CN108451925B - 一种用于载药的空心缓释微球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于载药的空心缓释微球及其制备方法，属于医用缓释微球技术领域。本发明采用乳化交联法在聚苯乙烯微球表面包覆壳层高分子材料，得到以聚苯乙烯微球为核、明胶、海藻酸钠、壳聚糖和聚乳酸为壳的核壳结构微球，再通过四氢呋喃将内核聚苯乙烯微球浸泡溶解除去，将微球交联固化得到了空心缓释微球，再将药物负载于空心结构微球上，大大提高了药物的载药量。

Description

一种用于载药的空心缓释微球及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用缓释微球制备技术领域，具体涉及一种用于载药的空心缓释微球及其制备方法。
背景技术
微球作为药物的载体，能够很好的包埋药物、控制药物的释放速率、提高药物的利用率，同时减少药物对人体的危害，因此载药微球被广泛研究并应用到医学领域。载药微球的组成形式可以是将微球吸附于高分子材料形成的微球中，也可以将药物均匀分布在高分子材料中再形成微球，药物经微球包埋后，在体内缓慢释放，能够起到较长时间维持药物在体内的有效浓度，对药效起到了很好的延长作用，同时，降低甚至避免了药物对机体造成的不良反应，提高了药物的活性以及利用率。因此具有生物相容性并且容易在体内降解的载药微球已成为广泛应用的一种新型给药体系，其制备已经成为近年来缓控释放型药物和靶向药物的研究热点。
作为一种理想的药物载体，应满足以下要求：外观上光滑圆整、粒度均一，性能上要溶胀性好、对于药物的负载量高并且具有缓释作用，同时要满足具有生物降解性、无毒无害等要求。在已有的研究报道中，虽然在微球的制备方法上做了大量相关的研究，但依然没有很好地解决微球对药物负载量偏低、载药速度慢的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于载药的空心缓释微球及其制备方法，以解决现有微球药物负载量低、载药速度慢的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种用于载药的空心缓释微球的制备方法，包括：
(1)将聚苯乙烯微球和乳化剂加入油相石蜡，将壳层高分子材料溶解于水后逐滴滴加至油相石蜡中，搅拌乳化后用冰水浴冷却至5℃以下，滴加戊二醛交联0.5-2h，然后加入丙酮，分层过滤后得到实心微球；
其中，壳层高分子材料选自明胶、海藻酸钠、壳聚糖和聚乳酸中的一种，壳层高分子材料与聚苯乙烯微球的质量比为(5-15)：1，壳层高分子材料溶解于水后得到的水溶液的浓度为0.05-0.3g/ml；乳化剂的用量为油相石蜡的2-10％；水油体积比为1:(4-8)；戊二醛的加量为1g壳层高分子材料需要0.05-0.1ml的50wt％的戊二醛；
(2)将步骤(1)得到的实心微球在四氢呋喃中浸泡2-6h，用丙酮洗涤后，再在体积比为(4.5-5.5):1的丙酮/水混合液中于2-5℃下浸泡24-25h，洗涤后干燥，制得用于载药的空心缓释微球。
本发明通过软模板法和乳化交联法来制备一种空心缓释微球。具体地：本发明利用乳化交联法预先制备一定粒径大小的聚苯乙烯微球，然后在其表面包覆壳层高分子材料，得到以聚苯乙烯微球为核、明胶、海藻酸钠、壳聚糖和聚乳酸为壳的核壳结构微球，再通过四氢呋喃将内核聚苯乙烯微球浸泡溶解除去，将微球交联固化得到了空心缓释微球，再将药物负载于空心结构微球上，大大提高了药物的载药量。
在选择壳层高分子材料方面，本发明优选为明胶作为包覆聚苯乙烯的壳层。这是由于明胶保留了胶原的化学组成,是由18种氨基酸组成的直链聚合物,具有良好的生物相容性和生物可降解性，无毒、无害，与二醛类物质容易发生交联反应而固化，性能比较稳定；而且明胶微球的制备简单，制得的明胶微球粒度均一，形貌较好，是制备药物缓释载体理想选择。
在本发明的步骤(2)中涉及到两次“浸泡”，其作用不同。第一次将制得包覆高分子材料的聚苯乙烯实心微球在四氢呋喃中浸泡，其目的是将聚苯乙烯核溶解，得到空心的高分子壳层，具体可以是明胶空心微球、海藻酸钠空心微球、壳聚糖空心微球或聚乳酸空心微球。第二次将得到的空心微球继续在丙酮/水混合液中浸泡，其目的是在丙酮作用下进行固化，提高空心微球的强度。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(1)中，所述聚苯乙烯微球的制备方法为分散聚合法、悬浮聚合法或乳液聚合法。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(1)中利用乳液聚合法制备聚苯乙烯微球包括以下具体步骤：
