CN112354012A - 一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备，涉及载药材料技术领域。该复合纳米载体材料的制备方法，具体为：有机化锂皂石和谷氨酸单体混合，水浴下搅拌，加入过硫酸钾和十二烷基硫酸钠的混合水溶液反应，然后加入硫酸铝，沉淀洗涤、干燥得到聚谷氨酸/有机化锂皂石复合物；将丝素蛋白和上述复合物溶于三氟乙酸/二氯甲烷中，超声得到纺丝液；然后注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，获得复合纳米载体材料。本发明制得的可控药物缓释的复合纳米载体材料具有优异的力学性能、生物相容性和可降解性，且具有较好的药物缓释效果，载药量和药物累积释放率高，可应用于牙周组织再生材料、伤口敷料等生物医用领域。

Description

一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备
技术领域
本发明属于载药材料技术领域，具体涉及一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备。
背景技术
药物缓释是近年来发展迅猛的一种新兴药物释放体系。药物缓释剂在《中药药剂学》中，被定义为长效剂，解释为利用高分子生物可降解材料作为药物控制释放的载体，增长药物在生物体内的释放、分布、代谢和降解的周期，使药物在生物体内能够接近一个固定的速度释放，从而增加药物作用时间，相比于传统给药系统具有极大的优势。药物控制缓释体系是可生物降解高分子在应用方面十分重要的一个方向之一。
静电纺丝作为一种特殊的纤维制备技术，已得到了广泛的应用，通过调节静电纺丝的工艺参数，可制备出具有较大比表面积、孔隙率高及柔韧性能好的纳米纤维材料，被广泛用于药物传输、组织工程、过滤材料、防护服、传感器、催化剂等诸多领域。尤其是纳米纤维药物释放系统能够克服传统制剂存在的缺陷，从而达到提高生物利用度、减少药物用量、增加药物疗效的要求。静电纺丝超细纤维药物缓释体系的发明，是将电纺丝技术、高分子聚合物以及药物释放三者有机的结合在一起，对改变药物控制释放领域中经常出现的药物进入人体后发生突释和载药量低等问题，提供了一个有效的解决方案，表现出很大的潜力。如公开号CN 106512013A公开了一种新型复合药物缓释载体材料，采用静电纺丝技术制得载药壳聚糖/聚酰胺复合纳米纤维膜，具有较好的药物缓释效果，可用于创伤修复、口腔溃疡治疗、药物控释等生物医用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备，该复合纳米载体材料具有优异的力学性能和生物相容性，且具有较好的药物缓释效果，载药量和药物累积释放率高。除此之外，还具有较好的生物可降解性。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备方法，包括：
S1：有机化锂皂石和谷氨酸单体混合，水浴下搅拌，加入过硫酸钾和十二烷基硫酸钠的混合水溶液反应，然后加入硫酸铝，沉淀洗涤、干燥得到聚谷氨酸/有机化锂皂石复合物；
S2：将丝素蛋白和上述复合物溶于三氟乙酸/二氯甲烷中，超声得到纺丝液；
S3：将上述纺丝液注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，获得复纳米载体材料。聚谷氨酸与有机化锂皂石插层形成复合物，再与丝素蛋白产生氢键，具有较好的生物相容性和降解性；该复合物内部呈现孔道结构，比表面积增大，具有较强的吸附作用；还可影响载体材料内部结构，形成大量复杂孔道，出现毛细孔，可有效增加载药量，延长药物缓释时间，改善突释现象。除此之外，本发明制得的纤维膜具有优异的拉伸力学性能，原因可能是有机化锂皂石的存在可以促进丝素蛋白从SilkⅠ向SilkⅡ的构象转变，形成β-折叠的分子链，并以此为交联点形成三维网络状结构，材料整体的机械性能提升。
优选地，步骤S1中有机化锂皂石与谷氨酸单体的质量比为0.1～0.25：1。
优选地，步骤S2中纺丝液中丝素蛋白的浓度为3～5％；三氟乙酸/二氯甲烷中，两者体积比为7：2～3。
