CN113750074A - 一种新型酸响应离子液体微胶囊及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型酸响应离子液体微胶囊及其制备方法与应用，所述离子液体微胶囊包括内核和壳层，内核为离子液体，壳层为金属‑多酚网络涂层；上述微胶囊的制备方法，包括步骤：将多酚加入到离子液体中，搅拌使其溶解，得到多酚‑离子液体；将多酚‑离子液体加入水中，超声分散均匀；然后加入金属离子溶液，涡旋使体系混合均匀，随后调节体系pH，离心，即得。本发明制备的离子液体微胶囊可以显著提高离子液体液滴的稳定性，有效负载多种药物分子尤其是难溶药物；所制备的微胶囊在酸性微环境下MPN发生解离从而离子液体携带药物渗入到目标组织，由于离子液体较强的药物渗透作用而大大提高药物利用率的同时增强药物功效。

Description

一种新型酸响应离子液体微胶囊及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种新型酸响应离子液体微胶囊及其制备方法与应用，属于药物递送技术领域。
背景技术
大多数药物分子(约60％～70％)由于溶解度低和渗透能力差而使药物利用效率大幅降低。药剂学领域中，通过使用化学渗透促进剂(CPE)来改善溶解度和渗透性差这一问题。近年来，离子液体(ILs)作为一种新型的渗透促进剂被引入药物递送系统，用于增强对各种药物分子(小分子、蛋白质、多肽、核酸等)的透皮药物递送。
离子液体(ionic liquid，IL)通常指熔点低于100℃的有机盐，具有蒸气压低、溶解物质能力强、导电性好、电化学窗口宽、可设计性等优良特性。近年来，离子液体因其固有的可调节性被作为油相或水相而被广泛应用于乳液药物递送领域。美国哈弗大学的SamirMitragotri教授在不同的癌细胞中研究了低浓度的胆碱香叶酸离子液体(CAGE)对难溶性抗癌药物细胞摄取的影响，研究结果表明，低浓度的CAGE可以显著增强抗癌药物对癌细胞的细胞毒性作用，且CAGE在用作抗癌药物的协同剂的同时可以提高其治疗功效。RahmanMdMoshikur等人合成了基于脂肪酸和氨基酸脂的离子液体并研究了其细胞毒性和模式药物(离子液体为溶剂)的皮肤渗透性，体外细胞毒性研究表明，相比常规化学渗透增强剂(CPE)，脂肪酸酯基离子液体具有更低的细胞毒性，并且在提高药物分子渗透性方面更有效。这些研究表明离子液体是一种非常有前景的药物渗透促进剂，可用于提高药物的透皮递送和跨细胞膜运输。
但是，离子液体在体内直接应用会造成非选择性的药物递送，影响周围的正常组织细胞。人体内正常和病变组织中均存在着大量的酸性微环境，比如正常条件下胃部胃液的pH在2.0～3.0，肿瘤中细胞外微环境pH在6.5以及口腔中引起龋病的细菌生物膜(牙菌斑)中的pH在4.5～6.0。因此，开发酸响应释放的微胶囊体系可以实现药物的精准递送，这对胃部给药、癌症治疗以及口腔龋病的防治等医学领域意义重大。因此，如何保持药物递送系统稳定性的同时实现药物组分在体内酸性微环境中的响应释放是一个很大的挑战。
金属多酚网络(Metal-phenolic networks，MPN)是指多价金属离子(如三价铁离子，Fe3+)和多酚类物质通过配位作用形成复合物。近年来，MPN作为一种表面修饰技术，因其具有粘附性好、生物相容性高、易于制备等优点，被广泛应用于生物医学领域。最新研究表明，MPN作为一类具有酸响应的金属多酚配位复合物，被用作微乳液中油滴或水滴的表面修饰。Quinn A.Besford等人利用MPN稳定分散在水中的油滴，制备了油@MPN胶囊，这一研究结果表明，MPN通过修饰液滴表面，可以稳定微乳液中的油滴。Frank Caruso等人在水@油微乳液中以油水界面为模板制备了类MPN纳米空心球。以上研究结果表明MPN可以在微乳液油水界面进行组装。
目前，尚未有使用MPN作为离子液体微乳液的稳定剂来制备离子液体微胶囊，并利用其酸响应性能赋予离子液体体系酸响应释放药物能力的报道。为此，提出本发明。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型酸响应离子液体微胶囊及其制备方法与应用。本发明的离子液体微胶囊为金属多酚网络(MPN)包覆离子液体微液滴(IL)的微胶囊(IL@MPN)结构。本发明制备的离子液体微胶囊(IL@MPN)可以显著提高离子液体液滴的稳定性，有效负载多种药物分子尤其是难溶药物；所制备的微胶囊在酸性微环境下MPN发生解离从而离子液体携带药物渗入到目标组织，由于离子液体较强的药物渗透作用而大大提高药物利用率的同时增强药物功效。
本发明的技术方案如下：
一种新型酸响应离子液体微胶囊，所述离子液体微胶囊包括内核和壳层，所述的内核为离子液体(IL)，壳层为金属-多酚网络(MPN)涂层。
