中加入药物，搅拌至分散均匀，得到纺丝液；
(4)将步骤(3)中的纺丝液进行静电纺丝得到纤维膜，再进行干燥，得到温度敏感载药缓释纳米纤维膜。
所述步骤(1)中N-乙烯基己内酰胺、偶氮二异丁腈与二甲基甲酰胺的质量体积比为1-1.1g：1mg：1mL。
所述步骤(2)中聚N-乙烯基己内酰胺PNVCL和乙基纤维素EC在溶剂中的浓度为18％-30％g/mL，溶剂为无水乙醇。
所述无水乙醇的质量浓度为99.9％，含水量小于0.1％。
所述步骤(3)中搅拌时间为48h。
所述步骤(4)中静电纺丝的工艺参数为：电压为12-16kV，流速为0.2-0.8mL/h，接收距离为15-25cm，所处环境温度为25℃，湿度在40-50％之间，纺丝时间为5-10h；干燥时间为24h。
本发明的一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜的应用，用于温度敏感药物控制释放和缓慢释放体系。
所述纳米纤维膜应用于药物控释体系包括：
取50-100mg的载药纳米纤维膜分别浸入20mL的PBS缓冲液，置于恒温摇床中，参数分别设置为25℃和37℃，速度为100次/min；每隔一定时间取出1ml释放介质，同时补入相同体积的PBS缓冲液；采用紫外可见分光光度计测定释放介质在254nm时的吸光度并且计算药物累计释放量。
本发明制备具有温度敏感性药物控制释放功能的纳米材料，用做药物控制释放模型载体，进一步的应用于多种药物在体内特定条件下的控制释放治疗，降低药物毒副作用且具有良好的生物相容性。
有益效果
(1)本发明采用静电纺丝的方法，制备了温度敏感载药缓释纳米纤维膜，制备方法操作易行、实验条件温和。
(2)本发明的制备的纳米纤维膜具有良好的温度敏感响应性和生物相容性，能够作为生物医用控释材料使用。
附图说明
图1为实施例1制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的扫描电镜图。
图2为实施例1制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的直径分布图。
图3为实施例2制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的红外光谱图。
图4为实施例3制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜和酮洛芬的XRD图。
图5为实施例4制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的药物释放曲线。
图6为实施例5制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜、聚N-乙烯基己内酰胺/乙基纤维素纳米纤维以及空白对照的MTT曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)将1.01g的N-乙烯基己内酰胺单体和1mg偶氮二异丁腈溶于1mL的二甲基甲酰胺中，氮气环境下70℃油浴中反应8小时后用无水乙醚沉淀，得到聚N-乙烯基己内酰胺。
(2)用天平称取0.499g的聚N-乙烯基己内酰胺和0.501g的EC固体粉末，使其完全溶解在4mL无水乙醇中。
(3)向上述溶液中加入0.05g酮洛芬并使其完全溶解，用磁力搅拌器搅拌48h，直至混合均匀。
(4)将配置好的纺丝液4mL装到静电纺丝装置中，调节纺丝参数进行电纺，喷出流速为0.3mL/h，静电压为13kV，接收距离为15cm，所处环境温度为25℃，湿度为40-50％，纺丝时间为5h；收集到的纤维膜放入真空干燥箱中常温干燥24h，得到温度敏感载药缓释纳米纤维膜。
图1是本实施例的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的扫描电镜SEM图，从图中可以观察到纤维呈网状分布，无明显粘连现象，说明加入药物和聚N-乙烯基己内酰胺后的乙基纤维素仍然是可纺的。
图2为本实施例的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的直径分布图，通过载药纳米纤维膜的扫描电镜图，用Image J统计出纤维直径分布图，从图中可以观察到该分布图呈现正态分布，说明所制备得到的纳米纤维膜的直径较为稳定，但是粗细不匀较大，且其平均直径为537nm。
实施例2