优选地，步骤S2中丝素蛋白与复合物的质量比为1：0.8～1。
优选地，步骤S3中静电纺丝参数为：静电压为8～13kV，接收距离为12～16cm，纺丝推进速率为0.4～0.8mL/h。
本发明又一目的在于，提供一种可控药物缓释的复合纳米载体材料。
优选地，复合纳米载体材料的纤维直径为50～180nm。
优选地，当药物浓度为250μg/mL时，复合纳米载体材料的载药量≥1.3mmol/mg；当药物浓度为500μg/mL时，复合纳米载体材料的载药量≥1.7mmol/mg；当药物浓度为875μg/mL时，复合纳米载体材料的载药量≥3.4mmol/mg；当药物浓度为1250μg/mL时，复合纳米载体材料的载药量≥7.8mmol/mg。
优选地，步骤S3中静电纺丝得到纳米纤维膜后，采用加压渗透的方法，使鞘糖脂溶液经上述纤维膜孔渗透，再将膜水洗、冷冻干燥得到复合纳米载体材料；其中，鞘糖脂溶液的浓度为0.08～0.12g/mL。加入鞘糖脂，有助于提升体外降解速率，提升复合材料的生物降解性，增强生物相容性。同时可与丝素蛋白分子间形成相互作用力，两者紧密结合，或以延展的方式均匀平铺在纤维素膜孔表面，增强材料的力学性能。
本发明还公开了可控药物缓释的复合纳米载体材料在牙周组织再生材料、伤口敷料领域中的应用。
本发明相比于现有技术，具有如下有益效果：
聚谷氨酸与有机化锂皂石插层形成复合物，再与丝素蛋白复合，制得的复合纳米载体材料具有较好的生物相容性和优异的生物降解性。该复合材料内部具有大量复杂孔道，较高比表面积，有效增加载药量，延长药物缓释时间。除此之外，形成稳定的三维网络状结构，具有优异的拉伸力学性能，材料整体的机械性能提升。鞘糖脂的加入，进一步促进复合材料生物降解性能，增强生物相容性。同时可与丝素蛋白分子间形成相互作用力，两者紧密结合，进而增强材料的力学性能。
因此，本发明提供了一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备，该复合纳米载体材料具有优异的力学性能和生物相容性，且具有较好的药物缓释效果，载药量和药物累积释放率高。除此之外，还具有较好的生物可降解性。
附图说明
图1为本发明试验例1中SEM测试示意图；
图2为本发明试验例2中力学性能测试结果对比示意图；
图3为本发明试验例2中体外降解性能测试结果对比示意图；
图4为本发明试验例2中载药量测试结果对比示意图；
图5为本发明试验例2中载药缓释性能测试结果对比示意图；
图6为本发明试验例2中生物相容性测试结果对比示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
实施例1：
有机化锂皂石的制备：配制质量分数为2％的合成锂皂石悬浮体，加热升温至60℃，搅拌20min使其充分溶胀。然后按其质量的30％加入CTAB，于80℃剧烈反应2h。抽滤水洗，至滤出液中加入0.1mol/L AgNO3溶液无白色沉淀生成，将滤饼在80℃烘干即得有机化锂皂石。
丝素蛋白的制备：
称取蚕丝生丝，按照标准比例(蚕丝质量/g：水体积/L：无水碳酸钠质量/g＝10：1：5)先加入自来水，再加入无水碳酸钠，用电磁炉在最大功率下加热。待到里面液体完全沸腾后加入蚕丝生丝，定时煮30min。接着将蚕丝取出用自来水清洗，直至洗出的水澄清透明；按照上面步骤再煮30min，结束后将得到的丝素蛋白置于60℃烘箱中烘干备用。
一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备：
S1：将有机化锂皂石和谷氨酸单体(质量比为0.2：1)加到四口烧瓶中，在70℃水浴下搅拌30min，使有机化锂皂石在单体中充分分散，然后加入过硫酸钾和十二烷基硫酸钠(质量比1：1.2，总质量与谷氨酸单体质量比为0.05：1)的混合水溶液，搅拌形成稳定乳液；70℃乳液聚合3h，N2气氛保护，然后用硫酸铝破乳，将所得沉淀洗涤、烘干得聚谷氨酸/有机化锂皂石复合物；
S2：将丝素蛋白和上述复合物(质量比1：1)溶于三氟乙酸/二氯甲烷(体积比7：3)中，超声30min，得到纺丝液(丝素蛋白的质量分数为3％)；