根据本发明优选的，所述金属-多酚网络涂层中的金属离子为Ti4+、Al3+、Fe3+、Cu2+、Zn2+或Ni2+，进一步优选为Fe3+；所述金属-多酚网络涂层中的多酚为槲皮素(Quercetin，Que)、单宁酸(Tannic acid，TA)、多巴胺(dopamine，DA)、儿茶酚(Catechol)、没食子酸(Gallic acid)或表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)，进一步优选为槲皮素(Quercetin，Que)。
根据本发明优选的，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM][NTf2])、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([BMIM][NTf2])、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([EMIM][PF6])、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM][PF6])、利多卡因布洛芬盐([Lid][Ibu])或脂肪酸乙酯亚油酸盐，进一步优选为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIM][NTf2])。
根据本发明，所述脂肪酸乙酯亚油酸盐根据文献(ACS Sustainable Chemistry&Engineering 2020,8,13660-13671)中的方法制备得到。
根据本发明，上述新型酸响应离子液体微胶囊的制备方法，包括步骤如下：
将多酚加入到离子液体中，搅拌使其溶解，得到多酚-离子液体；将多酚-离子液体加入水中，超声分散均匀；然后加入金属离子溶液，涡旋使体系混合均匀，随后调节体系pH，得到新型酸响应离子液体微胶囊分散液，经离心，得到新型酸响应离子液体微胶囊。
根据本发明优选的，所述多酚的质量与离子液体的体积比为0.1～1.0mg:1mL。
根据本发明优选的，所述多酚-离子液体与水的体积比为1:20～10000，进一步优选为1:50～400，更优选为1:50～100。
根据本发明优选的，所述超声分散的时间为0.5～2min，超声功率为260W，超声频率为25kHz。
根据本发明优选的，所述金属离子溶液是将相应金属离子的金属盐加入水中制备得到，所述金属离子溶液中金属盐的浓度为0.1～20mg/mL；所述的金属盐为常见水溶性金属盐；进一步优选的，所述的金属盐为相应金属离子的氯化物、硝酸盐或硫酸盐；所述金属离子溶液中的金属盐与多酚-离子液体中多酚的质量比为1～20:1。
根据本发明优选的，使用碱溶液调节体系pH为8.0，所述碱溶液为浓度为0.1mol/L的NaOH水溶液。
根据本发明优选的，所述离心速率为1000-3000rpm，离心时间为1-5min。
根据本发明，上述新型酸响应离子液体微胶囊的应用，用于制备酸响应药物递送系统。
根据本发明的应用，所述酸响应药物递送系统的制备方法，包括步骤如下：
将多酚和药物加入到离子液体中，搅拌使其溶解，得到多酚/药物-离子液体；将多酚/药物-离子液体加入水中，超声分散均匀；然后加入金属离子溶液，涡旋使体系混合均匀，随后调节体系pH，得到负载药物的新型酸响应离子液体微胶囊分散液，即为酸响应药物递送系统；所得到的负载药物的新型酸响应离子液体微胶囊在酸性条件下，金属-多酚网络涂层发生酸响应解离，用于释放药物。
根据本发明的应用，优选的，所述药物为模式药物分子、药物小分子或生物活性分子；所述模式药物分子甲基橙、SudanⅢ或尼罗红；所述药物小分子为阿霉素、布洛芬或紫杉醇；所述生物活性分子为核酸、抗体或生长因子。
根据本发明的应用，优选的，所述药物的质量与离子液体的体积比为0.1～1.0mg:1mL。
根据本发明的应用，优选的，所述多酚/药物-离子液体与水的体积比为1:20～10000，进一步优选为1:50～400，更优选为1:50～100；所述金属离子溶液中的金属盐与多酚/药物-离子液体中多酚的质量比为1～20:1。
根据本发明的应用，所述酸响应药物递送系统的制备方法中其他条件如新型酸响应离子液体微胶囊的制备方法中所述。
根据本发明的应用，所述酸性条件为胃部、生物膜感染、肿瘤等体内微环境下，其pH＜6.5。
本发明的技术特点及有益效果如下：
1、本发明制备的离子液体微胶囊(IL@MPN)内核为IL液滴，外壳为MPN。IL@MPN胶囊在体内正常生理条件下(pH 7.4)颗粒维持稳定状态，MPN层不发生解离，IL及其内溶解的药物小分子、蛋白质、核酸等物质不会释放。在胃部、生物膜感染、肿瘤等微环境下(pH＜6.5)，MPN层发生酸响应解离，IL及其内溶解的药物小分子、蛋白质、核酸等物质随之释放，在目标组织部位发挥作用。