(11)将浓度为(0.015-0.02)g/ml的十二烷基硫酸钠和浓度为(0.012-0.018)g/mL的过硫酸钾按照(85-95)：(5-15)的体积比混合，充入惰性气体在60-90℃的水浴条件下加热搅拌5-20min，搅拌速度为200-1000rpm；将单体苯乙烯溶于正丁醇中，制得浓度为(0.03-0.07)g/mL苯乙烯/正丁醇混合液，其中正丁醇的质量为十二烷基硫酸钠的15-25wt％；将1/3的苯乙烯/正丁醇混合液逐滴滴加到三颈烧瓶中，继续搅拌45-80min；
(12)向步骤(11)的溶液中加入余量的苯乙烯/正丁醇混合液，保持步骤(1)的搅拌速度和惰性气氛继续搅拌,在75-80℃下反应45-75min后,升温至85-90℃，继续搅拌，反应45-75min，用冰水浴冷却至室温，制得乳液样品；
(13)将所述乳液样品在离心转速为8500-9500r/min、离心时间为8-12min的条件下进行离心沉降，将下层微球用乙醇反复洗涤，然后再离心数次，真空干燥，制得所述聚苯乙烯微球。进一步地，在本发明较佳的实施例中，在步骤(2)中，在丙酮/水混合液中浸泡后用丙酮和去离子水交替洗涤，然后在常温下干燥。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，用于载药的空心缓释微球的载药方法：将空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于35-40℃下以100-300rpm的频率震荡24-48h；其中，药物为骨形态发生蛋白-2、抗生素或硫酸庆大霉素，浓度为50-200ug/mL。
通过本发明制备方法制得空心缓释微球可以很好地负载药物，尤其是对骨形态发生蛋白-2(以下简称BMP-2)，能够解决BMP-2直接应用所存在的易降解、半衰期短和缺乏长期稳定性等诸多问题。
上述的制备方法制得的用于载药的空心缓释微球。
本发明具有以下有益效果：
本发明在高分子微球的制备基础上通过先添加聚苯乙烯内核制得一种核壳结构微球，再通过浸泡溶解除去内核，使内部形成中空结构，从而提微球对药物的负载量与载药速度，增强其应用效果。
本发明的产品具有良好的生物相容性与可降解性，合成中选用的原材料和试剂价格低廉，使本技术产品具有实际应用的前景。
本发明的合成方法简单，制备方法具有可控性，既可以采用苯乙烯单体分步加入，有效控制单体成核率，又可以通过改变苯乙烯单体和引发剂用量以及搅拌速度等工艺参数来控制聚苯乙烯微球的粒径大小，进而调控空心微球的内核孔径；此外，改变明胶浓度、乳化剂用量、搅拌速度等也可以改变明胶微球粒径的大小，因此，可以通过调节各工艺参数能够简单、容易地调控微球的粒径以及内核的孔径；同时制备条件便于实现，有利于成果转化，容易实现工业化生产。
附图说明
图1为负载BMP-2的现有实心明胶微球与实施例3的空心明胶微球的体外释放曲线图；
图2为现有实心明胶微球的扫描电镜照片；
图3为本发明实施例3的空心明胶微球的扫描电镜照片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用乳化交联法制得聚苯乙烯微球，将聚苯乙烯微球和乳化剂加入油相石蜡，将壳层高分子材料溶解于水后逐滴滴加至油相石蜡中，搅拌乳化后用冰水浴冷却至5℃以下，滴加戊二醛交联0.5h，然后加入丙酮，分层过滤后得到实心微球。
其中，制备聚苯乙烯微球包括以下步骤：
(11)将浓度为0.015g/mL的十二烷基硫酸钠和浓度为0.012g/mL的过硫酸钾按照85：15的体积比混合，充入惰性气体在60℃的水浴条件下加热搅拌20min，搅拌速度为200rpm；将单体苯乙烯溶于正丁醇中，制得浓度为0.03g/mL苯乙烯/正丁醇混合液，其中正丁醇的质量为十二烷基硫酸钠的25wt％；将1/3的苯乙烯/正丁醇混合液逐滴滴加到三颈烧瓶中，继续搅拌45min；
(12)向步骤(11)的溶液中加入余量的苯乙烯/正丁醇混合液，保持步骤(1)的搅拌速度和惰性气氛继续搅拌,在75℃下反应75min后,升温至85℃，继续搅拌，反应75min，用冰水浴冷却至室温，制得乳液样品；
(13)将乳液样品在离心转速为8500r/min、离心时间为12min的条件下进行离心沉降，将下层微球用乙醇反复洗涤，然后再离心数次，真空干燥，制得聚苯乙烯微球。
其中，壳层高分子材料选自明胶、海藻酸钠、壳聚糖和聚乳酸中的一种，壳层高分子材料与聚苯乙烯微球的质量比为5：1，壳层高分子材料溶解于水后得到的水溶液的浓度为0.05g/ml；乳化剂的用量为油相石蜡的2％；水油体积比为1:4；戊二醛的加量为1g壳层高分子材料需要0.05ml的50％的戊二醛。