S3：将上述纺丝液注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，获得复合纳米载体材料，纤维直径为100nm；静电纺丝参数为：静电压为13kV，接收距离为16cm，纺丝推进速率为0.8mL/h。
实施例2：
有机化锂皂石、丝素蛋白的制备与实施例1相同。
一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备与实施例1的不同之处在于：
S1：有机化锂皂石和谷氨酸单体的质量比为0.1：1；
S2：丝素蛋白与复合物的质量比为1：0.8；
S3：得到复合纳米载体材料的纤维直径为80nm。
实施例3：
有机化锂皂石、丝素蛋白的制备与实施例1相同。
一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备与实施例1的不同之处在于：
S1：有机化锂皂石和谷氨酸单体的质量比为0.25：1；
S2：丝素蛋白与复合物的质量比为1：0.9；
S3：得到复合纳米载体材料的纤维直径为120nm。
实施例4：
有机化锂皂石、丝素蛋白的制备与实施例1相同。
一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备与实施例1的不同之处在于：
S1：有机化锂皂石和谷氨酸单体的质量比为0.15：1；
S2：丝素蛋白与复合物的质量比为1：0.85；
S3：得到复合纳米载体材料的纤维直径为150nm。
实施例5：
有机化锂皂石、丝素蛋白的制备与实施例1相同。
一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备与实施例1的不同之处在于：
步骤S3中静电纺丝得到纳米纤维膜后，采用加压渗透的方法，使浓度为0.12g/mL鞘糖脂溶液(溶剂为丙酮)经上述纤维膜孔渗透，再将膜水洗、冷冻干燥得到复合纳米载体材料。
对比例1：
丝素蛋白的制备与实施例1相同。
一种可控药物缓释的纳米载体材料的制备：
S1：将丝素蛋白溶于三氟乙酸/二氯甲烷(体积比7：3)中，超声30min，得到纺丝液(丝素蛋白的质量分数为3％)；
S2：将上述纺丝液注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，获得复合纳米载体材料，纤维直径为100nm；静电纺丝参数为：静电压为13kV，接收距离为16cm，纺丝推进速率为0.8mL/h。
对比例2：
丝素蛋白的制备与实施例1相同。
一种可控药物缓释的纳米载体材料的制备：
S1：将丝素蛋白和聚谷氨酸(质量比为1：1)溶于三氟乙酸/二氯甲烷(体积比7：3)中，超声30min，得到纺丝液(丝素蛋白的质量分数为3％)；
S2：将上述纺丝液注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，获得复合纳米载体材料，纤维直径为100nm；静电纺丝参数为：静电压为13kV，接收距离为16cm，纺丝推进速率为0.8mL/h。
试验例1：
扫描电镜测试
在静电纺丝纤维膜表面真空喷金，采用日本日立公司的S4800场发射扫描电镜观察纤维的微观形貌。工作电压5kV，真空度为1.5×10-4Pa。
对实施例1制得的样品进行上述测试，结果如图1所示。从图中可以看出，得到载体材料的纤维直径趋向均匀，平滑成型良好，形貌较为规整，纤维尺寸适中。
试验例2：
1、力学性能测试
测试前先将所测样品条置于恒温恒湿环境下进行预调湿，后将样品裁剪成大小为40mm×5mm的矩形状，用KES-GI型拉力机对试样进行单轴拉伸，试样的夹持距离为40mm，拉伸速度为10mm/min。每组样品重复5遍。
对对比例1、对比例2、实施例1～5制得的样品进行上述力学性能测试，结果如图2所示。从图中可以看出，实施例1制得的样品的拉伸强度为5.6MPa，明显好于对比例1和对比例2，稍好于实施例2～4，表明本发明实施例1～4制得的样品具有较好的力学性能。且实施例5的效果明显要好于实施例1，表明鞘糖脂的加入，对载体材料的力学性能的提升具有增强作用。