2、本发明的制备方法利用MPN的界面组装能力和酸响应特性在IL/水界面进行组装，开发了一种MPN包覆IL的胶囊结构(IL@MPN胶囊)用于高效负载并响应释放药物小分子、蛋白质、核酸等的药物递送系统，它可以提高药物的组织穿透能力，且在具酸性微环境的组织部位处MPN实现响应解离并释放药物，从而提高药效利用率和作用效果，降低抗药性。本发明的微胶囊以离子液体为核，可提高药物的溶解度及其在组织细胞的渗透性，从而提高药效。
3、本发明采用金属多酚配位化学在离子液体/水微乳液界面进行组装，胶囊大小可以通过离子液体/水的体积比及超声功率与时间进行调控，MPN层的厚度可以通过金属和多酚的含量和比例进行调控。本发明的制备方法简单，可操作性好，药物上载量高兼具酸响应释放特性。
附图说明
图1为实施例1制备的IL@MPN微胶囊的SEM图(a)和结构示意图(b)。
图2为实施例1制备的IL@MPN微胶囊的低倍率TEM图。
图3为实施例1制备的IL@MPN微胶囊的光学显微镜图像。
图4为实施例2制备的IL@MPN微胶囊粒径随水/多酚-离子液体体积比变化柱状图。
图5为实施例3制备的IL@MPN微胶囊的光学显微镜图像。
图6为实施例4制备的IL@MPN微胶囊的光学显微镜图像。
图7为试验例1中IL@MPN微胶囊的在不同pH条件下解离的光学显微图像。
图8为试验例2中IL@MPN微胶囊负载SudanⅢ后在pH 6.0条件下体系在不同时间的紫外吸收光谱图。
图9为试验例2中SudanⅢ在不同pH条件下从IL@MPN微胶囊中响应释放的动力学曲线。
图10为试验例3中IL@MPN微胶囊负载Cy7.5在胃部的酸响应释放的活体成像图，其中A为灌入IL@MPN微胶囊负载Cy7.5溶液的活体成像图，B为灌入Cy7.5的离子液体溶液的活体成像图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了使本领域的技术人员更好的理解本发明，并不是对本发明做任何的限制。
同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)的制备方法，包括步骤如下：
将1.0mg槲皮素加入到2.0mL1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体中，搅拌使其充分溶解，得到多酚-离子液体溶液；取上述多酚-离子液体溶液40μL加入到2.0mL水中，在功率为260W，超声频率为25kHz条件下超声1min，分散均匀，然后加入20μL10.0mg/mL三氯化铁水溶液，涡旋30s，随后用0.1mol/L NaOH水溶液调节体系pH为8.0，得到新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)分散液；将所得新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)分散液在速率为2000rpm条件下离心3min，即得新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)。
本实施例制备得到的离子液体微胶囊(IL@MPN)的SEM图、TEM图和光学显微图像分别如图1、图2和图3所示，从图1、图2和图3中可以看出，制备得到的IL@MPN胶囊粒径为0.5～3.0μm，具有核壳结构，IL被成功封装在MPN壳内。
实施例2
一种新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)的制备方法如实施例1所述，所不同的是，改变水与多酚-离子液体的体积比分别为2000:1、500:1、200:1、20:1。
本实施例所得微胶囊的粒径随水/多酚-离子液体体积比变化柱状图如图4所示，从图4中可以看出，随着水/多酚-离子液体体积比的降低，所得离子液体微胶囊的粒径增加。
实施例3
一种新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)的制备方法，包括步骤如下：
将1.0mg槲皮素加入到1.0mL脂肪酸乙酯亚油酸盐离子液体中，搅拌使其充分溶解，得到多酚-离子液体溶液；取上述多酚-离子液体溶液80μL将其加入到8.0mL水中，在功率为260W，超声频率为25kHz条件下超声1min，分散均匀，然后加入40μL 10.0mg/mL三氯化铁水溶液，涡旋30s，随后用0.1mol/L NaOH水溶液调节体系pH为8.0，即得新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)分散液；将所得新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)分散液在速率为2000rpm条件下离心3min，即得新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)。