(2)将步骤(1)得到的实心微球在四氢呋喃中浸泡2h，用丙酮洗涤后，再在体积比为4.5:1的丙酮/水混合液中于2℃下浸泡25h，用丙酮和去离子水交替洗涤，然后在常温下干燥，制得用于载药的空心缓释微球。
实施例2：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用乳化交联法制得聚苯乙烯微球，将聚苯乙烯微球和乳化剂加入油相石蜡，将壳层高分子材料溶解于水后逐滴滴加至油相石蜡中，搅拌乳化后用冰水浴冷却至5℃以下，滴加戊二醛交联2h，然后加入丙酮，分层过滤后得到实心微球。
其中，制备聚苯乙烯微球包括以下步骤：
(11)将浓度为0.02g/mL的十二烷基硫酸钠和浓度为0.018g/mL的过硫酸钾按照95：5的体积比混合，充入惰性气体在90℃的水浴条件下加热搅拌5min，搅拌速度为1000rpm；将单体苯乙烯溶于正丁醇中，制得浓度为0.07g/mL苯乙烯/正丁醇混合液，其中正丁醇的质量为十二烷基硫酸钠的15wt％；将1/3的苯乙烯/正丁醇混合液逐滴滴加到三颈烧瓶中，继续搅拌80min；
(12)向步骤(11)的溶液中加入余量的苯乙烯/正丁醇混合液，保持步骤(1)的搅拌速度和惰性气氛继续搅拌,在80℃下反应45min后,升温至90℃，继续搅拌，反应45min，用冰水浴冷却至室温，制得乳液样品；
(13)将乳液样品在离心转速为9500r/min、离心时间为8min的条件下进行离心沉降，将下层微球用乙醇反复洗涤，然后再离心数次，真空干燥，制得聚苯乙烯微球。
其中，壳层高分子材料选自明胶、海藻酸钠、壳聚糖和聚乳酸中的一种，壳层高分子材料与聚苯乙烯微球的质量比为15：1，壳层高分子材料溶解于水后得到的水溶液的浓度为0.3g/ml；乳化剂的用量为油相石蜡的10％；水油体积比为1:8；戊二醛的加量为1g壳层高分子材料需要0.1ml的50％的戊二醛。
(2)将步骤(1)得到的实心微球在四氢呋喃中浸泡2-6h，用丙酮洗涤后，再在体积比为5.5:1的丙酮/水混合液中于5℃下浸泡24h，用丙酮和去离子水交替洗涤，然后在常温下干燥，制得用于载药的空心缓释微球。
实施例3：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法，包括以下步骤：
(1)利用乳化交联法制得聚苯乙烯微球，将聚苯乙烯微球和乳化剂加入油相石蜡，将壳层高分子材料溶解于水后逐滴滴加至油相石蜡中，搅拌乳化后用冰水浴冷却至5℃以下，滴加戊二醛交联1h，然后加入丙酮，分层过滤后得到实心微球。
其中，制备聚苯乙烯微球包括以下步骤：
(11)将浓度为0.018g/mL的十二烷基硫酸钠和浓度为0.015g/mL的过硫酸钾按照90：10的体积比混合，充入惰性气体在80℃的水浴条件下加热搅拌15min，搅拌速度为500rpm；将单体苯乙烯溶于正丁醇中，制得浓度为0.05g/mL苯乙烯/正丁醇混合液，其中正丁醇的质量为十二烷基硫酸钠的20wt％；将1/3的苯乙烯/正丁醇混合液逐滴滴加到三颈烧瓶中，，继续搅拌60min；
(12)向步骤(11)的溶液中加入余量的苯乙烯/正丁醇混合液，保持步骤(1)的搅拌速度和惰性气氛继续搅拌,在78℃下反应60min后,升温至88℃，继续搅拌，反应60min，用冰水浴冷却至室温，制得乳液样品；
(13)将乳液样品在离心转速为9000r/min、离心时间为10min的条件下进行离心沉降，将下层微球用乙醇反复洗涤，然后再离心数次，真空干燥，制得聚苯乙烯微球。
其中，壳层高分子材料选自明胶、海藻酸钠、壳聚糖和聚乳酸中的一种，壳层高分子材料与聚苯乙烯微球的质量比为10：1，壳层高分子材料溶解于水后得到的水溶液的浓度为0.1g/ml；乳化剂的用量为油相石蜡的5％；水油体积比为1:5；戊二醛的加量为1g壳层高分子材料需要0.08ml的50％的戊二醛。
(2)将步骤(1)得到的实心微球在四氢呋喃中浸泡5h，用丙酮洗涤后，再在体积比为5:1的丙酮/水混合液中于3℃下浸泡24.5h，用丙酮和去离子水交替洗涤，然后在常温下干燥，制得用于载药的空心缓释微球。
实施例4：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法还包括以下步骤：
(3)将上述实施例1的制备方法制备的空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于35℃下以300rpm的频率震荡48h；其中，药物为骨形态发生蛋白-2，浓度为50ug/mL。
