CN115717279A - 一种窄分布高分子囊泡的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种窄分布高分子囊泡的制备方法,属于高分子囊泡制备的技术领域。本发明方法包括如下步骤:1)将嵌段共聚物或嵌段共聚物和所需负载药物溶解在有机溶剂中,充分溶解后,得到纺丝溶液;2)将纺丝溶液通过高压静电纺丝法进行纺丝,得到直径分布在0.5‑10μm范围内的纤维;3)将步骤2)所得纤维进行淬断处理,得到长度在0.5~5mm范围内的短纤维;4)将步骤3)所得的短纤维加入水,经过再水合反应,得到高分子囊泡。本发明方法简单、成本低,重复性好,可用于窄分布高分子囊泡的规模化制备生产。
Description
技术领域
本发明属于高分子囊泡制备的技术领域,具体涉及一种窄分布高分子囊泡的制备方法。
背景技术
高分子囊泡是两亲性嵌段共聚物在水中有序自组装得到的聚集体,其特有的“亲水-疏水-亲水”的双层膜结构将体系分为亲水内腔和疏水膜并使其能够同时包载亲水、亲油的药物,同时拥有较好的载药效率,作为药物载体具有极大的优势,并且高分子囊泡的双层膜结构与生物细胞膜结构相似,这激发了生命科学家的广泛兴趣。高分子囊泡在生物医学领域的应用日益广泛,包括药物传递、基因治疗、磁共振成像、细胞模拟等。常用的高分子囊泡制备方法有薄膜再水合法、溶剂交换法、聚合诱导自组装法等,但这些方法制备的高分子囊泡往往尺寸分布较宽,可从纳米级到微米级,在生物医学上的应用也将受到限制,这也是高分子囊泡难以在临床中应用并实现工业化、规模化生产的重要因素,因此制备出粒径均一、尺寸可控的高分子囊泡是提高其生物应用的难点,也是实现产品工业化的关键。
静电纺丝技术是一种用于制备直径微米及以下级别纤维材料的连续制备技术,其具有制造装置简单、纺丝成本低、工艺可控等优点,已成为高效连续制备微纳米纤维材料的主要途径之一,同时具有批量化生产能力。静电纺丝法制备纤维具体原理是在高压电场作用下,纺丝溶液表面产生电荷,并受电场力与表面张力的共同作用,在电纺的针头处形成泰勒锥。如果持续增加电压,带电的锥形液滴克服表面张力,逐渐拉长变细,突破锥顶而射向收集装置。在射向收集装置的过程中,溶剂挥发,纤维固化并不断被电场力拉伸,形成直径在微纳米级别的细小纤维。
高分子囊泡的再水合过程涉及高分子本体溶胀、出芽两个过程。水合法通常以嵌段共聚物(可含药物)/有机溶剂的溶液在玻璃瓶或其他合适容器基底上通过溶剂挥发得到高分子(可含药物)薄膜(20-200微米);之后加入水,在机械搅拌力的作用下,高分子薄膜被水分子入侵,薄膜膨胀形成突起,并从表面分离后形成囊泡。普通的薄膜再水合容易产生宽尺寸分布的胶束、多层囊泡(MLVs)和小单层囊泡(SLVs),影响其工程化应用。据相关文献报道,囊泡再水合法是一个自组装过程,在此期间如果能控制嵌段共聚物高分子原料的供给量,将可以有效地调控囊泡的直径。李卫昌等专利中(一种高分子囊泡及其复合方法,专利号ZL201510824570.7)报道通过几十微米的微球模板可以调控制备一定尺寸分布范围的聚合物囊泡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种窄分布高分子囊泡的制备方法。
为了实现上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
一种窄分布高分子囊泡的制备方法,包括如下步骤:
1)将嵌段共聚物或嵌段共聚物和所需负载药物溶解在有机溶剂中,充分溶解后得到纺丝溶液;
2)将纺丝溶液通过高压静电纺丝法进行纺丝,得到直径分布在0.5~10μm范围内的纤维;
3)将步骤2)所得纤维进行淬断处理,得到长度在0.5~5mm范围内的短纤维;
4)将步骤3)所得的短纤维加入水,经过再水合反应,得到窄分布高分子囊泡。
进一步地,步骤1)中所述的嵌段共聚物为二嵌段共聚物或多嵌段共聚物;更进一步地,所述的嵌段共聚物选自聚乙二醇-聚乳酸(mPEG-PLA)、聚乙二醇-聚己内酯(mPEG-PCL)或聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸(PLA-mPEG-PLA)中的一种或多种组合;更进一步地,所述的聚乙二醇(PEG)的重均分子量为2000~5000,所述的聚乳酸(PLA)的重均分子量为5000~12000,所述的聚己内酯(PCL)的重均分子量为5000~7500。
