CN107675364B - 以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法，包括如下步骤：1)配制聚乳酸溶液，加入乳化剂I，搅拌均匀，加入疏水性药物，搅拌，得到油相溶液；配制明胶溶液，过滤，加入乳化剂II，搅拌均匀，加入亲水性药物，搅拌，得到水相溶液；2)在搅拌速度为800～1000rpm的条件下，将水相溶液滴加到油相溶液中，待滴加完全后，继续搅拌，得到O/W乳液；3)加入分子量为8000的PEG或者PVA，混合均匀得到纺丝液；4)利用静电纺丝法，将纺丝液纺制成具有丝珠并存结构的双载药复合纤维膜。该方法采用相反转的方法制备水包油型乳液，通过调节聚乙二醇经乳液电纺可制备丝珠并存纤维，制备方法简单，载药效果好。

Description

以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法
技术领域
本发明涉及纺织、医药领域，具体涉及一种以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法。
背景技术
静电纺丝是目前制备聚合物纤维最主要的技术之一，近年来备受关注，目前已经可以制备出种类丰富的纤维，包括有机、无机和有机/无机复合纤维，并应用于载药、生物敷料以及组织工程支架等多个领域，具有多孔的结构，比表面积大等特点。
乳液静电纺丝是把传统的纺丝溶液替换成水包油乳液或油包水乳液，可制备具有一定复合结构的双组分微纳米纤维。聚乳酸(PLA)是一种合成脂肪族聚酯高分子材料，具有优异的生物相容性和生物可降解性。在生物体内，PLA降解产物是可被活体细胞代谢的乳酸，最终能够完全降解为二氧化碳和水，保证生物体的安全；又因为它能以各种形式与药物活性分子结合，因此近年来，有关聚乳酸及其共聚物的静电纺丝及纳米纤维膜在组织工程及药物缓释体系的应用研究受到了广大研究者的高度重视，使得聚乳酸在临床医学上获得广泛的应用。CN102926021A公开了一种乳液电纺制备珠状纤维的方法，采用乳液聚合的方法制备乳液，经乳液电纺制备出珠状纤，并应用于过滤吸附领域。CN105879123A公开了一种PLGA纤维-微球双载药复合支架的制备方法，其采用静电纺丝液和电喷溶液同时电纺和电喷得到改复合支架材料。该方法需要配制两种溶液同时完成电纺和电喷，比较耗能且过程繁琐。
另外，多数研究者将具有“丝珠并存”的纤维视为纤维缺陷，但是，由于串珠直径远大于纤维直径，因此更有利于颗粒型或非颗粒型药物的担载。这种结构的优势显现在两个方面：一是珠粒间由纳米级的连续纤维相连接，确保其满足作为组织工程支架材料的要求；另一方面是药物包覆在微米级的珠粒中，体外释放需要较长时间，所以在解决电纺纤维存在的药物突释问题上表现优异，并实现亲疏水药物的负载，具有较大的实际应用价值。但是对于“丝珠并存”的纤维作为药物载体的研究并未见到。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法，其采用相反转的方法制备水包油(O/W)型乳液，通过调节聚乙二醇经乳液电纺可制备丝珠并存纤维，制备方法简单，载药效果好。
为此，本发明的技术方案如下：
一种以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法，包括如下步骤：
1)制备油相：按照每100mL溶剂中加入1～20g聚乳酸的比例配制聚乳酸溶液；向所述聚乳酸溶液中加入乳化剂I，搅拌均匀，加入疏水性药物，搅拌，得到油相溶液；
制备水相：按照每100mL蒸馏水中含有1～10g明胶的比例配制明胶溶液；向过滤后的明胶溶液中加入乳化剂II，搅拌均匀，加入亲水性药物，搅拌，得到水相溶液；