实施例5：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法还包括以下步骤：
(3)将上述实施例1的制备方法制备的空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于40℃下以100rpm的频率震荡24h；其中，药物为抗生素，浓度为200ug/mL。
实施例6：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法还包括以下步骤：
(3)将上述实施例1的制备方法制备的空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于38℃下以200rpm的频率震荡36h；其中，药物为硫酸庆大霉素，浓度为100ug/mL。
实施例7：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法还包括以下步骤：
(3)将上述实施例2的制备方法制备的空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于35℃下以300rpm的频率震荡48h；其中，药物为骨形态发生蛋白-2，浓度为50ug/mL。
实施例8：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法还包括以下步骤：
(3)将上述实施例2的制备方法制备的空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于40℃下以100rpm的频率震荡24h；其中，药物为抗生素，浓度为200ug/mL。
实施例9：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法还包括以下步骤：
(3)将上述实施例2的制备方法制备的空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于38℃下以200rpm的频率震荡36h；其中，药物为骨形态发生蛋白-2(BMP-2)，浓度为100ug/mL。
实施例10：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法还包括以下步骤：
(3)将上述实施例3的制备方法制备的空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于35℃下以300rpm的频率震荡48h；其中，药物为骨形态发生蛋白-2，浓度为50ug/mL。
实施例11：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法还包括以下步骤：
(3)将上述实施例3的制备方法制备的空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于40℃下以100rpm的频率震荡24h；其中，药物为抗生素，浓度为200ug/mL。
实施例12：
本实施例的用于载药的空心缓释微球的制备方法还包括以下步骤：
(3)将上述实施例3的制备方法制备的空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于38℃下以180rpm的频率震荡24h；其中，药物为骨形态发生蛋白-2，浓度为100ug/mL。
试验例1
精确称量20mg的现有实心明胶微球与实施例3的空心缓释微球置于1ml的100ug/ml的骨形态发生蛋白-2的PBS缓冲溶液中37℃下震荡24h,震荡频率为180rpm，得到负载BMP-2的两种缓释微球。
分别计算两种微球的载药量与包封率，计算公式如下：
载药量＝(投药量-上清液中含药量)/加入微球质量；
包封率＝(投药量-上清液中含药量)/投药量*100％。
结果见表1。
表1
载药量(ug/mg) 包封率(％)
现有实心明胶微球 31.74 63.48
实施例3空心明胶微球 45.50 91
从表1可以看出，本发明实施例制得的空心明胶微球其载药量和包封率均高于现有实心明胶微球。
试验例2
将试验例1负载了BMP-2的实心明胶微球与空心结构的明胶微球置于3ml的PBS缓冲溶液中，置于摇床中震荡，设置温度为37℃，转速为180rpm,分别在第2h、4h、8h、12h、24h、2d、3d、6d、9d、12d、15d、21d、28d分别取样，每次取样时先静置数分钟，然后用移液器枪取0.02mL上清液，同时另外补加0.02mL空白的PBS缓冲溶液到样品溶液中。待收集所有的样品后，用BMP-2Elisa试剂盒检测对应时间点所取的样品，通过标准曲线计算得出各时间点BMP-2的累积释放量，并绘制相应的体外释放曲线如图1所示。药物累积释放率的计算公式如下：
