CN111135139A - 一种负载疏水药物的水凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于仿生材料、生物医学及药物释放技术领域,具体涉及一种负载疏水药物的水凝胶,并进一步公开了所述水凝胶的制备方法和应用。本发明所述负载疏水药物水凝胶以分子量较高、极性较低的油性介质为疏水药物的“存储器”、以水溶性高分子为分散剂,将疏水药物以液滴的形式均匀稳定的分布于水凝胶网络中,该复合水凝胶不仅拥有优异的机械性能和力学性能,而且疏水药物在水凝胶中均匀稳定存在;所述水凝胶在外界刺激下可实现药物的可控释放,使水凝胶的应用范围更广,在性能调控和控制释放领域的应用功能增强。
Description
技术领域
本发明属于仿生材料、生物医学及药物释放技术领域,具体涉及一种负载疏水药物的水凝胶,特别涉及一种具有良好机械性能、药物分布均匀且抗污染性能的复合水凝胶,其在外界刺激下可实现药物可控释放,并进一步公开了所述水凝胶的制备方法和应用。
背景技术
随着现代医学的发展和人民生活水平的提高,要求药物输送载体能够在预定的时间内,以预定的释放速度将药物输送到指定部位,从而达到最大限度的提高药物分子的生物利用率,降低药物毒副作用的目的,水凝胶即是用作这种控制释放药物载体的理想材料之一。
水凝胶(Hydrogel)是以水为分散介质的凝胶,是在具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基,利用亲水残基与水分子结合,将水分子连接在网状内部,而其中的疏水残基则遇水膨胀形成交联聚合物,在水中可以高度溶胀并将大量的水保留在网络结构中。通常而言,高分子水凝胶是由渗透了大量水分子的亲水性聚合物链交联而成,高的含水量(通常为70%-99%)使得水凝胶具有与人体组织器官相似的物理化学性能和机械性能,良好的生物相容性,其具有可控的生物降解性、可封装亲水性药物、或用来培养细胞,因此,在生物医药等领域中具有很大的应用潜力。
高分子水凝胶在用作药物载体时,可以保护药物分子,隔绝外界不良环境条件对药物的不良影响。由于每体积水凝胶可容纳大量的亲水性药物,同时可通过调整聚合物链间的尺寸和物理化学性质,因此可以提供一种从数小时到数天的高度可调的释放特性。然而,由于固有的不相容性,如何将疏水药物封装到水凝胶中仍然是一个挑战。疏水药物的输送和控制释放领域目前面临两方面急需解决的问题:其一是如何使亲水性载体材料能够负载足量的疏水药物分子;其二是如何使负载的疏水药物分子能够有效释放到周围环境中去。到目前为止,解决这个困难的措施包括以共聚疏水性单体或接枝疏水性链段,将疏水性位点或结构引入到聚合物网络中与药物形成聚集体。已经报道的方法中有用含疏水空腔的环糊精化合物来捕获疏水分子,并将含疏水药物的脂质体或胶束嵌入水凝胶。而这些方法通常需要复杂的制备步骤,导致水分含量降低和生物相容性降低,并无法解决如何有效地控制加载的疏水药物释放的问题。因此,制备具有可调药物释放的负载疏水药物的水凝胶的方法是至关重要的。
为了满足更高的实际需求,高分子水凝胶在用作药物载体时,可以通过在水凝胶网络结构中引入刺激响应性结构单元,使水凝胶在接收到外界信号或刺激作用后,能够通过结构和性能的变化,对药物分子的释放速度和模式进行调节,达到药物释放的可控性。刺激响应水凝胶被用于药物释放领域,以使其释药行为更具可控性。其中,pH敏感、温度敏感、热敏感、超声敏感等水凝胶是研究最为广泛的。例如,由于人体不同器官和细胞区室具有不同的pH值,通过设计在不同pH值下溶胀度和扩散性能有所差异的水凝胶,即可使其响应目标部位特定的pH环境并使药物得以有效释放。然而对于人体外刺激应用,有限的穿透性限制了上述刺激信号在皮肤附近的用途,因此,开发新的刺激手段对拓宽水凝胶药物控释的应用前景有着重要意义,也成为智能型药物控制释放材料领域的挑战课题。
发明内容
为此,本发明所要解决的技术问题在于提供一种负载疏水药物的水凝胶,所述水凝胶具有良好机械性能,疏水药物在水凝胶基体中均匀稳定分布,在合适外界刺激下可实现药物可控释放;
本发明解决的第二个技术问题在于提供了所述负载疏水药物的水凝胶的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明所述的一种负载疏水药物的水凝胶的制备方法,包括如下步骤:
(1)将待负载的疏水药物与油性介质混合,使所述疏水药物分散溶解;
(2)取高分子分散剂加水溶解,并加入功能性单体、引发剂和交联剂进行反应;随后于60-80℃温度下加入步骤(1)中制得的溶有疏水药物的油性介质进行反应;反应结束后将得到的粘稠状液体进行密封冷冻处理,解冻即得到所需的负载疏水药物的水凝胶。