2、体外降解性能测试
首先配制蛋白酶XIV溶液和PBS溶液。取一定量去离子水，加入磷酸盐缓冲液及配套的8.5g NaCl，搅拌使其混合均匀，倒入1000mL容量瓶中，定容至刻度，即得到PBS溶液，置于常温保存即可。称取3.5μ/mg的蛋白酶XIV 100mg加入烧杯中，再加入350mL PBS溶液，混合均匀即得到所需的蛋白酶XIV溶液，将配好的溶液置于4℃的冰箱中冷藏保存。
称取样品75mg，置于7mL离心管中，加入5mL蛋白酶XIV溶液(浓度为1μ/mL，溶于PBS溶液中)，置于37℃的恒温水浴摇床中，以加入5mL不含蛋白酶XIV的PBS溶液作为对照组。蛋白酶XIV溶液和PBS溶液每24h更换一次，使用前在37℃水浴中预热。在设定的降解时间1d、3d、6d、12d、18d、24d取出样品，倒掉上层清液，再置于冷冻干燥机中冷干，最后称取剩余的固体样品质量。样品重量损失率用下列公式计算：
L(％)＝(W0-W1)/W0×100％
其中L代表样品的重量损失率；W0代表初始质量，mg；W1代表样品降解之后的质量，mg。
对实施例1、实施例5制得的样品进行上述测试，结果如图3所示。分析可知，24d后，制得样品在PBS溶液中降解速率不超过10％，基本不发生降解；而在蛋白酶XIV溶液中降解24d后，实施例1制得样品的重量损失率为70％，说明其在蛋白酶中具有良好的生物降解性能；而实施例5制得样品的重量损失率为86％，高于实施例1，表明鞘糖脂的加入可以提升材料的生物降解性。
3、药物释放测试
3.1伊维菌素标准溶液的配制：
称取一定量的伊维菌素，用无水乙醇配制成0.2mg/mL的储备液。分别移取1mL、1.5mL、2mL、2.5mL、3mL、3.5mL的储备液于编号为1、2、3、4、5、6的六只50mL的容量瓶中，分别于六只容量瓶中加入无水乙醇9mL、8.5mL、7.5mL、7mL、6.5mL，加入去离子水定容至刻度线，摇匀得含30％乙醇的伊维菌素标准溶液。采用紫外分光光度法在245nm处分别测定上述标准溶液的吸光度。(1cm比色皿，以30％乙醇水溶液做空白)。
3.2载药量测试：
将载体材料分散于无水乙醇中，浓度为250μg/mL，超声1h得到分散均匀的分散液；将伊维菌素溶于无水乙醇中，浓度分别为250、500、875、1250μg/mL；在避光条件下将伊维菌素的醇溶液滴加到分散液中，使用探头超声仪将滴加后的混合液体超声0.5h后，以600r/min的速度搅拌24h，将药品负载到载体上；然后将样品转移到离心管中，以10000r/min的转速离心10min，离心后吸取上清液测定紫外吸收值，然后将离心管中剩余的上清液除去，向离心管中加入无水乙醇再次离心，重复上述操作2～3次至上清液中检测不到药物的紫外吸收峰。
载体所载药物量的计算公式如下：
Qe＝m1/(m2M)
其中，Qe，单位质量载体所负载药物的物质的量(mmol/mg)；m1，所载药物质量；m2，载体质量；M，药物相对分子质量(g/mol)。
对比例1～2、实施例1～5制得的样品进行上述测试，结果如图4所示。分析可知，药物浓度对载体的负载量具有明显影响，随着药物浓度的增加，载药量不断增加。相比于对比例1和对比例2，实施例1制得样品的载药量明显增大，例如药物浓度为500μg/mL时，实施例1组载药量为2.034mmol/mg，大于对比例1组的0.613mmol/mg和对比例2组的1.038mmol/mg，且稍优于实施例2～4；表明有机化锂皂石复合聚谷氨酸再与丝素蛋白结合制得的复合纳米载体材料具有优异的载药量。实施例5的效果优于实施例1，表明鞘糖脂的加入具有协同增强的作用。
3.3体外释放度测试：
精确称取一定量的药物复合膜置于含有乙醇的模拟胃液中(pH＝1.2，1g NaCl+3.5mL 37％HCl加无水乙醇、水稀释至500mL)，在温度为37±0.5℃的条件下以一定的转速恒温振荡2h后转移到含有乙醇的模拟肠液(pH＝6.8，0.2mol/L KH2PO4溶液250mL+0.2mol/LNaOH溶液118mL加无水乙醇、水稀释至1000mL)中，在不同时刻移取缓释液5mL，同时补充5mL新鲜缓冲液。根据标准曲线方程计算其浓度，绘制累积释药率-时间曲线。
