CN111450079B

CN111450079B - 空心载药纳米胶囊及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN111450079B
Application number: CN202010195864.9A
Authority: CN
Inventors: 宋杰; 赵迪
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2021-08-20
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: CN111450079A

Abstract

本发明公开了空心载药纳米胶囊及其制备方法和应用，由包含油相和水相的组分经高速剪切和超声乳化后进行界面自由基聚合反应得到中空球形结构，其反应体系由5.0％～30.0％芯材、2.0％～6.0％二甲基丙烯酸二醇酯类单体和药物组成的油相，1.0％～5.0％乳化剂和14.0％～83.0％去离子水组成的水相，0.2％引发剂和0.266％催化剂，且除药物的量之外其他组分的质量百分比之和为100％。本发明以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材包埋易挥发芯材和药物，制得的空壳载药纳米胶囊无毒环保，可以大大提高药物的载药量，并可同时包覆不同种类的药物用于联合载药领域。

Description

空心载药纳米胶囊及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于微纳米胶囊及其制备领域，特别涉及一种空心载药纳米胶囊及其制备方法和应用。

背景技术

纳米胶囊壁材的性质很大程度上决定了纳米胶囊的应用范围，如无毒性、生物相容性、机械强度及热稳定性等。目前，普遍应用的壁材都为高分子聚合物，而高分子聚合物又分为天然高分子、半合成高分子和合成高分子，其中合成高分子因具有突出的功能性及良好的热稳定性，而被广泛的应用为纳米胶囊的壁材，应用较多的合成高聚物包括聚氨酯、聚脲、聚酯及聚丙烯酸类。其中，部分高聚物在合成过程中会留下未反应完的有毒单体残基，或者在合成过程中会使用有毒的交联剂，加之部分高聚物生物相容性差，这很大程度上限制了合成高聚物在制备纳米胶囊中的应用。

随着纳米胶囊已经应用到各个与人体直接接触的行业，如食品、香精香料、纺织品、化妆品及医药等，这些应用对纳米胶囊壁材的无毒性要求更为严格。因此，选出无毒环保的合成单体，及合成过程中不适用任何交联剂便能合成出无毒壁材的纳米胶囊具有重要的意义。目前，有关壁材纳米胶囊制备的报道很多，但关于选择无毒单体，且不用交联剂，便能制备出无毒环保的壁材的纳米胶囊还未见报道。

发明内容

为克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种空心载药纳米胶囊及其制备方法和应用，反应过程中没有使用任何交联剂，反应单体是二甲基丙烯酸二醇酯类单体，该类单体无毒绿色环保，并含有两个双键，能在聚合形成高分子长链的同时发生自交联，形成高密度三维网状高聚物从而包埋芯材，同时沸点低的油相可在制备过程中挥发从而形成空壳载药的纳米胶囊，所得纳米胶囊无毒环保，大大提高药物的载药量并可以同时包覆不同种类的药物，使得这类纳米胶囊能很好的应用于联合载药领域。

本发明的上述发明目的通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明的空心载药纳米胶囊，其具有以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的中空球形结构，其由包含油相和水相的组分经高速剪切乳化和超声乳化后在引发剂和催化剂的作用下进行界面自由基聚合反应得到；

其反应体系中包含：

(a)5.0％～30.0％芯材、2.0％～6.0％二甲基丙烯酸二醇酯类单体和药物组成的油相组分；和

(b)1.0％～5.0％乳化剂和14.0％～83.0％去离子水组成的水相组分；和

(c)由0.2％引发剂和0.266％催化剂组成的引发体系，且除所述药物的量之外上述组分(a)、(b)和(c)的质量百分比之和为100％；

所述芯材选自不溶于水且易挥发的低毒性液体油相；

所述药物选自易溶于所述芯材的药物，添加量根据其对所述芯材的溶解度来确定，且不高于最大溶解度。

所述空心载药纳米胶囊的平均粒径为65～75nm，聚合物分散性指数(PDI)为0.1～0.2。

所述芯材选自二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯、石油醚、四氢呋喃中的一种或两种以上组合。

