CN112472684B

CN112472684B - 一种电场敏感的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN112472684B
Application number: CN202011402892.XA
Authority: CN
Inventors: 吴迪; 陈忠; 汪仪; 费凡
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2040-12-02
Also published as: CN112472684A

Abstract

本发明提供一种电场敏感的聚多巴胺‑聚吡咯纳米载药系统及其制备方法和应用，本发明通过一步法制备聚多巴胺‑聚吡咯纳米载药系统，在水相体系中加入稳定剂，将吡咯与多巴胺反应聚合形成纳米载药系统，通过控制聚多巴胺的含量，使纳米载药系统中聚多巴胺‑聚吡咯形成三维导电网络，提高了材料的电响应敏感性，能够提高载药系统的生物相容性，提升了药物的负载能力。

Description

一种电场敏感的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及医用材料领域，具体涉及一种电场敏感的聚合物纳米载药系统及其制备方法和应用。

背景技术

随着纳米技术的发展，纳米载药系统的出现为药物治疗提供了一种新的给药方式。通过设计具有特定结构与功能的纳米载药系统来负载和递送药物，可以提高药物靶向效率，降低整体给药量，起到局部富集的作用。根据病灶处的微环境不同，研究人员可以针对性设计一系列的刺激响应机制，实现药物的自动、自主释放。因此，功能化纳米载药系统的制备对于实现精准治疗具有重要意义。

生理放电是细胞在正常生理活动中的一种常见现象。当出现局部病变（例如癫痫发作等）时，部分细胞异常放电，产生意识错乱、肢体强直等现象，严重时可致死。将异常放电作为刺激机制用于药物的响应释放可以快速提高病灶处的局部药物浓度，为该类突发性疾病的治疗与控制提供有效的解决方案。

目前，可以实现电响应释放药物的医用材料主要可分为两类，分别是覆膜和纳米颗粒两种。其中，覆膜法是将电场敏感材料原位聚合于电极表面，再插入病灶部位进行药物释放，这种入侵式的治疗方案必然不适用于长期治疗。而纳米颗粒法中，材料的研究对象主要集中于纳米水凝胶、纳米胶束等，其药物负载量、响应效率和生物安全性都无法满足临床治疗需要。基于以上因素，我们认为设计一种安全、高效的电场敏感的纳米载药系统对于基础研究和临床应用都具有重要意义。Xie等人以电还原的形式制备了聚多巴胺-聚吡咯纳米膜用于药物释放，但其释放过程需要插入电极，通过体外给电刺激的方式释放药物 (Xieet al. NPG Asia Materials (2017) 9, e358)。因此，该法必然不适用于长期治疗。本发明所制纳米聚合物为50-150 nm的纳米颗粒，单分散性极佳，生物相容性好；同时，该系统在生理放电的刺激下，可以释放药物分子，响应限低、释放效率高，可用于一系列生理放电相关疾病的药物递送。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种电场敏感的聚合物纳米载药系统及其制备方法，采取如下技术方案：

本发明以聚多巴胺-聚吡咯为主体，设计一种电响应型药物释放的聚合物纳米载药系统。聚吡咯是一种经典的导电聚合物。在聚吡咯合成过程中加入药物，便可以通过静电作用、氢键、疏水作用等多种分子间作用力负载药物分子；而当聚吡咯受到电场刺激时，聚吡咯与药物分子间的相互作用力被弱化，快速释放药物分子。聚多巴胺是一种药物负载能力较强、生物相容性较好的仿生材料。在聚吡咯中引入聚多巴胺有利于优化纳米材料的水溶性、生物相容性，提高纳米材料的药物负载能力，还可以利用聚多巴胺优异的表面化学实现材料的进一步修饰。

本发明以多巴胺、吡咯和药物分子为单体，以特定分子量的聚乙烯醇为稳定剂，以过硫酸铵为氧化剂，在水溶液体系中，以特定的组分配比制备药物负载的电场敏感的纳米聚合物，本发明涉及的聚合物纳米载药系统采用“一步法”进行制备，制备具体步骤如下：

