CN1243079C - 官能化立方液晶相物质及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及官能化立方凝胶前体、官能化立方液晶凝胶、官能化立方凝胶颗粒的分散体、官能化立方凝胶颗粒，及其制备和使用方法。利用水溶助长剂来制备前体、凝胶、分散体和颗粒，该水溶助长剂不会对前体、凝胶、分散体和颗粒的立方液晶结构产生不良影响。前体、凝胶、分散体和颗粒可用于将活性组分输送至基质。

Description

官能化立方液晶相物质及其制备和使用方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2001年2月21日提交的美国临时申请60/270,306的优先权。
发明领域
本发明涉及官能化立方液晶相及其制备和使用方法。更具体地讲，本发明涉及具有特制的用于专门用途性质的官能化立方液晶相物质。
发明背景
对双连续立方相液晶感兴趣的主要原因在于它们的独特结构。它们是由排列为双分子层的类脂和水的混合物组成的。该双分子层继而盘绕成循环重复的三维结构，该结构能最小化弯曲该双分子层的能量(即，最小化弯曲能)。参见Hyde，S.，Andersson，S.，Larrson，K.，Blum，Z.，Landh，T.，Lidin，S.，Ninham，B.W.，The Language of Shape，Elsevier Press，New York，1997。这些结构为具有水和类脂的双连续区域的“蜂窝结构”，类似有机沸石或高度结构化的微乳。因此，这样的结构能同时容纳水溶性的、脂溶性的和两亲的分子，并给水溶性和脂溶性的物质提供扩散通道。尽管已提出了大量立方相，但普遍认可的双连续液晶结构只有三种：Pn3m(D-表面)、Ia3d(G-表面)和Im3m(P-表面)。参见Luzzati，V.，Vargas，R.，Mariani，P.，Gulik，A.，Delacroix，H.，J.Mol。Biol.，1993，229，540-551。这些结构难以用严格的数学关系表达。但是，如果用波节表面的术语表达，可近似得到其结构和形状。参见von Schnering，H.G.，Nesper，R.Z.，Phys.B-Condensed Matter，1991，83，407-412。许多单酸甘油酯的相特性已被记载，且关于相特性的改变也已被定义。参见Qiu，H.，Caffrey，M.，“The phase diagramof the monoolein/water system：metastability and equilibrium aspects”，Biomaterials，1999，21(3)，223-234。因此，甘油一油酸酯基的双连续立方液晶相具有良好的温度稳定性、高内表面面积、类似凝胶的粘度、对于盐和溶剂组合物的相对不敏感性，并使用廉价的原料，使其适于商业用途。甘油一油酸酯天然地具有Pn3m和Ia3d结构，加入蛋白质则表现为Im3m结构。参见Rummel，G.，Hardmeyer，A.，Widmer，C.，Chiu，M.L.，Nollert，P.，Locher，K.P.，Pedruzzi，I.，Landau，E.M.，Rosenbusch，J.P.，J.Structural Biology，1998，121，82-91。
立方相液晶已以凝胶、分散体和前体的形式被使用。“凝胶”表示包含大部分立方相液晶的混合物。常见的是各混合物仅包含立方液晶相。这些凝胶的应用领域范围可从药物输送载体(参见Shah，J. C.，Sadhale，Y.，Chilukuri，D.M.，AdvDrug Delivery Rev.，2001，47(2-3)，229-250)到膜蛋白质可结晶化的基质(参见Landau，E.，Rosenbusch，J.，Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.，1996，93(25)，14532-14535)，或其中可形成中孔性的纳米颗粒的基质(参见Cruise，N.，Jansson，K.，Holmberg，K.，J. Colloid Interface Sci.，2001，241(2)，527-529)。
Nielsen在WO 98/47487中公开了生物粘合的液晶凝胶的组合物，该组合物包括立方相液晶和前体。组合物包括活性组分、可形成立方相的类脂和加入后不改变液晶结构的结构剂。这些组合物没有公开使用水溶助长剂来形成液晶。
Engstrom等在美国专利5,753,259中公开了使用液晶凝胶，包括立方相液晶的组合物和方法，用于控制释放领域。所公开的凝胶由类脂、溶剂和包括核酸的生物活性材料制成。但是，这些凝胶组合物没有使用水溶助长剂。
