CN110227069A - 一种pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊及其制备方法 - Google Patents

一种pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的制备方法，其特征在于：采用十六烷基三甲基溴化铵、单宁酸与壳聚糖为原料，通过静电层层自组装法合成目标产物，即具有核‑壳结构的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊；其中，单宁酸、壳聚糖、十六烷基三甲基溴化铵的质量比为0.27‑0.8：0.27‑0.8：1。本发明制备的纳米胶囊可以对pH变化作出响应，控制释放包埋分子，提高药物分子的利用效率。制备方法简单、成本低，在食品、医药、生物技术等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊及其制备方法
技术领域
本发明属于医药领域，尤其涉及一种pH响应单宁酸/壳聚糖纳米胶囊及其制备方法。
背景技术
微胶囊技术是一种利用高分子材料，将固体、液体甚至是气体组分包埋起来，形成具有半透性或密封囊膜的微型胶囊技术。囊膜对包埋组分起到隔离和保护的作用，以减轻外界环境对其影响，提高其稳定性，并延长贮存时间。其次，囊膜具有缓释功能，能够控制包埋组分的释放，实现功能成分在特定系统中的精准释放。因此，包埋功能成分的微胶囊在食品、医药、生物技术等领域引起广泛关注。
近年来，利用刺激响应型高分子聚合物构造的药物释放体系，可通过感应病变部位环境信息的变化，从而调节药物的释放，使药物在必要的时间和特定部位释放出所需的有效剂量，实现药物的定点、定时、定量控制释放。
然而，制备微胶囊壁材的高分子材料通常是人工合成高分子，这些高分子的合成步骤繁琐，成本较高，更重要的是这些有机高分子多具有生物毒性，严重限制了其作为微胶囊壁材的应用。相比之下，天然高分子具有生物相容性，酶解性，并且能够维持包覆在其中的药品的稳定性，增强药物治疗效果，这些特性使得其很适合作为人体系统循环以及靶向施药的生物壁材。目前，天然多糖壳聚糖与天然聚多酚单宁酸被广泛应用于医药领域。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的制备方法，其特征在于：采用十六烷基三甲基溴化铵、单宁酸与壳聚糖为原料，通过静电层层自组装法合成目标产物，即具有核-壳结构的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊；其中，单宁酸、壳聚糖、十六烷基三甲基溴化铵的质量比为0.27-0.8：0.27-0.8：1。
具体为：
1)将十六烷基三甲基溴化铵溶于去离子水中得胶束溶液；
2)向上述获得胶束溶液中加入含单宁酸的乙酸水溶液，搅拌均匀后得单宁酸胶囊溶液；而后再加入含壳聚糖的乙酸水溶液，搅拌均匀后即为单宁酸/壳聚糖纳米胶囊溶液。
所述步骤1)中十六烷基三甲基溴化铵与水混匀后在50℃下搅拌15min，待用。
所述步骤2)含单宁酸的乙酸水溶液中单宁酸的终浓度为1-3mg/mL；其中，乙酸水溶液中乙酸的加入量为1-3μL/mL；
所述含壳聚糖的乙酸水溶液中壳聚糖的终浓度为1-3mg/mL，其中，乙酸水溶液中乙酸的加入量为1-3μL/mL。
一种pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊，按所述方法制备所得核-壳结构、pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊。
一种pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的应用，所述单宁酸/壳聚糖纳米胶囊作为药物包载体。
所述纳米胶囊在pH响应下释放包埋的药物。
所述药物为疏水性抗菌消炎类药物(如，三氯生、布洛芬或阿司匹林)或者肿瘤术后局部化疗药物(如，阿霉素或者紫杉醇)。
所述药物的加入量占胶囊质量的1.03-1.74％。
本发明的有益效果在于：
本发明胶囊具有核壳结构，有利于药物包载；表面电位为正，有利于细胞的吞噬；具有pH敏感性，有利于响应体内微环境变化；同时制备技术工艺简便和制造成本低廉等优点。本发明所使用的原材料是天然绿色高分子，具有广泛的适用性。在医药、医用材料、皮肤组织修复等许多方面具有良好的研究和开发应用前景，因此，该发明技术具有很好的经济开发潜力。
本发明微胶囊的尺寸达到纳米尺度，纳米胶囊不仅能更顺利地通过人体内部的血管，并且由于其高表面能，更容易吸附在人体组织内壁上，避免了有效成分的流失。而且，利用刺激响应型聚合物构造的药物释放体系，可通过感应病变部位环境信息的变化，从而调节药物的释放，使药物在必要的时间和特定部位释放出所需的有效剂量，实现药物的定点、定时、定量控制释放。