2)在搅拌速度为800～1000rpm的条件下，将所述水相溶液滴加到油相溶液中，待滴加完全后，继续搅拌，得到O/W乳液；
其中：水相溶液、油相溶液的体积比是1:5；
3)向所述O/W乳液中加入分子量为8000的PEG或者PVA，混合均匀得到纺丝液；
其中每100mL O/W乳液中含有10～50g的PEG或者PVA；
4)利用静电纺丝法，在电压为18～30kV，接收距离为10～20cm，纺丝速度为0.1～2mL/h的条件下，将所述纺丝液纺制成具有丝珠并存结构的双载药复合纤维膜。
进一步，所述溶剂为丙酮、丙酮和二氯甲烷的混合液或者丙酮和N-N二甲基甲酰胺的混合液。
进一步，所述乳化剂I为Span 80、Tween80或Tween60。
进一步，步骤1)中，每100mL所述聚乳酸溶液中加入的乳化剂I的体积为5～10mL。
进一步，所述疏水性药物为喜树碱、10-羟基喜树碱、拓扑替康、伊立体康、贝洛替康、青藤碱、紫杉醇、泰素、安泰素、泰索帝、艾素、多帕菲、紫杉醇脂质体、白蛋白紫杉醇、卡莫司汀、洛莫司汀、阿霉素、盐酸青霉素、柔红霉素或素山慈菇。
进一步，所述乳化剂II为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(SMA)、N-十六烷基-N-乙基吗啉基乙基硫酸钠、月桂基硫酸钠或聚氧乙烯单硬脂酸酯。
进一步，每100mL明胶溶液中加入乳化剂II的体积为15～25mL。
进一步，所述亲水性药物为黄芪多糖(CPT)、大蒜素、硫酸庆大霉素、盐酸苯丙醇胺或单硝酸异山梨酯。
步骤2)中，搅拌速度低于800rpm，乳液无法完成相反转，高于1000rpm，相反转也不易完成。相反转乳化法属于低能乳化法，以制备水包油型(O/W)乳液为例，在乳液的制备过程中，是将W相以分散液滴的形式滴加到油相中。
形成最终的O/W乳液经历三个阶段：第一阶段是水相滴加初期，体系O相所占比重较大，此时，油相为连续相，水相为分散相，形成的乳液是W/O乳液；随着W相的继续滴加，乳液进入第二阶段，即双连续相阶段，双连续相存在的时间极为短暂，在该阶段，整个体系的表面张力最小，较容易形成粒径较小的乳滴；第三阶段随着W相的不断加入，水相比例变大，取代油相成为连续相，乳滴由W/O转变为O/W，至此O/W乳液形成。
该技术方案具有如下特点：
1)可以制备多组分、丝珠并存结构的双载药复合纳米纤维。珠粒间由纳米级的连续纤维相连接，确保其满足作为组织工程支架材料的要求；
另一方面是药物包覆在微米级的珠粒中，体外释放需要较长时间，所以在解决电纺纤维存在的药物突释问题上表现优异，串珠直径远大于纤维直径，因此更有利于颗粒型或非颗粒型药物的担载。
2)采用动态膜透析法评价载药复合纳米纤维的体外药物释放性能，结果显示该复合膜在不同pH缓冲溶液中均具有良好的药物缓释性能，其中亲水性药物释放速率较快，且药物累积释放率高，疏水性药物累积释放率达30％以上，亲水性药物累积释放率达90％以上。
3)载药复合纤维膜经体外细胞毒性测试结果显示为无细胞毒性，具有良好的细胞相容性，可作为药物缓释载体材料应用，如图6，细胞增殖率在90％以上。
附图说明
图1为实施例1制得的双载药复合纤维膜的扫描电镜图；
图2为对比例1制得的双载药复合纤维膜的扫描电镜图；
图3为对比例2制得的双载药复合纤维膜的扫描电镜图；
图4为实施例1制得的双载药复合纤维膜的红外光谱图(a:聚乳酸；b:喜树碱；c:载药PLA/PEG纤维膜；d:聚乙二醇；e:黄芪多糖)；
图5为实施例1制得的双载药复合纤维膜在不同pH酸盐缓冲溶液中的药物释放曲线图(a：pH＝5.8、黄芪多糖b：pH＝7.4喜树碱c：pH＝7.4黄芪多糖d：pH＝5.8喜树碱)。