“分散体”表示通常为亚微级的立方液晶相物质的颗粒。这些颗粒主要分散在液体介质中，通常称为立方体。空化类脂和液体的混合物通常可制得立方相液晶的分散体。在均匀的纳米颗粒分散体产生以前，这需要高压和许多通道(参见Ljusberg-Wahren，H.，Nyberg，L.，Larsson，K.，Chimica Oggi，1996，14，40-43)。相对于囊泡和脂质体，立方体具有独特的实际优点，因为它们是平衡相(参见Laughlin，R. G. Colloids and Surfaces A，1997，128，27-38)。立方体也比囊泡和脂质体具有大得多的内表面面积，且更能耐降解。
Anderson在WO 99/12640上和Landh等人在美国专利5,531,925中公开了用于输送和吸收活性剂的立方相组合物及其制备。颗粒包括含有液晶或液体物质的中心和固体颗粒的外部。液体组合物包括类脂和极性溶剂，不使用水溶助长剂。
“前体”表示不是立方相液晶但在刺激因素作用下能形成立方相液晶的混合物。前体可用于以易流动的形式来分散混合物，但在刺激因素的作用下在目标位置可自发转化为更粘稠的液晶。这可用于治疗牙周病(参见Norling，Tomas，Lading，Pia，Engstroem，Sven，Larsson，Kare，Krog，Niels，Nissen，Soeren Soe，J.Clin. Periodontol，1992，19(9，Pt.2)，687-92。
Larson等人在美国专利5,196,201中公开了前体的制备及其组成，该前体用作植入物来治疗疾病，例如修复骨组织。这些前体包含水基的液体、类脂和可任选的甘油三酯，混合后形成更易于流动的更浓缩的L2或D相，并在加入水后转化为立方相。Leng等人在美国专利5,593,663中公开了止汗剂的组合物和制备，该止汗剂在应用后可吸收汗液形成粘稠的液晶相，包括立方相。但是，这些物质中不包含官能化物质。
立方液晶相物质由于它们天然的或未改性的性质在使用中受到局限。例如，立方相的天然性质限制了其溶解活性组分的能力。实际上，很多活性组分没有有效负载(或随后释放)，因为立方相缺少与负载的活性组分的特定相互作用。如果活性组分被改性以在立方相中有效负载，那么它可能会失去其活性。另外，没有便于商业化的方法来提供立方相活性组分的特定目标或增强的沉积。最后，没有适用于“按要求”应用的立方相。“按要求”表示在某些刺激因素，例如pH值改变的情况下，立方相性质也发生改变。由此，需要一种技术来改性立方相并显著增加立方相的可利用性。
发明概述
立方液晶相前体包括(A)水溶助长剂、(B)能形成立方液晶相的两亲物、(C)任选的溶剂和(D)选自锚定剂、固定剂，及其组合的添加剂，其中组分(A)、(B)、(C)和(D)以相对质量分数存在，使得1.0＝a+b+c+d，其中a是组分(A)的质量分数，b是组分(B)的质量分数，c是组分(C)的质量分数，d是组分(D)的质量分数，且其中1.0＞a＞0，1.0＞b＞0，1.0＞c≥0，1.0＞d＞0；附加条件为a、b、c和d不在表示组分(A)、(B)、(C)和(D)的相特性的相图上的立方液晶相区域。
块状立方液晶凝胶包括(A)水溶助长剂、(B)能形成立方液晶相的两亲物、(C)溶剂和(D)选自锚定剂、固定剂，及其组合的添加剂，其中组分(A)、(B)、(C)和(D)以彼此相对的质量分数存在，使得1.0＝a+b+c+d，其中a是组分(A)的质量分数，b是组分(B)的质量分数，c是组分(C)的质量分数，d是组分(D)的质量分数，且其中1.0＞a＞0，1.0＞b＞0，1.0＞c＞0，1.0＞d＞0；附加条件为a、b、c和d位于表示组分(A)、(B)、(C)和(D)的相特性的相图上的立方液晶相区域。
立方液晶凝胶颗粒的分散体包括(A)水溶助长剂、(B)能形成立方液晶相的两亲物、(C)溶剂和(D)选自锚定剂、固定剂，及其组合的活性组分，其中组分(A)、(B)、(C)和(D)以彼此相对的质量分数存在，使得1.0＝a+b+c+d，其中a是组分(A)的质量分数，b是组分(B)的质量分数，c是组分(C)的质量分数，d是组分(D)的质量分数，且其中1.0＞a＞0，1.0＞b＞0，1.0＞c＞0，1.0＞d＞0；附加条件为a、b、c和d位于表示组分(A)、(B)、(C)和(D)的相特性的相图上的结合有至少一个其它相的代表立方液晶相的区域，另有附加条件为分散体具有分散在其它相中的官能化立方液晶凝胶颗粒的形式。
附图概述
图1为代表组合物特性的相图，该组合物包含水溶助长剂、两亲物和添加剂的结合物，以及溶剂.