本发明胶囊可进一步的包埋抗菌剂，如三氯生，具体使用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵将疏水性的三氯生分子包埋进入单宁酸/壳聚糖纳米胶囊中，制备得到载药纳米胶囊，其有效解决了三氯生疏水性的缺陷，同时使得包埋抑制剂的纳米胶囊不仅能顺利地通过人体内部的血管到达病变部位，避免了有效成分流失，而且可以对pH变化作出响应，控制释放包埋分子，提高三氯生的利用效率。
附图说明
表1为实施例3制备的包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊以及三氯生、十六烷基三甲基溴化铵、单宁酸、壳聚糖的平均粒径及表面电位；
图1a为实施例3制备的(a)包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊，(b)壳聚糖，(c)单宁酸以及(d)三氯生的红外光谱(FTIR)，图1b为图1a的放大图；
图2为实施例3制备的包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的扫描电子显微镜(SEM)照片；
图3为实施例3制备的包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的透射电子显微镜(TEM)照片；
图4为实施例3制备的包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊在不同pH的PBS缓冲液中三氯生的释放曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1
(1)称取0.15g十六烷基三甲基溴化铵，溶于40mL去离子水中，在水浴50℃下搅拌15min，得到浓度为3.75mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液。
(2)称取50mg单宁酸溶于50mL水溶液中(水溶液中含有50μL乙酸)，得到浓度为1mg/mL的含单宁酸的乙酸水溶液；同样地，配制浓度为1mg/mL的含壳聚糖的乙酸水溶液。量取5mL含单宁酸的乙酸水溶液加入到5mL十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液中，搅拌20min，使得胶束表面包覆囊壁单宁酸；随后，量取5mL含壳聚糖的乙酸水溶液加入到以上溶液中，搅拌20min，使得单宁酸表面再包覆壳聚糖，得到核壳结构的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊。
实施例2
(1)称取0.15g十六烷基三甲基溴化铵，溶于40mL去离子水中，在水浴50℃下搅拌15min，得到浓度为3.75mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液。
(2)称取150mg单宁酸溶于50mL水溶液中(水溶液中含有150μL乙酸)，得到浓度为3mg/mL的含单宁酸的乙酸水溶液；同样地，配制浓度为3mg/mL的含壳聚糖的乙酸水溶液。量取5mL含单宁酸的乙酸水溶液加入到5mL十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液中，搅拌20min，使得胶束表面包覆囊壁单宁酸；随后，量取5mL含壳聚糖的乙酸水溶液加入到以上溶液中，搅拌20min，使得单宁酸表面再包覆壳聚糖，得到核壳结构的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊。
实施例3
以三氯生为例，制备包埋药物的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊：
(1)称取0.15g十六烷基三甲基溴化铵，溶于40mL去离子水中，在水浴50℃下搅拌15min，得到浓度为3.75mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液。
(2)称取4g三氯生，溶于50mL二氯甲烷中，配制成20mg/mL的母液，取200μL母液加入到40mL十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液中，超声60min，搅拌过夜，使二氯甲烷挥发，得到包埋三氯生的十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液。
(3)称取50mg单宁酸溶于50mL水溶液中(水溶液中含有50μL乙酸)，得到浓度为1mg/mL的含单宁酸的乙酸水溶液；同样地，配制浓度为1mg/mL的含壳聚糖的乙酸水溶液。量取5mL含单宁酸的乙酸水溶液加入到5mL包埋三氯生的十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液中，搅拌20min，使得胶束表面包覆囊壁单宁酸；随后，量取5mL含壳聚糖的乙酸水溶液加入到以上溶液中，搅拌20min，使得单宁酸表面再包覆壳聚糖，得到包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊(参见图1a、图1b、图2及图3)。