图6是未载药复合纤维膜细胞毒性测试。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例1
采用乳液电纺制备双载药复合纤维膜的研究方法，包括如下步骤：
称取0.5g的聚乳酸(PLA)溶于10mL丙酮和DMF混合溶液中(VAce＝VDMF＝5mL)，在300rpm条件下搅拌15min，完全溶解。加入0.5mL的Span80，继续搅拌20min，再加入疏水性药物CPT 0.005g，继续搅拌，此为O相。
称取1g明胶溶于40mL蒸馏水中，加热搅拌至完全溶解，过滤，加入10mL乳化剂苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，搅拌至完全与明胶水溶液互溶，再加入亲水性药物CPT 0.005g，继续搅拌，此为W相。
将W相逐滴加入O相中，继续搅拌2h，搅拌速度为900rpm，随着W相的滴加过程，体系将完成由W/O型乳液转变为O/W型乳液，实现相反转，得到O/W乳液。
取10mLO/W乳液，加入3g分子量为8000的PEG，磁力搅拌至PEG完全溶解，得到纺丝液。
在电压为25kV、纺丝速度为0.1mL/h、接受距离为16cm、室温条件下完成静电纺丝，制得双载药复合纤维膜。由图4可见，本实施例得到的双载药复合纤维膜PLA/PEG复合膜已成功负载药物。
对比例1
采用乳液电纺制备双载药复合纤维膜的研究方法，包括如下步骤：
称取0.5g的聚乳酸(PLA)溶于10mL丙酮/DMF溶液(VAce＝VDMF＝5mL)，以300rpm搅拌15min完全溶解。加入0.5mL的Span80，继续搅拌20min，再加入疏水性药物CPT 0.005g，继续搅拌，此为O相。
称取1g明胶溶于42.5mL蒸馏水中，加热搅拌至完全溶解，过滤，加入7.5mL乳化剂苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，搅拌至完全与明胶水溶液互溶，再加入亲水性药物CPT0.005g，继续搅拌，此为W相。
将W相逐滴加入O相中，继续搅拌2h，搅拌速度为900rpm，随着W相的滴加过程，体系将完成由W/O型乳液转变为O/W型乳液，实现相反转，得到O/W乳液。
取10mL乳液，加入3g分子量为4000的PEG，磁力搅拌至PEG完全溶解，得到纺丝液。
在电压为25kV、纺丝速度为0.1mL/h、接受距离为16cm、室温条件下完成静电纺丝，制得双载药复合纤维膜。
对比例2
采用乳液电纺制备双载药复合纤维膜的研究方法，包括如下步骤：
称取0.5g的聚乳酸(PLA)溶于10mL丙酮、DMF混合溶液(VAce＝VDMF＝5mL)中，以300rpm搅拌15min完全溶解。加入0.5mL的Span80，继续搅拌20min，再加入疏水性药物CPT0.005g，继续搅拌，此为O相。
称取1g明胶溶于37.5mL蒸馏水中，加热搅拌至完全溶解，过滤，加入12.5mL乳化剂苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，搅拌至完全与明胶水溶液互溶，再加入亲水性药物CPT0.005g，继续搅拌，此为W相。
将W相逐滴加入O相中，继续搅拌2h，搅拌速度为900rpm，随着W相的滴加过程，体系将完成由W/O型乳液转变为O/W型乳液，实现相反转，得到O/W乳液。
取10mL乳液，加入5g分子量为10000的PEG，磁力搅拌至PEG完全溶解，得到纺丝液。
在电压为25kV、纺丝速度为0.1mL/h、接受距离为16cm、室温条件下完成静电纺丝，制得双载药复合纤维膜。
对比图1、2、3可知，实施例1的制备条件可以值得“丝珠并存”结构的载药PLA/PEG复合膜。而对比例1、2则不可以，可见PEG的分子量对“丝珠并存”结构的成型具有决定性的作用。