图2代表在官能化立方相双分子层中的酮洛芬分子。
发明详述
本发明涉及前体、块状立方液晶凝胶、立方液晶凝胶颗粒的分散体、立方液晶凝胶颗粒，及其组合。除非另有说明，本发明中所使用的所有百分数、比率和比例都是基于重量计。除非另有说明，所有的测量都是在25℃温度下进行。所引用的所有美国专利和印刷出版物都引入本发明以供参考。
术语的定义和使用
“两亲物”是指同时含有亲水基团和疏水基团的分子(例如，表面活性剂、类脂和聚合物)。
“锚定剂”是指小分子，包括具有脂溶性“尾”和水溶性“头”的表面活性剂。不受理论的约束，据信脂溶性尾的作用就是溶解进入立方相双分子层，水溶性头的作用可能是提供与相关物质的特定(或特制)的相互作用，例如静电力或氢键。
“块状立方凝胶”是指粘性的、结构上为各向同性的凝胶(透明、半透明或不透明)，具有正构的或反式的立方液晶结构，其组合物与表示该组合物的组分的相特性的相图上的立方液晶相区域相对应。块状立方凝胶在本发明中也称为块状立方液晶凝胶。
“胶态稳定”是指当立方凝胶颗粒分散在溶剂中时，颗粒经一段适当的时间后不会聚结、絮凝或附聚。
“立方凝胶颗粒”是指块状立方凝胶的分散形式，从技术上看，它们是与溶剂、各向同性液相、层状相或其中任意两个的组合平衡的立方液晶凝胶。立方凝胶颗粒在本发明中也称为立方液晶凝胶颗粒。
“立方液晶相物质”是指一种组合物，该组合物位于表示该组合物的组分的相特性的相图上的立方液晶相区域内，或者位于在相图上与另一个相处于平衡的立方液晶相区域内。立方液晶相物质包括块状立方凝胶、立方凝胶颗粒和立方凝胶颗粒的分散体。
“立方复合体”是指根据本发明的官能化立方液晶相物质。
“凝胶”是指具有流变性的半固体系统。凝胶包括立方液晶物质，例如块状立方凝胶和立方凝胶颗粒的分散体。
“水溶助长剂”是指表面活性剂类的分子(包括至少一个亲水基团和至少一个疏水基团)，其中该分子含有太短或太易于溶解的疏水基团或过于难溶或太大的亲水基团，从而不能显示表面活性剂的相特性。水溶助长剂极易溶解于水中，且不会在溶液中形成聚集体(例如，胶束)。水溶助长剂可溶解两亲物。在用溶剂稀释由水溶助长剂和两亲物组成的混合物后，水溶助长剂不会抑制立方液晶相的形成。水溶助长剂增强了弱极性的和其它不溶于水的分子(例如甘油一油酸酯)与水溶液的可混性，这个效果通常称为“盐溶”。水溶助长剂典型地以足够的浓度(即，1％或更大)存在以显示上述水溶助长特性。
“L1”表示稀释的液相。
“L2”表示浓缩的液相。
“类脂”表示任何中等分子量的两亲分子，其含有一个作为基本部分的脂族或芳族烃。
“糊剂”表示用于局部应用的液体，优选应用于动物(优选人)的皮肤，由于存在不溶解的和溶解的固体，该液体粘度被增大到大大抑制流动的程度。
“前体”表示在刺激因素的作用下可形成立方液晶相物质的制剂。刺激因素可以是以下几项：加入一些特定的物质，例如附加的水溶助长剂、两亲物或溶剂；除去一些特定的物质，例如一部分水溶助长剂、两亲物或溶剂；温度改变；压力改变；加入盐；或者是含水体系的pH改变。
“稳定剂”表示防止分散相颗粒聚集、聚结和絮凝的试剂。稳定剂使分散的立方凝胶颗粒具有胶态稳定性。稳定剂包括在其表面可吸收离子物质、聚合物、带电荷的类脂、表面活性剂和吸附到其表面的液晶相的小颗粒。
“表面活性剂”表示在水中具有如下性质的两亲物：(1)减少界面张力，和(2)在低浓度时可在溶液中自发集聚。
“固定剂”表示比锚定剂大的分子，包括具有脂溶性片段和水溶性片段的改性聚合物、蛋白质和酶。不受理论的约束，据信脂溶性片段的作用就是溶解进入立方相的双分子层，水溶性片段的作用可能是提供与相关物质的特定(或特制)的相互作用，例如静电力或氢键。固定剂。
“热力学稳定”表示系统处于它的最低能量状态，或系统在一段适当的时间内动力学地陷于相同的状态。
前体
前体通常可包括水溶助长剂、能形成立方液晶相的两亲物、任选的溶剂和选自锚定剂、固定剂和/或它们的组合的添加剂。前体可任选地包括活性组分。
水溶助长剂
水溶助长剂可以是单一的水溶助长剂或两种或更多种水溶助长剂的混合物，能够溶解两亲物，并可形成分散在各向同性液相内的立方凝胶颗粒。优选地，在利用溶剂充分稀释由水溶助长剂和两亲物组成的混合物后，水溶助长剂不会抑制立方液晶相的形成。水溶助长剂可在处理过程中用作操作助剂来溶解两亲物并去除固体，以制备本发明的前体、凝胶、分散体和其它颗粒。水溶助长剂也可以抑制添加剂结晶，并增加可加入到前体、凝胶、分散体和/或颗粒的添加剂的量。不受理论的约束，据信水溶助长剂应具有足够的水溶助长性质，以在其含量达到约10％时可形成立方液晶相。