（1）在水相体系中，加入1-20%质量分数的稳定剂，通过加热或搅拌的方式使其溶解, 最佳质量分数为5%；

（2）当稳定剂完全溶解时，将溶液冷却至0-20 ℃，加入盐酸调节pH值至弱酸性，最佳冷却温度为4°C；

（3）逐滴加入0.1-2%质量分数的吡咯与0.01-3%质量分数多巴胺水溶液，待其混匀后，快速加入0.1-5%质量分数的氧化剂诱导聚合反应，最终产生聚多巴胺-聚吡咯复合物；

（4）在避光条件下，继续搅拌，反应半小时以上，进一步地，持续反应时间可在2至48小时，最佳反应时间为12小时；

（5）待反应结束后，离心，用水和乙醇洗涤产品，除去未反应物，将形成的聚多巴胺-聚吡咯复合物，置于冰箱保存。

进一步地，所述稳定剂为高分子聚合物。

进一步地，所述稳定剂可溶于水，所述稳定剂的水解度为50-100%，可与反应物单体产生氢键、配位键、疏水作用等分子间相互作用力。

进一步地，所述稳定剂为聚乙烯醇，分子量在2000-200000 Da ，优选25000-35000Da。

进一步地，所述氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁、双氧水任意一种或其组合。

进一步地，通过上述方法制备的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统，所述聚多巴胺通过共价键、氢键、静电作用、π-π堆积作用力等分子作用力与聚吡咯相连。

进一步地，通过控制加入不同质量的吡咯和多巴胺，控制生成的聚多巴胺-聚吡咯复合物中聚多巴胺的质量分数保持在1-15%，优选5%。

进一步地，所述聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统粒径50-300nm。

进一步地，通过上述方法制备的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统，应用于各类药物的递送。

制备药物负载的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统，可在加入稳定剂后，稳定剂可以起到吸附吡咯和多巴胺，起到将单体限定在一定的空间内，加入一定量的药物，其他步骤一致。

经过紫外-可见-近红外光谱分析，该聚合物纳米载药系统在400-900 nm光谱范围内具有广谱性吸收，在近红外光区具有较强的吸收；经过透射电子显微镜、扫面电子显微镜分析，优化条件下合成的聚合物颗粒为50-150 nm，粒径分布均一，单分散性好；经过表面电荷分析仪分析，该聚合物纳米载药系统由于聚多巴胺的引入，整体呈电负性；经过热重分析仪分析，药物负载总量可至20%。

本发明设计的聚合物纳米载药系统以聚多巴胺和聚吡咯为主体结构。通过引入适量的聚多巴胺，以共价键、氢键、静电作用、π-π堆积等多种作用力与聚吡咯相连，构建三维导电网络。聚多巴胺的引入，可以将原有聚吡咯链状导电的形式拓宽为平面或三维导电结构。当聚多巴胺质量分数为5%时，所制纳米载药系统的导电系数有最大值，比单纯聚吡咯材料高出了两个数量级，大大提高了材料的电响应敏感性。同时，聚多巴胺的引入进一步提高了载药系统的生物相容性，其共轭结构的存在也提升了其药物负载能力；聚多巴胺-聚吡咯纳米材料表面的邻苯二酚结构可用于材料的进一步修饰（例如修饰聚乙二醇、靶向多肽等功能材料），制备多功能化载药系统。在制备过程中通过引入稳定剂，将单体限定在一定的空间内，限制单体分子在聚合过程中的行为，使其聚合成纳米粒子，适合各类药物的体内递送。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统的微观分子结构示意图；

图2为本发明所述聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统的扫描电子显微镜分析图。

图3为本发明所述聚多巴胺-聚吡咯胺纳米载药系统的聚多巴胺分子质量与电导率示意图。

图4为药物分子电刺激响应释放过程示意图。

图5为纳米载药系统在不同电流强度、不同电响应释放药物效果图。

具体的实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：在洁净烧瓶中加入10 mL超纯水，加入100 mg低分子量为30，000的聚乙烯醇，加热至60°C搅拌30分钟。当聚乙烯醇完全溶解时，将溶液冷却至4°C，加入100μL浓盐酸调节pH值。搅拌5分钟后，逐滴加入50 μL吡咯和1 mg多巴胺。搅拌20分钟使单体充分溶解后，快速加入50 mg过硫酸铵，诱导聚合反应发生。在避光反应器中，保持反应温度为4°C，反应24小时。待反应结束后，停止搅拌。加入等体积约为80°C的超纯水，超声15 min，而后离心（8，000 rpm，20 min）；除去上清液，采用50%的乙醇水溶液，洗涤沉淀，继续离心；除去上清液，将沉淀重悬于磷酸盐缓冲溶液中待用。