本实施例中制得的离子液体微胶囊(IL@MPN)的光学显微镜图像如图5所示，从图5中可以看出，制备得到的IL@MPN胶囊粒径为2.0～10.0μm。
实施例4
一种新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)的制备方法，包括步骤如下：
将1.0mg槲皮素加入到4.0mL利多卡因布洛芬盐离子液体中，搅拌使其充分溶解，得到多酚-离子液体溶液；取上述多酚-离子液体溶液80μL加入到8.0mL水中，在功率为260W，超声频率为25kHz条件下超声1min，分散均匀，然后加入40μL 10.0mg/mL三氯化铁水溶液，涡旋30s，随后用0.1mol/L NaOH水溶液调节体系pH为8.0，即得新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)分散液；将所得新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)分散液在速率为2000rpm条件下离心3min，即得新型酸响应离子液体微胶囊(IL@MPN)。
本实施例中制得的离子液体微胶囊(IL@MPN)的光学显微镜图像如图6所示，从图6中可以看出，制备得到的IL@MPN胶囊粒径为5.0～10.0μm。
试验例1：IL@MPN微胶囊的酸响应解离性质
分别取100μL实施例1中制备的IL@MPN微胶囊分散液加入到pH 2.0的PBS(0.1mol/L)缓冲液、pH 6.0的PBS(0.1mol/L)缓冲液、含有5mmol/L EDTA的PBS(0.1mol/L，pH7.4)缓冲液中。在光学显微镜下，每隔一定时间观察IL@MPN微胶囊的形态变化，如图7所示，从图7中可以看出，加入EDTA后，由于EDTA和Fe3+的配位作用，使MPN发生解离，胶囊在6min内解离完全；在pH 6.0条件下，MPN发生缓慢解离，6h时剩余少量胶囊，在12h内胶囊完全解离；在pH2.0条件下，MPN迅速解离，在12min内胶囊完全解离。
试验例2：IL@MPN微胶囊负载SudanⅢ的酸响应释放
将2.0mg SudanⅢ和1.0mg槲皮素加入到2.0mL 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体中，搅拌使其充分溶解，得到多酚/药物-离子液体溶液；取上述多酚/药物-离子液体溶液20μL加入到8.0mL水中，在功率为260W，超声频率为25kHz条件下超声1min，分散均匀，然后加入10μL 10.0mg/mL三氯化铁水溶液，涡旋30s，随后用0.1mol/L NaOH水溶液调节体系pH为8.0，得到负载SudanⅢ的离子液体微胶囊(IL@MPN)分散液，该条件下制备的IL@MPN分散液中SudanⅢ的负载量为2.5μg/mL。
取上述1.0mL负载SudanⅢ的离子液体微胶囊分散液，用0.1mol/L盐酸水溶液调节pH至6.0，将上述溶液迅速加入到石英比色皿中，每隔一定时间，测定体系230～700nm的紫外吸收光谱。体系在不同时间的紫外吸收光谱如图8所示，从图8可以看出，在pH 6.0条件下，体系中Fe3+和槲皮素的峰(～445nm)逐渐降低，体系中游离的SudanⅢ和游离的槲皮素(Que)的峰逐渐增加，这表明在pH 6.0条件下，MPN胶囊逐渐解离，SudanⅢ被释放出来。在12h时SudanⅢ的峰不再增加，表明胶囊中的药物释放完成。
将上述负载SudanⅢ的IL@MPN胶囊分散液，在速率为2000rpm条件下离心3min，弃上清，将沉淀IL@MPN微胶囊加入到100μL pH分别为2.0，6.0和7.4的0.1mol PBS缓冲液中，37℃下孵育，分别测量不同时间下溶液中药物的含量，不同时间点为0min、5min、10min、30min、1h、3h、6h、12h、24h；所述SudanⅢ含量的测定方法为将取样的液体进行离心，使用紫外可见光分光光度计测量一定波长下的吸光度，进而计算药物含量。其结果如图9所示，从图9中可以看出，IL@MPN微胶囊在pH 7.4条件下，颗粒维持稳定状态，MPN层不发生解离，IL及其内溶解的SudanⅢ不会释放；而在pH为6的条件下，MPN层缓慢解离，IL及其内溶解的SudanⅢ缓慢释放；在pH为2的条件下，MPN层迅速解离，IL及其内溶解的SudanⅢ迅速释放。
试验例3：IL@MPN微胶囊负载花菁染料(Cy7.5)在胃部的酸响应释放