示例的但非限制性的水溶助长剂包括醇、多元醇、醇乙氧基化物、衍生自单糖和多糖的表面活性剂、环氧乙烷和氧化丙烯的共聚物、脂肪酸乙氧基化物、脱水山梨糖醇衍生物、丁酸钠、烟酰胺、盐酸普鲁卡因、乙二醇、丙二醇、甘油和聚甘油基酯，它们的乙氧基化衍生物，及其组合。示例的水溶助长剂包括甲醇、乙醇、1，4-丁二醇、1，2-己二醇、丁酸钠、烟酰胺和盐酸普鲁卡因。
通过制备包括所述的水溶助长剂、两亲物和溶剂的组合物来确定适合的水溶助长剂。只要组合物形成立方相或结合有其它相的立方相，该水溶助长剂就是适合的。优选的水溶助长剂组合物形成立方相或结合有各向同性液体的立方相。
偏振光显微镜法(PLM)可用于测定组合物是否形成了立方相。可利用偏振光显微镜或构造的光盒来实施PLM，这记载于Laughlin，R.G。，J.ColloidInterface Sci，55，239-242(1976)。L1、L2、L3和立方相没有双折射性，看上去为黑色。立方相具有很强的粘性，而其它相(即L1、L2和L3)的粘性比较小，就像水一样。因此，据信缺少双折射性和块状的类似固体的流变性质表示立方相的存在。
两亲物
两亲物可以是单一的两亲物或两个或多个两亲物的组合物(例如，混合物)，该物质能够形成立方液晶相。优选地，两亲物为在水溶助长剂、溶剂和添加剂存在的情况下能形成立方液晶相的表面活性剂。适合的亲水基团及其选择方法公开于Laughlin，R.G.，The Aqueous Phase Behavior of Surfactants，Academic Press，New York，1994，pg.255，和国际专利公布WO 99/12640中。适合的两亲物的非限制性实施例摘录在下面的表1-5中。
表1-阴离子亲水基团
  官能团   通式
  烷基羧酸盐   R’CO2 -M+
  烷基磺酸盐   R’SO3 -，M+
  烷基硫酸盐   R’OSO3 -，M+
  N-烷基氨基磺酸盐   R’NHSO3 -，M+
  烷基亚磺酸盐   R’SO2 -，M+
  S-烷基硫代硫酸盐   R’SSO3 -，M+
  膦酸盐   R’PO3 ＝，2M+
  磷酸单酯盐   R’OPO4 ＝，2M+
  亚膦酸盐   R’(R’)PO2 -，M+
  硝基酰胺盐   R’N-NO2，M+
  三磺酰基甲基化盐   R’SO2(CH3SO2)2C-，M+
  黄原酸盐   R’SCS2 -，M+
  磷酸二酯
表2-阳离子亲水基团
  官能团   通式
  季铵盐   R’N+(CH3)3，X-
  伯、仲和叔铵盐   R’N+Hm(CH3)3-m，X-
  N-烷基吡啶盐   R’NC5H5+，X-
  季鏻鎓盐   R’P+(CH3)3，X-
  叔锍盐   R’S+(CH3)2，X-
  三元氧化锍盐   R’S+(→O)(CH3)2，X-
  双(正膦基芳基)铵盐   [R’(CH3)3P→N←P(CH3)3R’]+，X-
表3-两性离子亲水基团
  官能团   通式
  氨基醋酸盐   R’(CH3)2N+CH2CO2 -
  氨基己酸盐   R’(CH3)2N+(CH2)5CO2 -
  氨基链烷磺酸酯   R’(CH3)2N+(CH2)3SO3 -
  氨基烷基硫酸盐   R’(CH3)2N+(CH2)NOSO3 -
  三甲基氨基乙基烷基膦酸盐   R’PO2 -OCH2CH2N+(CH3)3
  三甲基氨基乙基磷酸酰基甘油基酯   R’CO2CH2CH(OH)CH2OPO2 -O(CH2)2N+(CH3)3
表4-偶极亲水基团
  官能团   通式
  脂族胺氧化物   R’(CH3)2N→O
  氧化膦   R’(CH3)2P→O
  膦酸酯   R’(CH3O)2P→O
  磷酸酯   R’O(CH3O)2P→O
  氧化胂   R’(CH3)2As→O
  亚砜   R’(CH3)S→O
  砜亚胺   R’(CH3)S(→O)→NH
  砜二亚胺   R’(CH3)S(→NH)2
  氨基酰胺   R’C(O)N-N+(CH3)3
  酰胺   R’C(O)N(CH3)2
表5-单键亲水基团
  官能团   通式
  伯胺   R’NH2
在表1至5中，R’表示烃基，优选为烷基。M表示金属原子。下标m为1、2或3。X表示卤素原子。