实施例4
以三氯生为例，制备包埋药物的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊：
(1)称取0.15g十六烷基三甲基溴化铵，溶于40mL去离子水中，在水浴50℃下搅拌15min，得到浓度为3.75mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液。
(2)称取4g三氯生，溶于50mL二氯甲烷中，配制成20mg/mL的母液，取200μL母液加入到40mL十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液中，超声60min，搅拌过夜，使二氯甲烷挥发，得到包埋三氯生的十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液。
(3)称取150mg单宁酸溶于50mL水溶液中(水溶液中含有150μL乙酸)，得到浓度为3mg/mL的含单宁酸的乙酸水溶液；同样地，配制浓度为3mg/mL的含壳聚糖的乙酸水溶液。量取5mL含单宁酸的乙酸水溶液加入到5mL包埋三氯生的十六烷基三甲基溴化铵胶束溶液中，搅拌20min，使得胶束表面包覆囊壁单宁酸；随后，量取5mL含壳聚糖的乙酸水溶液加入到以上溶液中，搅拌20min，使得单宁酸表面再包覆壳聚糖，得到包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊。
对上述获得包埋药物三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊进行性能测试：
(1)对包埋药物三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊分别进行平均粒度、表面电位(参见表1)、FTIR、SEM和TEM测试。
表1
由表1可知三氯生、十六烷基三甲基溴化铵、单宁酸、壳聚糖的表面电位分别为-3.44±3.29，26.57±1.10，-12.60±0.06和72.57±0.70mV，表明可以通过静电层层自组装法制备包埋药物的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊，所制备的纳米胶囊的粒径分布较窄，平均粒径为581.73±37.39nm，Zeta表面电位为58.03±0.74mV。并且图1a和图1b中(a)包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊，(b)壳聚糖，(c)单宁酸以及(d)三氯生的红外光谱(FTIR)谱图可见，对于壳聚糖的FTIR谱图，在3500-3200cm-1处的宽峰归因于O–H和N–H的伸缩振动，在2876cm-1处的吸收峰归因于C–H伸缩振动，在1655和1597cm-1处观察到的吸收峰归因于–NH2的特征峰。对于单宁酸的FTIR谱图，在3500-3100cm-1处的宽峰归因于水中–OH的伸缩振动，在1718cm-1处的吸收峰归因于C＝O伸缩振动，在1612，1536和1448cm-1处的吸收峰归因于芳香环中C＝C–C伸缩振动，在1196cm-1处的吸收峰归因于单宁酸中C–O伸缩振动。对于三氯生的FTIR谱图，在1505，1471和1418cm-1处的3个吸收峰归因于苯环中C–C的伸缩振动，此外，谱图中909，856和795cm-1处的特征峰是由苯环中C–H的面外弯曲振动造成，在1102cm-1处的特征峰归因于C–Cl的吸收。对于包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的FTIR谱图，其与壳聚糖的谱图相似，在2918和2850cm-1处观察到的吸收峰归因于十六烷基三甲基溴化铵中–CH2及–CH3的C–H伸缩振动。三氯生谱图中的一些特征峰转移到了更高的波数，例如，1471，909和856cm-1处的特征峰分别转移到1473，912和865cm-1处。在1722，1604和1196cm-1处的吸收峰归因于TA中C＝O，C＝C–C和C–O的伸缩振动。以上结果表明包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊被成功制备。
由图2SEM照片可明显的观察到纳米胶囊的形状接近于球形，结构致密、无明显缺陷，平均直径约为500nm；图3TEM照片可以看到包埋着三氯生的十六烷基三甲基溴化铵胶束聚集在一起，被薄而透明的单宁酸/壳聚糖囊壁所包裹。
(2)对包埋药物三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊进行pH响应释放三氯生检测：