将1.0mg Cy7.5和2.5mg槲皮素加入到5.0mL 1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐离子液体中，搅拌使其充分溶解，得到多酚/药物-离子液体溶液；取20μL上述多酚/药物-离子液体溶液加入到4.0mL水中，在功率为260W，超声频率为25kHz条件下超声1min，分散均匀，然后加入10μL 10.0mg/mL三氯化铁水溶液，涡旋30s，随后用0.1mol/L NaOH水溶液调节体系pH为8.0，得到负载Cy7.5的离子液体微胶囊(IL@MPN)的分散液。
取50μL上述分散液灌注入小鼠口腔中，5min后在活体动物成像仪下观察Cy7.5在口腔、食道和胃部的分布。以50μL 0.1mg/mL的Cy7.5的离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐)溶液作为对照。其结果如图10所示，图10为Cy7.5在小鼠口腔、食道、胃部的活体成像分布图，从图中可以看出胶囊包覆的Cy7.5只成像在胃部(图10A)，而离子液体溶解的Cy7.5在口腔、食道和胃部均有分布(图10B)，这表明胶囊包覆Cy7.5后，在正常生理环境下不释放Cy7.5，在胃部酸性条件下释放Cy7.5。

Claims (10)

1.一种新型酸响应离子液体微胶囊，其特征在于，所述离子液体微胶囊包括内核和壳层，所述的内核为离子液体，壳层为金属-多酚网络涂层。
2.根据权利要求1所述的新型酸响应离子液体微胶囊，其特征在于，所述金属-多酚网络涂层中的金属离子为Ti4+、Al3+、Fe3+、Cu2+、Zn2+或Ni2+，优选为Fe3+；所述金属-多酚网络涂层中的多酚为槲皮素、单宁酸、多巴胺、儿茶酚、没食子酸或表没食子儿茶素没食子酸酯，优选为槲皮素。
3.根据权利要求1所述的新型酸响应离子液体微胶囊，其特征在于，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、利多卡因布洛芬盐或脂肪酸乙酯亚油酸盐，优选为1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐。
4.权利要求1-3任一项所述新型酸响应离子液体微胶囊的制备方法，包括步骤如下：
将多酚加入到离子液体中，搅拌使其溶解，得到多酚-离子液体；将多酚-离子液体加入水中，超声分散均匀；然后加入金属离子溶液，涡旋使体系混合均匀，随后调节体系pH，得到新型酸响应离子液体微胶囊分散液，经离心，得到新型酸响应离子液体微胶囊。
5.根据权利要求4所述新型酸响应离子液体微胶囊的制备方法，其特征在于，所述多酚的质量与离子液体的体积比为0.1～1.0mg:1mL；所述多酚-离子液体和水的体积比为1:20～10000，优选为1:50～400，进一步优选为1:50～100；
优选的，所述超声分散的时间为0.5～2min，超声功率为260W，超声频率为25kHz。
6.根据权利要求4所述新型酸响应离子液体微胶囊的制备方法，其特征在于，所述金属离子溶液是将相应金属离子的金属盐加入水中制备得到，所述金属离子溶液中金属盐的浓度为0.1～20mg/mL；所述的金属盐为水溶性金属盐；优选的，所述的金属盐为相应金属离子的氯化物、硝酸盐或硫酸盐；所述金属离子溶液中的金属盐与多酚-离子液体中多酚的质量比为1～20:1；
优选的，使用碱溶液调节体系pH为8.0；所述碱溶液为浓度为0.1mol/L的NaOH水溶液；
所述离心速率为1000-3000rpm，离心时间为1-5min。
7.权利要求1-3任一项所述新型酸响应离子液体微胶囊的应用，用于制备酸响应药物递送系统。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述酸响应药物递送系统的制备方法，包括步骤如下：
将多酚和药物加入到离子液体中，搅拌使其溶解，得到多酚/药物-离子液体；将多酚/药物-离子液体加入水中，超声分散均匀；然后加入金属离子溶液，涡旋使体系混合均匀，随后调节体系pH，得到负载药物的新型酸响应离子液体微胶囊分散液，即为酸响应药物递送系统。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述药物为模式药物分子、药物小分子或生物活性分子；所述模式药物分子甲基橙、SudanⅢ或尼罗红；所述药物小分子为阿霉素、布洛芬或紫杉醇；所述生物活性分子为核酸、抗体或生长因子。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述药物的质量与离子液体的体积比为0.1～1.0mg/mL。
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