(1)将1.011g的N-乙烯基己内酰胺单体和1mg偶氮二异丁腈溶于1mL的二甲基甲酰胺中，氮气环境下70℃油浴中反应8小时后用无水乙醚沉淀，得到聚N-乙烯基己内酰胺。
(2)用天平称取0.253g的聚N-乙烯基己内酰胺和0.25g的EC固体粉末，使其完全溶解在2mL无水乙醇中。
(3)向上述溶液中加入0.03g酮洛芬并使其完全溶解，用磁力搅拌器搅拌48h，直至混合均匀。
(4)将配置好的纺丝液2mL装到静电纺丝装置中，调节纺丝参数进行电纺，喷出流速为0.2mL/h，静电压为14kV，接收距离为20cm，所处环境温度为25℃，湿度为40-50％，纺丝时间为5h；收集到的纤维膜放入真空干燥箱中常温干燥24h，得到温度敏感载药缓释纳米纤维膜。
图3为本实施例制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的红外光谱图，剪取1×1cm的纤维膜，进行傅里叶变换红外光谱测试。从图中可以观察到乙基纤维素在3474cm-1出现羟基峰，1107cm-1处出现分子内醚键的伸缩振动峰。酮洛芬在1695cm-1和1655cm-1处出现碳氧双键的伸缩振动峰，聚N-乙烯基己内酰胺在2926cm-1出现脂肪族碳氢键的伸缩振动，本实施例制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的红外图谱中可以看到这些特征峰的存在，表明酮洛芬成功负载在温度敏感载药缓释纳米纤维膜上。
实施例3
(1)将1.01g的N-乙烯基己内酰胺单体和1mg偶氮二异丁腈溶于1mL的二甲基甲酰胺中，氮气环境下70℃油浴中反应8小时后用无水乙醚沉淀，得到聚N-乙烯基己内酰胺。
(2)用天平称取0.497g的聚N-乙烯基己内酰胺和0.535g的EC固体粉末，使其完全溶解在4mL无水乙醇中。
(3)向上述溶液中加入0.05g酮洛芬并使其完全溶解，用磁力搅拌器搅拌48h，直至混合均匀。
(4)将配置好的纺丝液4mL装到静电纺丝装置中，调节纺丝参数进行电纺，喷出流速为0.5mL/h，静电压为15kV，接收距离为15cm，所处环境温度为25℃，湿度为40-50％，纺丝时间为5h；收集到的纤维膜放入真空干燥箱中常温干燥24h，得到温度敏感载药缓释纳米纤维膜。
图4为本实施例制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜和酮洛芬的XRD图，从图中可以观察到酮洛芬在载入纳米纤维前，在2θ为15°、18.3°、22.8°等处均有衍射峰值，而在载入纳米膜之后特征峰消失，说明酮洛芬在纳米纤维中是呈无定型状态。
实施例4
(1)将1.01g的N-乙烯基己内酰胺单体和1mg偶氮二异丁腈溶于1mL的二甲基甲酰胺中，氮气环境下70℃油浴中反应8小时后用无水乙醚沉淀，得到聚N-乙烯基己内酰胺。
(2)用天平称取0.496g的聚N-乙烯基己内酰胺和0.503g的EC固体粉末，使其完全溶解在5mL无水乙醇中。
(3)向上述溶液中加入0.09g酮洛芬并使其完全溶解，用磁力搅拌器搅拌48h，直至混合均匀。
(4)将配置好的纺丝液4mL装到静电纺丝装置中，调节纺丝参数进行电纺，喷出流速为0.3mL/h，静电压为13kV，接收距离为15cm，所处环境温度为25℃，湿度为40-50％，纺丝时间为5h；收集到的纤维膜放入真空干燥箱中常温干燥24h，得到温度敏感载药缓释纳米纤维膜。
本实施例的温度敏感载药缓释纳米纤维膜应用于药物控释体系：
取73.2mg载药纳米纤维膜浸入20mL的PBS缓冲液，置于SHZ-82气浴恒温摇床中，参数分别设置为37℃和25℃，速度为100次/min。每隔一定时间取出1mL释放介质，同时补入相同体积的PBS缓冲液。采用UV-1800紫外可见分光光度计测定释放介质在254nm时的吸光度并且计算药物累计释放量。
图5为本实施例制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的药物释放曲线，从图中可以观察到在不同的温度条件下，酮洛芬的释放率有很大的不同，在温度为25℃的时候，药物的释放速率较快，60小时时累积释放率达到55％左右，而在温度为37℃的时候，药物的释放速率较慢，60小时时累积释放率只有20％，这是因为聚N-乙烯基己内酰胺在不同温度条件下呈现的性能不同，导致药物从材料中的释放不同。
实施例5
(1)将1.01g的N-乙烯基己内酰胺单体和1mg偶氮二异丁腈溶于1mL的二甲基甲酰胺中，氮气环境下70℃油浴中反应8小时后用无水乙醚沉淀，得到聚N-乙烯基己内酰胺。