缓冲液为PBS缓冲液，使用盐酸和氢氧化钠调节缓冲液pH分别为4、5、6、7、8。实验中，取2.5mL包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊溶液加到透析袋中，随后置于不同pH值的PBS缓冲液中，每隔一定的时间移取3.0mL缓冲液，使用Hitachi U-2900分光光度计在λ＝281nm测量吸光度。结合标准曲线，得到释放的三氯生浓度与时间的关系曲线(参见图4)。
由图4可见在21h的释放时间内，包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊在pH＝4的PBS缓冲液中释放的三氯生浓度为4.11mg/L，释放效率为93.3％；在pH＝5的PBS缓冲液中释放效率为66.7％；在pH＝6的PBS缓冲液中释放效率为48.9％；在pH＝7的PBS缓冲液中释放效率为42.2％；在pH＝8的PBS缓冲液中释放效率为40.0％，结果显示包埋三氯生的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊在中性或弱碱性条件下释放三氯生效率较低，而在酸性条件下具有高的三氯生释放效率，且pH越小，释放效率越高。
按照上述实施例记载将三氯生由其他疏水性药物分子进行替换，即获得粒径约为500nm的载药纳米胶囊，由于单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的药物控制释放性能只与囊壁的pH响应性质有关，即较低的pH值有利于壳聚糖中的氨基质子化，与单宁酸发生电荷排斥，促使囊壁肿胀变大，从而使得包埋的药物分子释放。因此，凡能被引入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵疏水端的药物分子，均可被包埋进单宁酸/壳聚糖纳米胶囊中，同时药物分子均能实现同样的pH响应释放效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的制备方法，其特征在于：采用十六烷基三甲基溴化铵、单宁酸与壳聚糖为原料，通过静电层层自组装法合成目标产物，即具有核-壳结构的单宁酸/壳聚糖纳米胶囊；其中，单宁酸、壳聚糖、十六烷基三甲基溴化铵的质量比为0.27-0.8：0.27-0.8：1。
2.按权利要求1所述的pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊及其制备方法，其特征在于：
1)将十六烷基三甲基溴化铵溶于去离子水中得胶束溶液；
2)向上述获得胶束溶液中加入含单宁酸的乙酸水溶液，搅拌均匀后得单宁酸胶囊溶液；而后再加入含壳聚糖的乙酸水溶液，搅拌均匀后即为单宁酸/壳聚糖纳米胶囊溶液。
3.按权利要求2所述的pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊及其制备方法，其特征在于：所述步骤1)中十六烷基三甲基溴化铵与水混匀后在50℃下搅拌15min，待用。
4.按权利要求2所述的pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊及其制备方法，其特征在于：所述步骤2)含单宁酸的乙酸水溶液中单宁酸的终浓度为1-3mg/mL；其中，乙酸水溶液中乙酸的加入量为1-3μL/mL；
所述含壳聚糖的乙酸水溶液中壳聚糖的终浓度为1-3mg/mL，其中，乙酸水溶液中乙酸的加入量为1-3μL/mL。
5.一种权利要求1所述方法制备的pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊，其特征在于：按权利要求1所述方法制备所得核-壳结构、pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊。
6.一种权利要求5所述的pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的应用，其特征在于：所述单宁酸/壳聚糖纳米胶囊作为药物包载体。
7.按权利要求6所述的pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的应用，其特征在于：所述纳米胶囊在pH响应下释放包埋的药物。
8.按权利要求7所述的pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的应用，其特征在于：所述药物为疏水性抗菌消炎类药物或肿瘤术后局部化疗药物。
9.按权利要求6-8所述的pH响应型单宁酸/壳聚糖纳米胶囊的应用，其特征在于：所述药物的加入量占胶囊质量的1.03-1.74％。
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