进一步地,步骤1)中所述的有机溶剂选自四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、醋酸甲酯、乙醇、甲基异丁酮、六氟异丙醇或丙酮中的一种或多种组合。
进一步地,步骤1)中所述的负载药物选自阿霉素、紫杉醇、顺铂、多西他赛、铂纳米粒子、二氧化锰纳米粒子、金纳米粒子中的一种或多种组合。
进一步地,步骤1)中所述的嵌段共聚物与负载药物质量比为100:1~50。
进一步地,步骤1)中所述的纺丝溶液的浓度为20~80%wt;更进一步地,所述的纺丝溶液的浓度为40~60%wt。
进一步地,步骤2)中所述的高压静电纺丝法的参数为:高压静电电压为5~30kV,喷射头与接收板的距离为5~50cm,溶液从喷射头的流出速度为0.1~15mL/h,周围环境温度为15~50℃,空气相对湿度为30~90%;更进一步地,所述的参数为:高压静电电压为20~25kV,喷射头与接收板的距离为15~25cm,溶液从喷射头的流出速度为8~10mL/h,周围环境温度为25~30℃,空气相对湿度为45~50%。
进一步地,步骤2)中所述的高压静电纺丝法采用的接收纤维设备为笼式接收器。
进一步地,步骤3)所述的淬断处理是指将纤维放入液氮中冷却硬化,然后用切割至所需长度。
进一步地,步骤3)所述的短纤维长度为1~5mm。
进一步地,步骤4)中所述的短纤维和水的质量体积比为10mg:0.1~10mL;更进一步地,所述的短纤维和水的质量体积比为10mg:1mL。
进一步地,步骤4)中所述的再水合反应的条件为:短纤维加入水中后进行超声或搅拌或加热搅拌;其中,所述的超声的时间为5~30min,超声的功率为40~100W,超声的频率为20~500kHz;所述的搅拌的时间为4~24h,搅拌的转速为100~800r/min;所述的加热搅拌的时间为4~24h,转速为100~800r/min,温度为40~50℃。
更进一步地,步骤4)中的再水合反应的条件为:纤维加入水中后进行加热搅拌,温度45℃,时间6h。
一种窄分布高分子囊泡,通过上述制备方法得到。
进一步地,所述的窄分布高分子囊泡平均粒径为50~300nm,粒径分布为0.07~0.1。
上述窄分布高分子囊泡的制备方法在制备药物载体中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
(1)本发明通过使用静电纺丝技术制备直径微米级及以下的超细纤维,再经淬断制备毫米长度(甚至更小)的短纤维,之后使用此短纤维模板,结合再水合法制备高分子囊泡。由于本发明创新的采用微米级以下直径的短纤维,相比于数十微米尺寸的薄膜,具有更大的比表面积,利于再水合的发生,相当于精准地控制原料,从而得到窄分布的高分子囊泡,其PDI相较于高分子囊泡常规制备方法(薄膜再水合法)均有不同程度的降低;
(2)本发明方法简单可控,制备的高分子囊泡粒径均一,具有一定的工业化潜力,产量可达360克/天;在纺丝溶液中加入所需负载药物可制备载药高分子囊泡用于生物研究,且负载前后囊泡形貌不变,负载率为80~95%,相比于薄膜再水合法制备高分子囊泡,本发负载效率提高了3~5倍;
(3)通过调节嵌段共聚物以及溶剂、纺丝参数等可调节高分子囊泡粒径及其分布,有望制备不同需求的药物载体,进一步提高其生物利用度;
(4)本发明制备简单、成本低,重复性好,可用于粒径分布要求高的高分子囊泡生产工作,同时可提高药物、纳米粒子的负载效率,有利于高分子囊泡的规模化生产。
附图说明
图1为实施例1中静电纺丝法所制备纤维的扫描电镜图(标尺为100μm);
图2为实施例1中所制备高分子囊泡的透射电镜图(标尺为100nm);
图3为实施例1中所制备高分子囊泡的粒径分布图;
图4为实施例2中静电纺丝法所制备纤维的扫描电镜图(标尺为10μm);
图5为实施例2中所制备高分子囊泡的透射电镜图(标尺为100nm);
图6为实施例4中所制备高分子囊泡的透射电镜图(标尺为20nm);