如图1所示，对上述过程制备的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统和承载药物的微观分子结构进行模拟。

如图2所示，对上述过程制备的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统进行扫描电子显微镜分析。

实施例2：在洁净烧瓶中加入10 mL超纯水，加入300 mg低分子量为30，000的聚乙烯醇，加热至60°C搅拌30分钟。当聚乙烯醇完全溶解时，将溶液冷却至4°C，并加入10 mg苯妥英钠（药物模型）。加入200 μL浓盐酸调节pH值。搅拌5分钟后，逐滴加入100 μL吡咯和5mg多巴胺。搅拌20分钟使单体充分溶解后，快速加入100 mg过硫酸铵，诱导聚合反应发生。在避光反应器中，保持反应温度为4°C，反应48小时。待反应结束后，停止搅拌。加入等体积约为80°C的超纯水，超声15 min，而后离心（8，000 rpm，20 min）；除去上清液，并重复；最后，将沉淀重悬于磷酸盐缓冲溶液中待用。

如图3所示，通过一系列梯度质量分数吡咯与多巴胺的实施例制备的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统，分析不同的多巴胺分子质量与整个纳米载药系统的电导率之间的关系。

实施例2：在洁净烧瓶中加入10 mL超纯水，加入300 mg低分子量为30，000的聚乙烯醇，加热至60°C搅拌30分钟。当聚乙烯醇完全溶解时，将溶液冷却至4°C，并加入10 mg苯妥英钠（药物模型）。加入200 μL浓盐酸调节pH值。搅拌5分钟后，逐滴加入100 μL吡咯和5mg多巴胺。搅拌20分钟使单体充分溶解后，快速加入100 mg过硫酸铵，诱导聚合反应发生。在避光反应器中，保持反应温度为4°C，反应24小时。待反应结束后，停止搅拌。加入等体积约为80°C的超纯水，超声15 min，而后离心（8，000 rpm，20 min）；除去上清液，并用乙醇溶液重复洗涤。将聚合物溶液浓缩后滴在铂对电极上，给予一定电刺激，用高效液相色谱测量溶液中药物分子的含量。

如图4和图5所示，在一定电流强度和时间的电刺激下，纳米载药系统可以响应性释放药物。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种电场敏感的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在水溶液中加入稳定剂、吡咯、多巴胺、无机酸，混匀至完全溶解，所述稳定剂通过加热或搅拌的方式溶解于水溶液中，利用稳定剂吸附吡咯与多巴胺，所述无机酸将水溶液pH值调节至弱酸性；

（2）在所述水溶液中加入氧化剂，所述氧化剂诱导聚合反应，产生聚多巴胺-聚吡咯复合物，持续反应时间半小时以上；

（3）所述聚合反应结束后，离心所述水溶液，以提纯出所述聚多巴胺-聚吡咯复合物；

（4）除去未反应物；

采用上述方法制备形成的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统，所述聚多巴胺的质量分数为5%。

2.根据权利要求1所述的一种电场敏感的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统的制备方法，其特征在于，所述稳定剂为高分子聚合物，所述稳定剂的质量分数为1-20%。

3.根据权利要求2所述的一种电场敏感的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统的制备方法，其特征在于，所述稳定剂可溶于水，所述稳定剂的水解度为50-100%，可与反应物单体产生氢键、配位键、疏水作用等分子间相互作用力。

4.根据权利要求3所述的一种电场敏感的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统的制备方法，其特征在于,所述稳定剂为聚乙烯醇，所述聚乙烯醇的分子质量为2000-200000 Da。

5.根据权利要求1所述的一种电场敏感的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁、双氧水中的任意一种，所述氧化剂的质量分数为0.1-5%。

6.根据权利要求1所述的一种电场敏感的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统的制备方法，其特征在于，所述持续反应时间为2至48小时。

7.根据权利要求1-6中任一项一种电场敏感的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统的制备方法，其特征在于，在加入稳定剂后，加入药物，形成聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统，所述聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统为纳米颗粒，粒径50-300nm。

8.根据权利要求7所述的一种电场敏感的聚多巴胺-聚吡咯纳米载药系统，其特征在于，应用于各类药物的电刺激响应释放。