所述步骤(1)中,所述疏水药物与所述油性介质的质量比为0.05-0.1:5-20。
优选的,所述步骤(1)中:
所述油性介质包括甲基含氢硅油、甲基硅油、乙基硅油、蓖麻油、苯基硅油或乙基含氢硅油中的至少一种,优选为甲基硅油或乙基硅油;
所述疏水药物包括布洛芬、阿霉素、诺氟沙星、尼罗红、环丙沙星、紫杉醇中的至少一种,优选为布洛芬或诺氟沙星。
优选的,所述疏水药物与油性介质混合后,在30-50℃加热搅拌使疏水药物分散溶解。
所述步骤(2)中,所述高分子分散剂、水、功能性单体、引发剂和交联剂的质量比为3-12:40-80:5-15:0.1-2.5:0.1-2。
优选的,所述步骤(2)中:
所述分散剂包括聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、葡萄糖、淀粉、羧甲基纤维素或聚丙烯酸中的至少一种,优选为聚乙烯醇或淀粉;
所述功能性单体包括丙烯酸、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、马来酸酐、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯或2-甲基-2-丙烯酸-2,3-二羟基丙酯中的至少一种,优选为丙烯酸、丙烯酰胺或甲基丙烯酸羟乙酯;
所述引发剂包括过硫酸钾、过氧化氢、异丙苯过氧化氢或过硫酸铵中的至少一种,优选为过硫酸铵;
所述交联剂包括二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺,锂皂石,二丙烯酸二乙二醇酯或硼酸中的至少一种,优选为N,N-亚甲基双丙烯酰胺或锂皂石;
所述水为去离子水。
所述步骤(2)中,优选将所述分散剂在90-100℃的水中搅拌2-3h,使之完全溶解,并降温至35-45℃后加入所述功能性单体、引发剂、交联剂。
优选的,所述步骤(2)中,所述溶有疏水药物的油性介质的加入步骤在加入所述功能性单体、引发剂、交联剂步骤后的10-25min进行,优选进行反应时间为0.5-1h。
所述步骤(2)中,所述密封冷冻步骤为将所述粘稠状液体转移到聚四氟乙烯模具中进行,优选地,所述聚四氟乙烯模具为圆柱体模具,其尺寸优选为直径、高分别为40mm和7mm。
本发明还公开了由所述方法制备得到的负载疏水药物的水凝胶。
本发明还公开了所述的负载疏水药物的水凝胶的药物释放方法,包括将所述水凝胶置于纯水或缓冲溶液中,在外界刺激下刺激水凝胶释放药物的步骤,以及通过紫外-可见分光光度计检测药物释放量的步骤,实现疏水药物的可控释放。
优选的,所述外界刺激条件包括加热刺激、超声刺激和/或光照刺激。
优选地,所述复合水凝胶与所述水或缓冲溶液的质量比为1:7。
优选地,所述药物释放量检测用紫外-可见分光光度计,吸光度有效值在0.1-1.5范围。
本发明所述负载疏水药物的水凝胶以分子量较高、极性较低的被广泛用作体内应用的生物医学的消泡剂和润滑剂的油性介质为疏水药物的“存储器”,以水溶性高分子为分散剂,可将疏水药物以液滴的形式均匀稳定的分布于水凝胶网络中,制得复合水凝胶不仅拥有优异的机械性能和力学性能,而且疏水药物在水凝胶中均匀稳定存在,所述水凝胶有很重要的生物特性,在仿生材料、生物医学、药物释放、生命科学等领域中有着广泛的应用前景。本发明所述负载疏水药物的水凝胶的制备方法简单,反应条件温和,工艺操作稳定,可实施性强,具有综合成本低、经济效益显著的优势。
本发明制得的所述负载疏水药物的水凝胶,可在诸如超声、热、磁场等方式作为水凝胶药物释放的刺激手段,在外界刺激下实现药物的可控释放,可对人体任意部位进行有效刺激,应用外部刺激使水凝胶“响应型”特征得到充分体现,制得水凝胶的应用范围更广,在性能调控和控制释放领域的应用功能增强。
具体实施方式
本发明下述实施例通过万能试验机测试水凝胶拉伸强度和断裂伸长率;通过紫外分光光度计测试药物特征吸收峰吸光度评价水凝胶药物释放性能。
实施例1
本实施例所述负载疏水药物的水凝胶的制备方法包括如下步骤:
(1)取0.1kg疏水药物布洛芬与10kg甲基硅油混合,在40℃加热搅拌30min使布洛芬分散溶解;
(2)将10kg聚乙烯醇加入到70kg水中,于90-100℃搅拌2-3h使之完全溶解;随后降温至35-45℃加入5kg丙烯酸、2kg丙烯酰胺、0.2kg二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、0.1kg过硫酸铵进行搅拌溶解10-25min,将温度升至65-80℃并开始滴加步骤(1)中溶有布洛芬的甲基硅油,反应0.5h后停止搅拌,将粘稠状液体倒入四氟乙烯模具中密封12h后于-20℃冷冻3h,解冻后可得到负载疏水药物的水凝胶。