图7为实施例5中所制备高分子囊泡形成前后所含阿霉素紫外-可见吸收光谱图(标尺为20nm);
图8为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
称取500mg嵌段共聚物mPEG5000-PLA12000,加入到三氯甲烷中,配制成40wt%浓度的嵌段共聚物溶液,充分溶解后进行静电纺丝,具体纺丝参数为:高压静电电压为20kV,喷射头与接收板之间的距离为15cm,溶液从喷射头的流出速度为8mL/h,周围环境温度为25,℃空气相对湿度为45%;将收集板上的纤维放进真空干燥箱干燥2h,得到直径分布均一的纤维。将纤维进行淬断处理,即将纤维置于液氮中,将笼式接收器接收到的纤维放入液氮中冷却硬化,然后用钢质裁切机切割得到约2mm的短纤维,取10mg加入至1mL超纯水中,油浴45℃,搅拌6h,得到高分子囊泡溶液。本实施例所制备纤维的扫描电镜图如图1所示,纤维平均直径约为10μm,高分子囊泡透射电镜图如图2所示,粒径分布如图3所示,平均粒径为95nm,PDI约为0.07。
实施例2
称取500mg嵌段共聚物mPEG2000-PCL7500,加入到三氯甲烷中,配制成60wt%浓度的嵌段共聚物溶液,充分溶解后进行静电纺丝,具体纺丝参数为:高压静电电压为20kV,喷射头与接收板之间的距离为15cm,溶液从喷射头的流出速度为8mL/h,周围环境温度为25,℃空气相对湿度为45%;将收集板上的纤维放进真空干燥箱干燥2h,得到直径分布均一的纤维。将纤维进行淬断处理,即将纤维置于液氮中,将笼式接收器接收到的纤维放入液氮中冷却硬化,然后用钢质裁切机切割,得到约1mm的短纤维,取10mg加入至1mL超纯水中,油浴45℃,搅拌6h,得到高分子囊泡溶液。本实施例所制备纤维的扫描电镜图如图4所示,纤维平均直径约为2μm,高分子囊泡透射电镜图如图5所示,平均粒径为45nm,PDI约为0.07。
实施例3
称取500mg嵌段共聚物mPEG4000-PLA10000,加入到三氯甲烷中,配制成50wt%浓度的嵌段共聚物溶液,充分溶解后进行静电纺丝,具体纺丝参数为:高压静电电压为20kV,喷射头与接收板之间的距离为25cm,溶液从喷射头的流出速度为8mL/h,周围环境温度为25,℃空气相对湿度为45%;将收集板上的纤维放进真空干燥箱干燥2h,得到直径分布均一的纤维。将纤维进行淬断处理,即将纤维置于液氮中,将笼式接收器接收到的纤维放入液氮中冷却硬化,然后用钢质裁切机切割,得到约2mm的短纤维,取10mg加入至1mL超纯水中,油浴45℃,搅拌6h,得到高分子囊泡溶液。本实施例所制备的高分子囊泡粒径平均约为116nm,PDI约为0.1。
实施例4
称取500mg嵌段共聚物mPEG5000-PLA5000和1mg金纳米粒子,加入到三氯甲烷中,配制成65wt%浓度的嵌段共聚物溶液,充分溶解后进行静电纺丝,具体纺丝参数为:高压静电电压为10kV,喷射头与接收板之间的距离为20cm,溶液从喷射头的流出速度为8mL/h,周围环境温度为25,℃空气相对湿度为45%;将收集板上的纤维放进真空干燥箱干燥2h,得到直径分布均一的纤维。将纤维进行淬断处理,即将纤维置于液氮中,将笼式接收器接收到的纤维放入液氮中冷却硬化,然后用钢质裁切机切割,得到约5mm的短纤维,取10mg加入至1mL超纯水中,油浴45℃,搅拌6h,得到高分子囊泡溶液。本实施例所制备的高分子囊泡粒径平均为125nm,PDI约为0.09,透射电镜图如图6所示。
实施例5
称取500mg嵌段共聚物mPEG5000-PLA7500和50mg阿霉素,加入到三氯甲烷中,配制成55wt%浓度的嵌段共聚物溶液,充分溶解后进行静电纺丝,具体纺丝参数为:高压静电电压为20kV,喷射头与接收板之间的距离为15cm,溶液从喷射头的流出速度为8mL/h,周围环境温度为25℃,空气相对湿度为45%;将收集板上的纤维放进真空干燥箱干燥2h,得到直径分布均一的纤维。将纤维进行淬断处理,即将纤维置于液氮中,将笼式接收器接收到的纤维放入液氮中冷却硬化,然后用钢质裁切机切割,得到约1mm的短纤维,取10mg加入至1mL超纯水中,油浴45℃,搅拌6h,得到高分子囊泡溶液。本实施例所制备的高分子囊泡平均粒径为45nm,PDI约为0.1再水合前后体系中阿霉素紫外-可见吸收光谱如图7所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述的实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种窄分布高分子囊泡的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)将嵌段共聚物或嵌段共聚物和所需负载药物溶解在有机溶剂中,充分溶解后得到纺丝溶液;