所述二甲基丙烯酸二醇酯类单体选自二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯(BDDMA)和二甲基丙烯酸1,6-己二醇酯(HDDMA)中的一种或两种以上组合。

所述药物为紫杉醇和/或伊曲康挫。

所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠(SDS)、阿拉伯树胶(GA)和聚乙烯醇(PVA)中的一种或两种以上组合。

所述引发剂为过硫酸铵(APS)。

所述催化剂为焦亚硫酸钠(Na₂S₂O₅)。

第二方面，上述空心载药纳米胶囊的制备方法，包括以下步骤：

(1)常温下按照配比将所述油相组分加入到所述水相组分中，经均质机或高速搅拌机进行高速剪切乳化3～5min，剪切速率为4000～9000rpm，得到初步乳化的水包油型(o/w)乳液；

(2)将步骤(1)中所得初步乳化的o/w乳液置于超声波细胞粉碎机中进行超声波乳化处理20～40min，超声功率为30％～60％，得到均匀稳定的o/w细乳液；

(3)向步骤(2)中所得o/w细乳液内通入氮气30min，再在持续通入氮气的氛围下加入所述引发剂，2min后加入所述催化剂，室温反应1～3h，再于40～60℃固化反应1～4h，得到。

优选地，所述均匀稳定的o/w细乳液为蓝白色水包油型(o/w)乳液。

本发明采用的界面自由基聚合反应原理如下：将自由基聚合的单体和引发体系分别溶于油相和水相(或者水相和油相)，当引发体系产生初级自由基后扩散到水油的相界面上时，另一相中溶有的反应单体在相界面上被初级自由基激活发生聚合反应，随着反应的进行，更多的单体不断的游离到相界面上参与反应，最终形成高聚物壁材。这种方法适合自由基在水油界面上发生聚合形成纳米胶囊壁材的反应，反应条件温和，且对芯材包埋率较高。

本发明的上述技术方案中，采用的二甲基丙烯酸二醇酯类单体(结构如下式1所示)：

(n＝1,2,3…)(式1)，

由于其本身的结构特点，在作为反应单体的同时能发生自交联作用，以其自由基聚合形成的聚合物为壁材，以不溶于水且易挥发的低毒性液体油相为芯材，经高速剪切及超声形成纳米乳液，再引发油相中的二甲基丙烯酸二醇酯类单体在水油界面发生界面自由基聚合形成高聚物壁层，形成空心纳米胶囊将药物包埋其中。

本发明的第三方面，所述空心载药纳米胶囊在联合载药上的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明以二甲基丙烯酸二醇酯类为单体，该类单体本身无毒，故不存在反应后留下未反应完的有毒单体残基。而且由于该类单体本身含两个双键，在反应中不需要加入交联剂，减少了因加入交联剂将杂质或者有毒物质引进入反应体系中生物的潜在毒害性。

(2)本发明以沸点低的芯材为药物的溶解载体，在形成纳米胶囊过程中挥发最终形成空壳胶囊，大大提高了药物的载药量，并可以同时包覆不同种类的药物，使得这类纳米胶囊能很好的应用于联合载药领域。

(3)本发明的乳化剂无毒环保，不会引入任何有毒的物质，绿色环保。

(4)本发明的引发体系是过硫酸铵/焦亚硫酸钠(APS/Na₂S₂O₅)，该引发体系在常温下便能分解产生初级自由基而激活成壁单体自由基聚合反应，不仅能有效完全地引发反应的进行，而且也大大降低了能源的消耗。

(5)本发明采用界面自由基聚合法，单体和引发体系分别溶于不同的两相中，单体在两相界面上被引发体系激活而参加反应，形成的壁材是完全覆盖在芯材的表面上，对芯材的包埋率高且形成的壁材的厚度均匀，所得纳米胶囊对人体无害，生产工艺简洁、能耗小、绿色环保且具有较高的载药量，在生物医药领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制备得到的纳米胶囊的透射电镜图；