示例的但非限制性的亲脂基团包括一价烃基、取代的一价烃基、表面活性剂和硅氧烷。适合的一价烃基具有6至22个碳原子、优选8至22个碳原子、更优选10至18个碳原子。取代的一价烃基包括卤代一价烃基，典型地具有6至22个碳原子。一价烃基和取代的一价烃基可以是饱和的或不饱和的，支链的或无支链的。优选的支链烃基典型地具有8至22个碳原子。优选的直链烃基具有8至18个碳原子。
优选地，两亲物包括具有HLB值为约2.1至约4.6的表面活性剂。参见Porter，M.R.，Handbook of Surfactants，第二版，Blackie Academic &Professional，pp.188-236。适合的单酸甘油酯应具有足够的纯度以形成结合有溶剂和水溶助长剂的立方液晶相。单酸甘油酯典型地具有大于约40％至100％的纯度，优选约82.5％至100％的纯度，但是，小于约40％的纯度也是适合的。
一类优选的表面活性剂包括具有下式的单酸甘油酯：
Figure C0280519500121
R选自具有6至22个碳原子、优选8至22个碳原子、更优选10至18个碳原子的一价烃基和具有6至22个碳原子的一价卤代烃基。一价烃基可以是饱和的或不饱和的，支链的或无支链的。优选的支链烃基典型地具有8至22个碳原子。优选的直链烃基具有8至18个碳原子。优选的单酸甘油酯的熔点为大于或等于40℃。国际专利公布WO 99/12640公开了能形成立方液晶相的适合的两亲物。
示例的两亲物公开于美国专利5,756,108，它们包括3，7，11，15-四甲基-1，2，3-十六烷三醇、植烷三醇、N-甲基葡糖胺的N-2-烷氧羰基衍生物、和不饱和的脂肪酸单酸甘油酯、单酸甘油酯表面活性剂，例如甘油一油酸酯(HLB为3.8)、甘油单硬脂酰酯(HLB为3.4)；乙氧基化醇表面活性剂，例如C12EO2、C12EO23和C16EO3，其中EO表示环氧乙烷基团(参见Lynch等人，“Aqueous PhaseBehavior and Cubic Phase-Containing Emulsions in the C12E2-WaterSystem，”Langmuir，Vol. 11 16，No.7，pp. 3537-3542(2000))；一亚油精、及其组合。
其它适合的两亲物可包括两性表面活性剂，例如甜菜碱、甘氨酸盐、氨基丙酸盐，及其组合。附加的适合两亲物包括来自生物的类脂，例如脂肪酸、酰基甘油、甘油磷脂、磷脂酸(及其盐)、磷酸酰乙醇胺、磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、磷酸酰乙醇胺、鞘脂(神经酰胺)、鞘髓磷脂、脑苷脂类、葡糖脑苷脂、神经节苷脂、类固醇、胆甾醇酯(硬脂酸酯等)、糖基表面活性剂、糖脂、半乳糖脂，及其组合。
溶剂
溶剂可以是单独的一种溶剂或两种或多种极性或非极性溶剂的组合，并可包含其它组分，例如缓冲剂和/或稳定剂。示例的但非限制性的极性溶剂包括水、甘油、聚二醇，例如聚乙二醇；甲酰胺类，例如甲酰胺、正甲基甲酰胺和二甲基甲酰胺；乙基硝酸铵；及其组合。示例的但非限制性的非极性溶剂包括脂族烃，例如烷烃；和脂肪族酯，例如羊毛脂；和取代的烃，例如卤代烃。
添加剂
通常，添加剂为锚定剂、固定剂和/或它们的组合，具有低克拉夫特温度，优选地低于约25℃以防止结晶。最优选地，锚定剂选自带正电荷的表面活性剂和带负电荷的表面活性剂。适合的表面活性剂的实施例记载于McCutcheon，Emulsifiers & Detergents，North American Edition，vol.1(1994)。优选的带正电荷的表面活性剂包括盐酸二辛基癸基胺。优选的带负电荷的表面活性剂包括油酸钾。固定剂优选地选自衍生多糖和直链取代聚合物。但是，锚定剂和/或固定剂的准确选择取决于多种因素，包括含有所述锚定剂和/或固定剂的前体、凝胶、分散体或颗粒的使用目的；和将要加入的任意活性组分。
至少有两种类型的固定剂。一种类型可被认为是大的表面活性剂，例如，
Figure C0280519500131
其中分子的一端为脂溶性的片段或链，在另一端为用于特定官能用途的附加的水溶性片段。大的聚合物间隔体或主链可分离这些基团。
另一类固定剂引入了脂溶性的片段(例如，脂族链)，该片段可以利用具有多个位点用于相互作用的水溶性聚合片段来连接双分子层，例如多齿配体，例如：