Figure GDA0002426260000000101
上式中，M为涂层中药物的总含量，Cn为第n次取样时，测得的上清液中BMP-2所对应的浓度，V为体外PBS缓释液的总体积，Vi为第i次取样时所取的上清液的体积，Ci为对应的上清液中含BMP-2吸光度所对应的浓度值。
从图1可以看出，本发明实施例的空心明胶微球的载药量更大，因此药物释放量也大，释放初期的48小时，空心明胶微球与实心明胶微球的缓释速度大致相同，随后由于空心明胶微球表面溶胀，药物释放速度加快，实心微球相对释放速率较为缓慢，经过28天释放，空心结构微球与实心结构微球的累积释药量均达到90％。
图2和图3分别为现有实心明胶微球和本发明实施例3所制得的空心明胶微球的扫面电镜图。从图2和图3对比可以看出，本发明制得的空心明胶微球其表面较为光滑，与现有实心微球相差不大。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于载药的空心缓释微球的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将聚苯乙烯微球和乳化剂加入油相石蜡，将壳层高分子材料溶解于水后逐滴滴加至油相石蜡中，搅拌乳化后用冰水浴冷却至5℃以下，滴加戊二醛交联0.5-2h，然后加入丙酮，分层过滤后得到实心微球；
其中，壳层高分子材料选自明胶，所述壳层高分子材料与所述聚苯乙烯微球的质量比为(5-15)：1，所述壳层高分子材料溶解于水后得到的水溶液的浓度为0.05-0.3g/ml；所述乳化剂的用量为所述油相石蜡质量的2-10％；水油体积比为1:(4-8)；所述戊二醛的加量为1g壳层高分子材料需要0.05-0.1ml的浓度为50wt％的戊二醛；
(2)将步骤(1)得到的实心微球在四氢呋喃中浸泡2-6h，用丙酮洗涤后，再在体积比为(4.5-5.5):1的丙酮/水混合液中于2-5℃下浸泡24-25h，洗涤后干燥，制得空心缓释微球。
2.根据权利要求1所述的用于载药的空心缓释微球的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述聚苯乙烯微球的制备方法为分散聚合法、悬浮聚合法或乳液聚合法。
3.根据权利要求2所述的用于载药的空心缓释微球的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中利用乳液聚合法制备聚苯乙烯微球包括以下具体步骤：
(11)将浓度为(0.015-0.02)g/ml的十二烷基硫酸钠和浓度为(0.012-0.018)g/mL的过硫酸钾按照(85-95)：(5-15)的体积比混合，充入惰性气体在60-90℃的水浴条件下加热搅拌5-20min，搅拌速度为200-1000rpm；将单体苯乙烯溶于正丁醇中，制得浓度为(0.03-0.07)g/mL苯乙烯/正丁醇混合液，其中正丁醇的质量为十二烷基硫酸钠的15-25wt％；将1/3的苯乙烯/正丁醇混合液逐滴滴加到三颈烧瓶中，继续搅拌45-80min；
(12)向步骤(11)的溶液中加入余量的苯乙烯/正丁醇混合液，保持步骤(11)的搅拌速度和惰性气氛继续搅拌,在75-80℃下反应45-75min后,升温至85-90℃，继续搅拌，反应45-75min，用冰水浴冷却至室温，制得乳液样品；
(13)将所述乳液样品在离心转速为8500-9500r/min、离心时间为8-12min的条件下进行离心沉降，将下层微球用乙醇反复洗涤，然后再离心数次，真空干燥，制得所述聚苯乙烯微球。
4.根据权利要求1所述的用于载药的空心缓释微球的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，在丙酮/水混合液中浸泡后用丙酮和去离子水交替洗涤，然后在常温下干燥。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法制得的用于载药的空心缓释微球的载药方法，其特征在于，
将所述空心缓释微球加入至含有药物的PBS缓冲液中，于35-40℃下以100-300rpm的频率震荡24-48h；其中，药物为骨形态发生蛋白-2、抗生素或硫酸庆大霉素，浓度为50-200µg/mL。
6.权利要求1-4任一项所述的制备方法制得的用于载药的空心缓释微球。
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