图2为实施例1制备得到的纳米胶囊的粒径分布图；

图3为实施例2制备得到的纳米胶囊的体内肿瘤靶向特性和生物分布图；

图4为实施例3制备得到的纳米胶囊的体内肿瘤治疗图。

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)水相的配制

称取10g十二烷基硫酸钠于烧杯中，加入去离子水90g，搅拌使十二烷基硫酸钠完全溶解，制成10wt％的十二烷基硫酸钠溶液，备用。样品瓶中加入300μL 10％聚乙烯醇水溶液，再加去离子水1.3g，搅拌均匀，制得水相；

(2)油相的配制

称取17μL二甲基丙烯酸乙二醇酯于样品瓶中，再加入200μL二氯甲烷和35mg紫杉醇，置于磁力搅拌器上搅拌10min使其完全互溶，制得油相；

(3)引发剂溶液的配制

称取0.01g过硫酸铵(APS)于100μL去离子水，搅拌使其充分溶解，制得引发剂溶液；

(4)催化剂溶液的配制

称取0.01g焦亚硫酸钠(Na₂S₂O₅)于100μL去离子水，搅拌使其充分溶解，制得催化剂溶液；

(5)乳液的制备

常温下将油相加入到水相中，在均质机剪切速率为6600rpm的作用下高速剪切3min，形成初步乳化的水包油型乳液，将此乳液置于超声波细胞粉碎机中进行超声波处理12min，超声功率为75％，得到均匀稳定的o/w细乳液；

(6)纳米胶囊的制备

向乳液中通入氮气，30min后加入引发剂溶液，再过2min后加入催化剂溶液，在室温下反应2h，再放入50℃水浴锅中固化反应1h，得到空心载药纳米胶囊。

透射镜下显示该纳米胶囊为球形，分散性好，成中空状态，如图1所示。纳米粒度仪分析该纳米胶囊的粒径为70±5nm，PDI为0.1～0.2，如图2所示。

实施例2

制备空心载药纳米胶囊，其方法同实施例1，不同之处仅在于油相组分中添加的药物为10mgIR780碘化物。

使用A549细胞异种移植的无胸腺裸鼠评估上述载有IR780碘化物的纳米胶囊的体内肿瘤靶向特性和生物分布，具体步骤为：在Balb/c雌性裸鼠右侧皮下注射含2×10⁶A549细胞的细胞悬液0.2ml，当肿瘤体积达到200-300mm³时，尾静脉注射等量的IR780(100μgIR780/kg小鼠)的IR780和IR780纳米胶囊，然后在不同时间点通过体内动物成像系统进行追踪。使用IVIS Spectrum化学发光荧光影像分析系统(美国珀金埃尔默仪器有限公司)以预定的时间间隔(给药后2、4、6、8、10、12、24小时)进行荧光活体图像扫描，如图3所示。

结果表明，对于经IR780纳米胶囊处理的小鼠，肿瘤部位的荧光信号比游离的IR780组的荧光信号强得多，证明纳米胶囊在小鼠体内具有靶向特性。此外，在不同时间点处死小鼠后，解剖主要组织(心脏、肝、脾、肺、肾和肿瘤)进行荧光成像，也可见纳米胶囊在肿瘤组织中显示出较强的荧光信号，该体外实验结果证明纳米胶囊具有有效的靶向及肿瘤部位富集能力。