对比例3：
采用乳液电纺制备双载药复合纤维膜的研究方法，包括如下步骤：
称取0.5g的聚乳酸(PLA)溶于10mL丙酮、DMF混合溶液(VAce＝VDMF＝5mL)，以300rpm搅拌15min完全溶解。加入0.5mL的Span80，继续搅拌20min，再加入疏水性药物CPT 0.005g，继续搅拌，此为O相。
称取1g明胶溶于40mL蒸馏水中，加热搅拌至完全溶解，过滤，加入10mL乳化剂12.5mL乳化剂苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，搅拌至完全与明胶水溶液互溶，再加入亲水性药物CPT 0.005g，继续搅拌，此为W相。
将W相逐滴加入O相中，继续搅拌2h，搅拌速度为900rpm，随着W相的滴加过程，体系将完成由W/O型乳液转变为O/W型乳液，实现相反转，得到O/W乳液。
取10mL乳液，加入1.5g分子量为6000的PEG，磁力搅拌至PEG完全溶解，得到纺丝液。
在电压为25kV、纺丝速度为0.1mL/h、接受距离为16cm、室温条件下完成静电纺丝，制得双载药复合纤维膜。
实施例2：
与实例1的区别在于，将疏水性模型药物替换为青藤碱，其它步骤相同。
实施例3：
与实例1的区别在于，将PEG替换成聚乙烯醇(PVA)，将疏水性模型药物替换为青藤碱，其它步骤相同。
实施例4：
与实例1的区别在于，其纺丝电压为20kV，纺丝速度为0.2mL/h、接收距离为15cm，其它步骤相同。
通过以下试验阐述实施例制得的O/W型载药微乳液的药物缓释效果。
测试1药物释放测试
精确称取一定量实施例1载药PLA/PEG复合膜装入含20mL磷酸盐缓冲溶液(PBS，pH＝5.8)的试管中，将试管放入37℃，60r/min的恒温振荡箱中，在适当的时刻取3mL PBS释放液，测完后倒入原试管。通过紫外可见分光光度计在210和370nm波长处分别测APS和CPT的释放浓度，每个样品进行3组平行实验，取平均值。
测试2药物释放测试
精确称取一定量实施例1载药PLA/PEG复合膜装入含20mL磷酸盐缓冲溶液(PBS，pH＝7.4)的试管中，将试管放入37℃，60r/min的恒温振荡箱中，在适当的时刻取3mL PBS释放液，测完后倒入原试管。通过紫外可见分光光度计在210和370nm波长处分别测APS和CPT的释放浓度，每个样品进行3组平行实验，取平均值。
图5复合膜在不同pH缓冲溶液中均具有良好的药物缓释性能，其中亲水性药物释放速率较快，且药物累积释放率高，疏水性药物累积释放率达30％以上，亲水性药物累积释放率达90％以上。
测试3体外细胞毒性测试
实验组：在细胞接种前，取适量未载药PLA/PEG复合膜，用紫外光杀菌消毒4h。将1×104L929细胞/孔接种在100μL 1640培养基的96孔板中。在37℃培养24h后，加入100μL用1640培养基浸提72h后稀释成不同浓度的未载药PLA/PEG复合膜浸提液，培养48h后，吸取上层清液，加入100μL 5mg/mL(或者2.5mg/mL、或者10mg/mL)MTT溶液，培养4h后再吸取上层清液，加入150μL DMSO溶解沉淀物。用酶标仪在492nm吸收峰处测定溶液的吸光度，取平均值和标准方差为实验结果。
空白组：以相同的细胞培养条件，不加入未载药PLA/PEG复合膜，得到的数据为空白组数据。
细胞相对增殖率＝(实验组吸光度数值/空白组吸光度数值)×100％
图6是采用MTT检测法对为未载药PLA/PEG复合膜进行细胞毒性测试，测试结果表明复合膜无细胞毒性，生物相容性良好，可进一步用作载药材料。
未载药复合纤维膜的制备过程：