Figure C0280519500132
该图像显示了示例性的带电荷的肽片段，该片段可与双分子层相连(Lys＝赖氨酸)。可比较的情况为赖氨酸被聚乙烯醇(PVA)取代的聚合物，如下图所示。也可以用聚乙烯醇(PVA)来取代赖氨酸，例如：
Figure C0280519500133
当n为从约1至约50的整数。
优选的固定剂为直链、支链、嵌段共聚物、无规共聚物或接枝共聚物。示例的单体(用于单体或共聚物应用)、锚定剂和固定剂列于表6。或者，在表3和4中包含水溶助长基团的上述表面活性剂可用作固定剂或活性组分，只要它们不被用作两亲物。
优选地，添加剂的疏水链长度与立方相的疏水区域相匹配，以提供在立方相的双分子层中的有效溶解度。另外，添加剂可具有在溶剂中的最小溶解度，以确保添加剂与立方相相连，而不是被分配到溶剂中。对于锚定剂，优选双链的而不是单链的表面活性剂和类脂。对于固定剂，与相应的锚定剂相比，由于固定剂具有可能的多分子连接位点，所以它需要较高的溶剂溶解性。当需要pH值、溶剂或离子强度触发的制剂时，使用带电荷的头基团表面活性剂、类脂和聚合物。另外，可依据静电力和氢键来选择添加剂，例如，选择一种与目标物质，例如另一种活性组分具有静电作用的添加剂。但是，一般优选地将在锚定剂或固定剂上的电荷最大化。通过清除点电荷，例如，通过质子化羧酸酯，来改变电荷。另外，根据需要可改变介质的任意介电常数。加入盐可以增加溶液的介电常数，降低物质之间的相互作用。因此，据信可优选地使物质尽量靠近以最大化相互作用。另外，在添加剂中水溶助长剂的存在可抑制添加剂结晶，并可使得添加剂的量增大或扩大可使用的添加剂的范围。
在另一个实施方案中，添加剂可被选择以氢键与目标物质例如活性组分相连接。当需要温度触发的“按要求”制剂时，可使用环氧乙烷基头基团表面活性剂、类脂和聚合物。
表6：添加剂实施例
  锚定剂   固定剂
  带正电荷的表面活性剂四元(优选双链)咪唑啉基取代的氨基酸(适当的pH值)带负电荷的表面活性剂烷基羧酸酯(例如油酸酯)改性的羧酸酯羟乙基磺酸盐磷酸酯(一磷酸酯和二磷酸酯)烷基硫酸酯磺酸盐烷基磺酸盐烯烃磺酸盐烷基苯磺酸盐磺基琥珀酸盐双类型表面活性剂   衍生多糖纤维素衍生物疏水改性的纤维素酯(例如Emulsan)环氧乙烷取代的甲壳质衍生物淀粉衍生物糖原甘油氨基多糖硫酸角质素硫酸皮肤素糖蛋白木酚素基聚合物直链取代的聚合物B乙烯基聚合物聚(丙烯酸)聚(丙烯酰胺)聚胺聚(乙烯亚胺)聚酰胺聚异氰酸酯聚酯聚膦酸酯聚硅氧烷聚碳酸酯聚乙氧基化物泊洛沙姆星形聚合物(树状物) 多肽聚赖氨酸脂蛋白
活性组分
上述前体还可包括活性组分。活性组分可以是一种活性组分，或是两种或多种以上活性组分的组合。加入的活性组分的量可使得由前体制成的块状立方凝胶将包含基于每重量份凝胶为高达约15％多或少重量份的活性组分，优选地约1％至约10％重量份的活性组分。
活性组分可以是农用化学品，例如可溶于水和不溶于水的杀虫剂和除草剂。杀虫剂和除草剂可以包含到三元体系中作为具有水溶助长性质的活性组分，或作为从水溶助长剂中分离的活性组分。示例的且非限制性的杀虫剂包括有机磷酸酯，例如二嗪农；和非有机磷酸酯，例如禾草灵甲基(diclofop-methyl)、氯唑灵、乙烯菌核利(vinclozolin)、阿特拉津、草氨酰、克螨特和野麦畏。示例的且非限制性的除草剂包括阿特拉津、烟嘧磺隆、唑酮草酯、灭草烟、氟草氨、三氟羧草醚。
活性组分可以是制药用的或化妆用的化合物，例如非甾族抗炎剂(例如，酮洛芬)、甲硝唑、乙酰基水杨酸、克霉唑、胰岛素、利多卡因、盐酸盐、硝化甘油、丙胺卡因、盐酸四环素、苄青霉素、无环鸟苷、愈创木酚甘油醚、褪黑激素、甲硝唑、苯丙醇胺、伪麻黄碱盐酸盐、噻吗洛尔马来酸盐、无环鸟苷、氢化可的松、米诺地尔(落建)、西地那非柠檬酸酯(伟哥)、盐酸依氟鸟氨酸(Vaniqua)、吡啶硫酮锌、皮肤润湿剂，及其组合。活性组分也可以是酶或营养素，例如维生素或矿物质，例如维生素E、C；锌或铁。
图1代表由水溶助长剂103、两亲物和添加剂的混合物106和溶剂109组成的体系的三元相图100。单一的相(除了立方相)可用作前体。例如，位于相图上的单一相区域，例如各向同性液体区域124和层状区域121的组合物为适合的前体。位于在其中不形成立方相的多相区域112的组合物也适合作为前体。不在Pn3m立方相区域115和Ia3d立方相区域118的组合物为适合的前体，这记载于Luzzati等人，J. Mol. Biol.，229，540-551(1993)。