2)将纺丝溶液通过高压静电纺丝法进行纺丝,得到直径分布在0.5~10μm范围内的纤维;
3)将步骤2)所得纤维进行淬断处理,得到长度在0.5~5mm范围内的短纤维;
4)将步骤3)所得的短纤维加入水,经过再水合反应,得到窄分布高分子囊泡。
2.根据权利要求1所述的窄分布高分子囊泡的制备方法,其特征在于:
步骤1)中所述的嵌段共聚物为二嵌段共聚物或多嵌段共聚物;
步骤1)中所述的有机溶剂选自四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、醋酸甲酯、乙醇、甲基异丁酮、六氟异丙醇或丙酮中的一种或多种组合;
步骤1)中所述的负载药物选自阿霉素、紫杉醇、顺铂、多西他赛、铂纳米粒子、二氧化锰纳米粒子、金纳米粒子中的一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的窄分布高分子囊泡的制备方法,其特征在于:
步骤1)中所述的嵌段共聚物与负载药物质量比为100:1~50;
步骤1)中所述的纺丝溶液的浓度为20~80%wt。
4.根据权利要求1所述的窄分布高分子囊泡的制备方法,其特征在于:
步骤1)中所述的嵌段共聚物选自聚乙二醇-聚乳酸、聚乙二醇-聚己内酯或聚乳酸-聚乙二醇-聚乳酸中的一种或多种组合;所述的聚乙二醇的重均分子量为2000~5000,所述的聚乳酸的重均分子量为5000~12000,所述的聚己内酯的重均分子量为5000~7500;
步骤1)中所述的纺丝溶液的浓度为40~60%wt。
5.根据权利要求1所述的窄分布高分子囊泡的制备方法,其特征在于:
步骤2)中所述的高压静电纺丝法的参数为:高压静电电压为5~30kV,喷射头与接收板的距离为5~50cm,溶液从喷射头的流出速度为0.1~15mL/h,周围环境温度为15~50℃,空气相对湿度为30~90%;
步骤3)所述的短纤维长度为1~5mm。
6.根据权利要求1所述的窄分布高分子囊泡的制备方法,其特征在于:
步骤2)中所述的高压静电纺丝法的参数为:高压静电电压为20~25kV,喷射头与接收板的距离为15~25cm,溶液从喷射头的流出速度为8~10mL/h,周围环境温度为25~30℃,空气相对湿度为45~50%;
步骤2)中所述的高压静电纺丝法采用的接收纤维设备为笼式接收器;
步骤3)所述的淬断处理是指将接收到的纤维放入液氮中冷却硬化,然后切割至所需长度。
7.根据权利要求1所述的窄分布高分子囊泡的制备方法,其特征在于:
步骤4)中所述的短纤维和水的质量体积比为10mg:0.1~10mL;
步骤4)中所述的再水合反应的条件为:短纤维加入水中后进行超声或搅拌或加热搅拌;其中,所述的超声的时间为5~30min,超声的功率为40~100W,超声的频率为20~500kHz;所述的搅拌的时间为4~24h,搅拌的转速为100~800r/min;所述的加热搅拌的时间为4~24h,转速为100~800r/min,温度为40~50℃。
8.根据权利要求1所述的窄分布高分子囊泡的制备方法,其特征在于:
步骤4)中所述的短纤维和水的质量体积比为10mg:1mL;
步骤4)中所述的再水合反应的条件为:纤维加入水中后进行加热搅拌,温度45℃,时间6h。
9.一种窄分布高分子囊泡,其特征在于:通过权利要求1~8任一项中所述的窄分布高分子囊泡的制备方法得到;所述的窄分布高分子囊泡平均粒径为50~300nm,粒径分布为0.07~0.1。
10.权利要求1~8任一项中所述的窄分布高分子囊泡的制备方法在制备药物载体中的应用。
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