经测定,所述水凝胶的拉伸强度0.046MPa,断裂伸长率370%,疏水药物的负载量为1g/kg水凝胶。
将本实施例得到的圆柱状水凝胶放入7倍质量的纯水中,选择14w功率超声刺激,采用循环超声辐照水凝胶来释放药物,超声辐照后水溶液配成0.4%氢氧化钠溶液,用紫外吸收分光光度计测定264mn处的吸收度。经测定,所述水凝胶的药物平均释放比是13.4。
实施例2
本实施例所述负载疏水药物水凝胶的制备方法,包括如下步骤:
(1)所述溶有布洛芬的甲基硅油的制备方法同实施例1;
(2)取7kg聚乙烯醇、3kg淀粉加入到70kg水中,在90-100℃下搅拌2-3h使之完全溶解;将温度降至40℃加入2kg丙烯酸、3kg丙烯酰胺、0.2kg锂皂石、0.2kgN,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.1kg过硫酸铵,经超声分散10min,将温度升至65-80℃开始滴加步骤(1)中制得溶有布洛芬的甲基硅油,搅拌反应1h后停止搅拌,将粘稠状液体倒入四氟乙烯模具中密封12h后在-20℃冷冻12h,解冻后可得到负载疏水药物的水凝胶。
经测定,本实施例制得水凝胶的拉伸强度0.057MPa,断裂伸长率460%,疏水药物的负载量为1g/kg水凝胶。
将本实施例制得的圆柱状水凝胶放入7倍质量的纯水中,选择21w功率超声刺激,采用循环超声辐照水凝胶来释放药物,超声辐照后水溶液配成0.4%氢氧化钠溶液,用紫外吸收分光光度计测定264mn处吸收度。经测定,所述水凝胶药物的平均释放比是18.6。
实施例3
本实施例所述负载疏水药物水凝胶的制备方法,包括如下步骤:
(1)将0.15kg诺氟沙星与8kg甲基硅油混合,在45℃加热搅拌30min使诺氟沙星分散溶解;
(2)将12kg聚乙烯醇加入到75kg水中,在90-100℃的搅拌2-3h使之完全溶解;将温度降至35-45℃后加入3kg丙烯酰胺、2kg甲基丙烯酸羟乙酯、0.1kg硼酸、0.5kgN,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1kg过硫酸铵,进行搅拌溶解,温度升至65-80℃开始滴加步骤(1)中溶有布洛芬的甲基硅油,搅拌反应0.5后停止搅拌,将粘稠状液体倒入四氟乙烯模具中密封12h,后在-20℃冷冻3h,解冻后可得到负载疏水药物的水凝胶。
经测定,本实施例所述水凝胶的拉伸强度0.055MPa,断裂伸长率395%,疏水药物的负载量为1.5g/kg水凝胶。
将本实施例制得的圆柱状水凝胶放入7倍质量的纯水中,选择14w功率超声刺激,采用循环超声辐照水凝胶来释放药物,超声辐照后水溶液配成0.1mol.L-1氢氧化钠溶液,用紫外吸收分光光度计测定273mn处吸收度。经测定,所述水凝胶药物的平均释放比是15.6。
实施例4
本实施例所述负载疏水药物水凝胶的制备方法,包括如下步骤:
(1)将0.15kg布洛芬与10kg乙基硅油混合,在40℃加热搅拌30min使布洛芬分散溶解;
(2)将7kg聚乙烯醇、2kg羧甲基纤维素、1kg聚丙烯酸加入到72kg水中,在90-100℃搅拌2-3h使之完全溶解;随后温度降至35-45℃,并加入3kg丙烯酸、3kg丙烯酰胺、0.3kgN,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.1kg过硫酸铵,进行搅拌溶解,并将温度升至65-80℃开始滴加步骤(1)中溶有布洛芬的甲基硅油,搅拌反应1-2h后停止搅拌,将粘稠状液体倒入四氟乙烯模具中密封12h,后在-20℃冷冻12h,解冻后可得到负载疏水药物的水凝胶。
经测定,本实施例制得水凝胶的拉伸强度0.051MPa,断裂伸长率436%,疏水药物的负载量为1.5g/kg水凝胶。
将本实施例制得的圆柱状水凝胶放入7倍质量的纯水中,选择21w功率超声刺激,采用循环超声辐照水凝胶来释放药物,超声辐照后水溶液配成0.4%氢氧化钠溶液,用紫外吸收分光光度计测定264mn处吸收度。经测定,所述水凝胶药物的平均释放比是17.3。
实施例5
本实施例所述负载疏水药物的水凝胶的制备方法包括如下步骤:
(1)取0.1kg疏水药物环丙沙星与7kg蓖麻油混合,在40℃加热搅拌30min使之分散溶解;
(2)将8kg聚乙烯醇加入到72kg水中,于90-100℃搅拌2-3h使之完全溶解;随后降温至35-45℃加入5kg乙烯基吡咯烷酮、5kg马来酸酐、0.5kg二丙烯酸二乙二醇酯、0.1kg过硫酸钾进行搅拌溶解10-25min,将温度升至65-80℃并开始滴加步骤(1)中溶有环丙沙星的甲基含氢硅油,反应0.5h后停止搅拌,将粘稠状液体倒入四氟乙烯模具中密封12h后于-20℃冷冻3h,解冻后可得到负载疏水药物的水凝胶。
实施例6
本实施例所述负载疏水药物的水凝胶的制备方法包括如下步骤:
(1)取0.15kg疏水药物紫杉醇与10kg甲基硅油混合,在40℃加热搅拌30min使之分散溶解;
(2)将3kg葡萄糖、4kg聚乙烯醇加入到73kg水中,于90-100℃搅拌2-3h使之完全溶解;随后降温至35-45℃加入5kg甲基丙烯酸羟丙酯、5kg2-甲基-2-丙烯酸-2,3-二羟基丙酯、0.2kg N,N-亚甲基双丙烯酰胺、0.2kg硼酸、0.1kg异丙苯过氧化氢,进行搅拌溶解10-25min,将温度升至65-80℃并开始滴加步骤(1)中溶有紫杉醇的苯基硅油,反应0.5h后停止搅拌,将粘稠状液体倒入四氟乙烯模具中密封12h后于-20℃冷冻3h,解冻后可得到负载疏水药物的水凝胶。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种负载疏水药物水凝胶的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将待负载的疏水药物与油性介质混合,使所述疏水药物分散溶解;
(2)取高分子分散剂加水溶解,并加入功能性单体、引发剂和交联剂进行反应;随后于60-80℃温度下加入步骤(1)中制得的溶有疏水药物的油性介质进行反应;反应结束后将得到的粘稠状液体进行密封冷冻处理,解冻即得到所需的负载疏水药物的水凝胶。
2.根据权利要求1所述的负载疏水药物水凝胶的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述疏水药物与所述油性介质的质量比为0.05-0.1:5-20。
3.根据权利要求1或2所述的负载疏水药物水凝胶的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中:
所述油性介质包括甲基含氢硅油、甲基硅油、乙基硅油、蓖麻油、苯基硅油或乙基含氢硅油中的至少一种;
所述疏水药物包括布洛芬、阿霉素、诺氟沙星、尼罗红、环丙沙星、紫杉醇中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的负载疏水药物水凝胶的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述高分子分散剂、水、功能性单体、引发剂和交联剂的质量比为3-12:40-80:5-15:0.1-2.5:0.1-2。
5.根据权利要求1-4任一项所述的负载疏水药物水凝胶的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中:
所述分散剂包括聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、葡萄糖、淀粉、羧甲基纤维素或聚丙烯酸中的至少一种;
所述功能性单体包括丙烯酸、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮、马来酸酐、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯或2-甲基-2-丙烯酸-2,3-二羟基丙酯中的至少一种;
所述引发剂包括过硫酸钾、过氧化氢、异丙苯过氧化氢或过硫酸铵中的至少一种;
所述交联剂包括二丙烯酸-1,4-丁二醇酯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺,锂皂石,二丙烯酸二乙二醇酯或硼酸中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的负载疏水药物水凝胶的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述溶有疏水药物的油性介质的加入步骤在加入所述功能性单体、引发剂、交联剂步骤后的10-25min进行。
7.根据权利要求1-5任一项所述的负载疏水药物水凝胶的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述密封冷冻步骤为将所述粘稠状液体转移到聚四氟乙烯模具中进行。
8.由权利要求1-7任一项所述方法制备得到的负载疏水药物的水凝胶。
9.一种权利要求8所述的负载疏水药物水凝胶的药物释放方法,其特征在于,包括将所述水凝胶置于纯水或缓冲溶液中,在外界刺激下刺激水凝胶释放药物的步骤,以及通过紫外-可见分光光度计检测药物释放量的步骤,实现疏水药物的可控释放。
10.根据权利要求9所述的负载疏水药物水凝胶的药物释放方法,其特征在于,所述外界刺激条件包括加热刺激、超声刺激和/或光照刺激。
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