对对比例1、对比例2、实施例1、实施例5制得的样品进行上述测试，结果如图5所示。从图中可以看出，相比于对比例1和对比例2，实施例1制得样品具有明显的缓释行为，表明有机化锂皂石复合聚谷氨酸再与丝素蛋白结合制得的复合纳米载体材料可有效延长药物缓释的时间。且实施例5的效果稍好于实施例1相当，表明鞘糖脂的加入具有一定的增强作用。
4、MMT法检测生物相容性
取对数生长期CAL-27细胞，将其接种于96孔培养板中(1×104个/孔)，每孔加入200μL细胞悬浮液后置于37℃、5％CO2孵箱中培养24h，之后将孔内上清液弃掉。对照组只重新加入200μL培养液；实验组加入载体材料。置于37℃、5％CO2孵箱中培养24h后，每孔加入20μL MTT溶液，置于37℃、5％CO2孵箱中培养4h。将上清液弃掉，每孔加入150μL DMSO，在室温条件下震荡10min，用酶标仪在波长490nm处检测各孔OD值。细胞生存率按照下式计算：
细胞生存率(％)＝实验组OD值/对照组OD值×100％
对实施例1～5制得的样品进行上述测试，结果如图6所示。分析可知，实施例1组的细胞生存率为98.35％，且实施例2～4组的效果与其相当，表明有机化锂皂石复合聚谷氨酸再与丝素蛋白结合制得的复合载体材料具有优异的生物相容性，不会对细胞造成毒性。而实施例5组的效果与实施例1相当，表明鞘糖脂的加入仍然可以维持良好的生物相容性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备方法，包括：
S1：有机化锂皂石和谷氨酸单体混合，水浴下搅拌，加入过硫酸钾和十二烷基硫酸钠的混合水溶液反应，然后加入硫酸铝，沉淀洗涤、干燥得到聚谷氨酸/有机化锂皂石复合物；
S2：将丝素蛋白和所述复合物溶于三氟乙酸/二氯甲烷中，超声得到纺丝液；
S3：将所述纺丝液注入静电纺丝装置中进行静电纺丝，获得复合纳米载体材料。
2.根据权利要求1所述的一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中有机化锂皂石与谷氨酸单体的质量比为0.1～0.25：1。
3.根据权利要求1所述的一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中纺丝液中丝素蛋白的浓度为3～5％；所述三氟乙酸/二氯甲烷中，两者体积比为7：2～3。
4.根据权利要求1所述的一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中丝素蛋白与复合物的质量比为1：0.8～1。
5.根据权利要求1所述的一种可控药物缓释的复合纳米载体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中静电纺丝参数为：静电压为8～13kV，接收距离为12～16cm，纺丝推进速率为0.4～0.8mL/h。
6.权利要求1～5任一项所述制备方法制得的可控药物缓释的复合纳米载体材料。
7.根据权利要求6所述的可控药物缓释的复合纳米载体材料，其特征在于：所述复合纳米载体材料的纤维直径为50～180nm。
8.根据权利要求6所述的可控药物缓释的复合纳米载体材料，其特征在于：所述复合纳米载体材料在药物浓度为500μg/mL时，载药量≥1.7mmol/mg。
9.权利要求6所述可控药物缓释的复合纳米载体材料在牙周组织再生材料、伤口敷料领域中的应用。
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CN113046926A (zh) * 2021-03-09 2021-06-29 南京师范大学 一种丝素聚乳酸多孔纳米纤维复合材料及其制备方法和应用
CN115068676A (zh) * 2022-06-21 2022-09-20 四川大学 一种可缓释生物活性因子的水/油两相组织修复支架及其制备方法

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