前体可用于在某些条件下，例如存在将改变系统组成的汗液、唾液或其它物质，而希望形成立方相的情况，使得它位于环绕两个立方相115和118的任意一个的区域或在这两个立方相115、118之内的区域。本发明的前体可用于直接形成块状立方凝胶、分散的立方凝胶颗粒或这两者的组合，这取决于配制人员的需要。
块状立方凝胶和分散体
在图1中，分散体应位于在相图100上表示结合有另一个相127的立方液晶相的区域。因此，在块状立方凝胶中的(A)、(B)、(C)和(D)的质量分数优选地具有下列关系：0.1≥a＞0，0.8≥b＞0，0.4≥c＞0和0.1≥d＞0，更优选地，0.1≥a＞0，0.1≥b＞0，0.95≥c＞0和0.1≥d＞0。
(A)、(B)、(C)和(D)如上所述。但是，(A)、(B)、(C)和(D)的量是不相同的，从而或者形成了块状立方凝胶，或者形成立方液晶凝胶分散体。对于块状立方凝胶，各个组分的量应使得混合的组分形成立方液晶相或结合有一个或多个其它相的立方液晶相。不受理论的约束，据信位于相图上的立方液晶相区域的组分的量的组合适用于本发明。参照图1，溶剂109、水溶助长剂103与由两亲物和添加剂组成的混合物106的量应位于相图上立方相区域115、118中之一。另外，活性组分可以加入到块状立方凝胶中。
制备前体和官能化立方相物质的方法
前体
制备前体的方法包括1)将能形成立方液晶相的两亲物与任选的水溶助长剂混合；2)加入选自锚定剂、固定剂，及其组合的添加剂；和3)任选地加入溶剂。
在步骤1)中，将水溶助长剂和两亲物混合。当两亲物为液体时，水溶助长剂和两亲物可通过搅拌混合。当两亲物为固体如甘油一油酸酯时，优选地通过加热两亲物至超过其熔点，然后将熔化的两亲物与水溶助长剂混合，从而实现这两者的混合。或者，两亲物可被粉碎为固体颗粒，然后与水溶助长剂混合。任选地，在步骤1)中，水溶助长剂可溶解到水溶助长剂的水溶液中，然后将该溶液与两亲物混合。
步骤2)和3)可在该方法的任何时候实施。步骤2)的产物可含有一定量的(A)、(B)、(C)和(D)，它们对应于相关相图上不形成立方相的任意区域。优选地，在25℃时步骤3)的产物是各向同性液体。
该方法可另外包括在如上所述的任意时间加入活性组分。当由前体形成的凝胶的含量占(A)、(B)、(C)和(D)的混合重量高达约15％、优选地约0至约10％，活性组分的量为充足的。
块状立方液晶凝胶
可通过对已制得的前体应用刺激因素，从而制得块状立方液晶凝胶。非限制性的刺激因素包括温度改变、压力改变、加入盐、pH改变、加入特定物质，例如附加的水溶助长剂、两亲物或溶剂；除去特定物质，例如一部分的水溶助长剂、两亲物或溶剂，及其组合。
前体可被稀释，例如，通过将前体与附加的(A)水溶助长剂、(B)两亲物或(C)溶剂混合。通过混合一定量的对应相关相图上的立方相区域的组分(A)、(B)、(C)和(D)，可直接制备块状立方液晶凝胶。在块状立方液晶凝胶的形成完成后，所有或部分的水溶助长剂可被除去。
分散的立方液晶凝胶颗粒
分散的立方液晶凝胶颗粒可由块状立方凝胶制备，或直接由至少一种前体制备。
通过1)分散步骤，其选自a)将上述的前体分散到溶剂中，和b)将溶剂分散到前体中，然后再稀释；和2)可任选地，稳定步骤1)中的产物，从而由至少一种前体来直接制备分散体。
通过应用流体剪力，例如在剪切磨机中；应用超声波；通过小孔膜(膜乳化)挤压；横向膜乳化；由相对的喷嘴来碰撞前体流和溶剂流；使用静态混合器；或在微混合器中混合溶剂流和前体流，该混合器利用层流或湍流剪切流动条件来分散流体，从而可以实施步骤a)和b)。前体也可与溶剂接触，方法是将细雾状前体喷射至一个包括溶剂蒸汽的环境。喷射形成了具有立方液晶相的表面涂层的小滴。然后可将大量小滴收集到水中来分散颗粒，并完成将它们转化为立方液晶凝胶颗粒的过程。或者，通过使汽化的溶剂以气泡形式进入前体，从而可将溶剂加入到前体中。步骤1)的产物为立方液晶凝胶颗粒的分散体，其聚集体是不稳定的。
通过加入(F)稳定剂，或通过在颗粒表面形成层状液晶相的涂层来稳定步骤1)的产物。也可通过将步骤1)的产物直接分散到粘性的含水基质中，例如通过水溶性稳定剂(例如卡波姆纤维质聚合物)形成的基质，来稳定步骤1)的产物。步骤2)的产物为胶态稳定立方液晶凝胶颗粒的分散体。