(2)用天平称取0.496g的聚N-乙烯基己内酰胺和0.545g的EC固体粉末，使其完全溶解在4mL无水乙醇中。
(3)向上述溶液中加入0.08g酮洛芬并使其完全溶解，用磁力搅拌器搅拌48h，直至混合均匀。
(4)将配置好的纺丝液4mL装到静电纺丝装置中，调节纺丝参数进行电纺，喷出流速为0.6mL/h，静电压为14kV，接收距离为25cm，所处环境温度为25℃，湿度为40-50％，纺丝时间为5h；收集到的纤维膜放入真空干燥箱中常温干燥24h，得到温度敏感载药缓释纳米纤维膜。
(5)将有纳米纤维膜的玻片剪下，放入24孔板中，用干净的玻片做空白对照，紫外照射24小时杀菌消毒。
(6)将400μL的L929成纤维细胞以4000/孔的密度种植在24孔板上，在37℃，5％CO2的条件下分别1,3,5天后，去除培养基。
(7)接着加入360μL的DMEM和40μL的MTT培养4小时。
(8)去除培养基，加入400μL的DMSO，在37℃的恒温摇床上摇20min.
(9)然后将24孔板中的溶液转移到96孔板中，用酶标仪测量溶液在570nm时的吸光度。
图6为本实施例制备的温度敏感载药缓释纳米纤维膜、聚N-乙烯基己内酰胺/乙基纤维素纳米纤维以及空白对照的MTT曲线。从图中可以观察到可温度敏感载药缓释纳米纤维膜与空白对照相比，吸光度增加，说明此纳米纤维生物相容性良好，利于细胞的生长增殖，适合应用于生物医用领域。
Claims (10)
1.一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜，其特征在于：所述纳米纤维膜的成分包括乙基纤维素EC、聚N-乙烯基己内酰胺PNVCL和药物，其中药物和聚N-乙烯基己内酰胺的质量比为1:5-10，乙基纤维素EC和聚N-乙烯基己内酰胺PNVCL的质量比为1:0.9-1.5。
2.根据权利要求1所述的一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜，其特征在于：所述药物为酮洛芬。
3.根据权利要求1所述的一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜，其特征在于：所述聚N-乙烯基己内酰胺是由N-乙烯基己内酰胺单体自由基聚合反应而成。
4.一种如权利要求1所述的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将N-乙烯基己内酰胺和偶氮二异丁腈溶于二甲基甲酰胺中，氮气环境下60-80℃油浴中反应7-9小时后用无水乙醚沉淀，得到聚N-乙烯基己内酰胺；
(2)将步骤(1)所得聚N-乙烯基己内酰胺PNVCL和乙基纤维素EC溶解在溶剂中，得到溶液；
(3)在步骤(2)所得溶液中加入药物，搅拌至分散均匀，得到纺丝液；
(4)将步骤(3)中的纺丝液进行静电纺丝得到纤维膜，再进行干燥，得到温度敏感载药缓释纳米纤维膜。
5.根据权利要求4所述的一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中N-乙烯基己内酰胺、偶氮二异丁腈与二甲基甲酰胺的质量体积比为1-1.1g：1mg：1mL。
6.根据权利要求4所述的一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中聚N-乙烯基己内酰胺PNVCL和乙基纤维素EC在溶剂中的浓度为18％-30％g/mL，溶剂为无水乙醇。
7.根据权利要求6所述的一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述无水乙醇的质量浓度为99.9％，含水量小于0.1％。
8.根据权利要求4所述的一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中搅拌时间为48h。
9.根据权利要求4所述的一种温度敏感载药缓释纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中静电纺丝的工艺参数为：电压为12-16kV，流速为0.2-0.8mL/h，接收距离为15-25cm，所处环境温度为25℃，湿度在40-50％之间，纺丝时间为5-10h；干燥时间为24h。
10.一种如权利要求1所述的温度敏感载药缓释纳米纤维膜的应用，其特征在于：用于温度敏感药物控制释放和缓慢释放体系。
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