称取0.5g的聚乳酸(PLA)溶于10mL丙酮和DMF混合溶液中(VAce＝VDMF＝5mL)，在300rpm条件下搅拌15min，完全溶解。加入0.5mL的Span80，继续搅拌，此为O相。
称取1g明胶溶于40mL蒸馏水中，加热搅拌至完全溶解，过滤，加入10mL乳化剂苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，搅拌至完全与明胶水溶液互溶，继续搅拌，此为W相。
将W相逐滴加入O相中，继续搅拌2h，搅拌速度为900rpm，随着W相的滴加过程，体系将完成由W/O型乳液转变为O/W型乳液，实现相反转，得到O/W乳液。
取10mLO/W乳液，加入3g分子量为8000的PEG，磁力搅拌至PEG完全溶解，得到纺丝液。
在电压为25kV、纺丝速度为0.1mL/h、接受距离为16cm、室温条件下完成静电纺丝，制得未载药PLA/PEG复合纤维膜。

Claims (5)

1.一种以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)制备油相：按照每100mL溶剂中加入1～20g聚乳酸的比例配制聚乳酸溶液；向所述聚乳酸溶液中加入乳化剂I，搅拌均匀，加入疏水性药物，搅拌，得到油相溶液；所述乳化剂I为Span 80、Tween80或Tween60；所述疏水性药物为喜树碱、10-羟基喜树碱、拓扑替康、伊立体康、贝洛替康、青藤碱、紫杉醇、泰素、安泰素、泰索帝、艾素、多帕菲、紫杉醇脂质体、白蛋白紫杉醇、卡莫司汀、洛莫司汀、阿霉素、盐酸青霉素、柔红霉素或素山慈菇；
制备水相：按照每100mL蒸馏水中含有1～10g明胶的比例配制明胶溶液；向过滤后的明胶溶液中加入乳化剂II，搅拌均匀，加入亲水性药物，搅拌，得到水相溶液；所述乳化剂II为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物、N-十六烷基-N-乙基吗啉基乙基硫酸钠、月桂基硫酸钠或聚氧乙烯单硬脂酸酯；所述亲水性药物为黄芪多糖、大蒜素、硫酸庆大霉素、盐酸苯丙醇胺或单硝酸异山梨酯；
2)在搅拌速度为800～1000rpm的条件下，将所述水相溶液滴加到油相溶液中，待滴加完全后，继续搅拌，得到O/W乳液；
其中：水相溶液、油相溶液的体积比是1:5；
3)向所述O/W乳液中加入分子量为8000的PEG或者PVA，混合均匀得到纺丝液；
其中每100mL O/W乳液中含有10～50g的PEG或者PVA；
4)利用静电纺丝法，在电压为18～30kV，接收距离为10～20cm，纺丝速度为0.1～2mL/h的条件下，将所述纺丝液纺制成具有丝珠并存结构的双载药复合纤维膜。
2.如权利要求1所述以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法，其特征在于：步骤1)中所述溶剂为丙酮、丙酮和二氯甲烷的混合液或者丙酮和N-N二甲基甲酰胺的混合液。
3.如权利要求1所述以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法，其特征在于：步骤1)中，每100mL所述聚乳酸溶液中加入的乳化剂I的体积为5～10mL。
4.如权利要求1所述以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法，其特征在于：每100mL明胶溶液中加入乳化剂II的体积为15～25mL。
5.如权利要求1所述以乳液电纺技术制备双载药复合纤维膜的方法，其特征在于：每100mL水相溶液中含有亲水性药物0.025～0.075g；每100mL油相溶液中含有疏水性药物0.025～0.075g。
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