实施例3

制备空心载药纳米胶囊，其方法同实施例1，不同之处仅在于油相组分中添加的药物为35mg紫杉醇和35mg伊曲康挫。

使用耐紫杉醇A549细胞异种移植的无胸腺裸鼠评估上述载有紫杉醇和伊曲康挫的纳米胶囊的体内肿瘤治疗效果，在治疗过程中记录肿瘤体积并评价疗效，具体步骤为：

(1)在Balb/c雌性裸鼠右侧皮下注射含2×10⁶耐紫杉醇A549细胞的细胞悬液0.2mL。当肿瘤体积达到50mm³时，将荷瘤雌性小鼠随机分为如下7组：

①对照组(Control)：每次尾静脉注射200μL生理盐水溶液；

②TAX组：每次尾静脉注射200μL紫杉醇注射液；

③ITA组：每次尾静脉注射200μL伊曲康唑注射液；

④TC组：每次尾静脉注射200μL所制备的紫杉醇纳米胶囊溶液；

⑤IC组：每次尾静脉注射200μL所制备的伊曲康唑纳米胶囊溶液；

⑥TCIC组：每次尾静脉注射200μL所制备的等量紫杉醇纳米胶囊与伊曲康唑纳米胶囊混合物；

⑦TIC组：每次尾静脉注射200μL同时负载等量紫杉醇和伊曲康唑的纳米胶囊溶液。

(2)每3天静脉注射等量的紫杉醇(10mg/kg，200μL)，对照组给予等量生理盐水。治疗期间每隔3天记录一次肿瘤的宽度和长度，肿瘤体积按以下公式计算：肿瘤体积＝1/2×宽度²×长度。治疗结束后，将种瘤组织切除并拍照记录，如图4所示。

结果表明，同时负载紫杉醇和伊曲康唑的纳米胶囊显示出良好的肿瘤抑制作用，说明本发明的空心载药纳米胶囊不仅大大提高药物的载药量，还可以同时包覆不同种类的药物，可以应用于联合载药领域。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.空心载药纳米胶囊，其特征在于，所述空心载药纳米胶囊具有以聚二甲基丙烯酸二醇酯为壁材的平均粒径为65～75nm、聚合物分散性指数(PDI)为0.1～0.2的中空球形结构，由包含油相和水相的组分经高速剪切和超声乳化后进行界面自由基聚合反应得到，其反应体系包括：

(a)5.0％～30.0％芯材、2.0％～6.0％二甲基丙烯酸二醇酯类单体和药物组成的油相；

(b)1.0％～5.0％乳化剂和14.0％～83.0％去离子水组成的水相；

(c)0.2％引发剂和0.266％催化剂组成的引发体系；

除所述药物的量之外，上述(a)、(b)和(c)的质量百分比之和为100％；

所述芯材为不溶于水且易挥发的低毒性液体，选自二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯、石油醚、四氢呋喃中的一种或两种以上组合；

所述药物为紫杉醇和/或伊曲康挫，添加量根据其对所述芯材的溶解度确定，且不高于最大溶解度；

所述二甲基丙烯酸二醇酯类单体选自二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯(BDDMA)、二甲基丙烯酸1,6-己二醇酯(HDDMA)中的一种或两种以上组合；

所述乳化剂选自十二烷基硫酸钠(SDS)、阿拉伯树胶(GA)和聚乙烯醇(PVA)中的一种或两种以上组合；

所述引发剂为过硫酸铵(APS)；

所述催化剂为焦亚硫酸钠(Na₂S₂O₅)；

所述空心载药纳米胶囊的制备方法包括以下步骤：

(1)按照配比将所述油相常温加入到所述水相中，在剪切速率为4000～9000rpm的条件下高速剪切乳化处理3～5min，得到初步乳化的水包油型(o/w)乳液；

(2)将步骤(1)中所得初步乳化的o/w乳液在超声功率为30％～60％的条件下超声波乳化处理20～40min，得到均匀稳定的o/w细乳液；

(3)向步骤(2)中所得o/w细乳液内通入氮气30min，再在持续通入氮气的氛围下加入所述引发剂，2min后加入所述催化剂，室温反应1～3h，再于40～60℃固化反应1～4h。

2.根据权利要求1所述的空心载药纳米胶囊，其特征在于，步骤(2)中，所述均匀稳定的o/w细乳液为蓝白色o/w乳液。

3.权利要求1或2所述空心载药纳米胶囊在联合载药中的应用。