或者，步骤1)和2)可组合起来。通过将稳定剂(F)加入到溶剂(C)中形成稳定组合物，然后将该稳定组合物与步骤1)的产物混合，可组合步骤1)和2)。
前体可被稀释以形成中间体，例如层状液晶颗粒的分散体、囊泡、或易分散的乳液。结合在步骤1)和2)中的上述分散和稳定步骤，并进一步稀释，这些中间体的任意一种可用于形成立方液晶凝胶颗粒的胶态稳定的分散体。这是因为可在形成颗粒之前形成和稳定分散体。这种方法具有如下优点：中间体比可能更粘稠的分散体更易于分散和稳定，且一旦稳定后，所得的稳定中间体可被稀释形成不需进一步稳定的立方液晶凝胶颗粒。
也可通过将块状立方凝胶在剪切磨机中剪切、超声破碎、微混合器分散或膜乳化来粉碎块状立方凝胶，从而制得立方凝胶颗粒。
通过除去足够量的溶剂(C)和/或溶剂(C)和水溶助长剂(A)的混合物，颗粒可从制得的分散体中分离。通过蒸发可干燥颗粒，或通过离心、过滤，或其组合将颗粒从分散体中去除。
使用方法
利用锚定剂和固定剂的官能化可以改性官能化的立方液晶相物质的内部性质，使其能够输送和控制释放活性组分。图2说明了带负电荷的物质201(例如，离子化酮洛芬)连接进入被二辛基癸基二甲基氯化胺202(DODMAC)官能化的双连续立方液晶200。这种相互作用可增加负载量，并增强物质的释放性质。在本发明的一个实施方案中，前体、凝胶、分散体和颗粒可用于局部输送制药用的和/或化妆用的活性组分，例如酮洛芬和上述物质。
前体、凝胶、分散体和颗粒可用于营养素的输送、胶囊化、稳定化和/或酶输送，并可产生可透膜的蛋白质晶体结构。另外，通过连接在可吸收一些生物靶体的孔内的酶，立方复合体可制成微型反应器，除去在它们的环境中的有毒化合物，例如重金属，将它们在聚集体中浓缩，然后撇去废水。
官能化可提供附加的性质来增强物质的外部性质，并有助于胶态稳定性。作为非限制性的实施例，立方复合体的外部可利用电荷来改性以增强在基质上的沉积。目标基质的非限制性实施例包括皮肤、毛发、织物和植物表面。通过将酶蛋白质粘贴到具有一些制药价值的聚集体的外部，也可以提供聚集体到生物位点的选择性粘附。据信，粘附大分子可在空间上阻止由连接的聚合物产生的聚集。
官能化提供附加的性质以生成“按要求”产物。“按要求”表示在刺激因素的作用下立方复合体释放或捕获物质的内部和外部性质。非限制性的释放或捕获可通过下列因素来引发，其包括pH(具有限定pKa的带电种类)改变、加入盐(减少静电屏蔽)、加入电介质溶剂(最小化静电力的作用)、或通过加入或选择性地除去可选择性地粘合到区域的组分。
优选地，由活性组分(包括农用化学品，例如除草剂和杀虫剂)到基质(例如植物或昆虫表面)的控释输送可利用立方凝胶前体通过蒸发和/或稀释来进行。蒸发和/或稀释过程产生了“易反应的”液体，该液体可提供活性组分的目标输送，以响应刺激因素，例如通过残余水分的稀释或喷雾引起的蒸发。蒸发和稀释过程可通过在相图上的由起点到终点所画的线来表示。
稀释
稀释过程的起点可以是在前述相图上的任意前体区域，终点可以是任意的单相立方液晶区域或多相区域。稀释过程的轨迹可通过在三元相图上的起点和溶剂顶点之间所画的直线确定。一旦选好了起点，终点就应落在该直线上。
在稀释过程的一个示例的实施方案中，由两亲物与具有水溶助长性的活性组分或结合有水溶助长剂的单独活性组分组成的混合物混合后形成各向同性的液体前体，然后将该前体喷射到涂有溶剂的基质上。喷射过程可将前体分散为可涂覆基质并接触溶剂的小液滴。在基质上混合溶剂和前体以进行稀释，驱使液滴体系进入相图上的立方相溶剂区域，产生溶剂、活性组分和立方液晶物质的涂层，该涂层缓慢地释放活性组分进入基质。单酸甘油酯为用于植物领域的优选的两亲物，因为据信单酸甘油酯可增强活性组分对叶子表面的渗透。
蒸发
蒸发过程类似于稀释过程，因为在三元相图上的起点也是一个前体，由此溶剂和/或水溶助长剂被蒸发以驱使体系至相图上的终点，该终点在单相立方液晶区域或多相区域(其中至少一个相为立方液晶)。对于蒸发，选择起点表示该过程的轨迹将向相图上的两亲物顶点延伸。所得的准确路线可以是溶剂和水溶助长剂的混合物的蒸汽压的函数，对于稀释过程，它不是直线。可在喷射期间和/或在沉积到目标基质后进行蒸发。
在蒸发过程的一个实施方案中，两亲物、水溶助长剂、溶剂和活性组分的混合物混合形成各向同性的液体前体以喷射到基质上。喷射可将前体分散为小滴，增加了有效喷射面积和汽化溶剂和/或水溶助长剂的能力。随着蒸发过程的进行，液滴系统迅速进入到三元相图上的立方液晶区域，生成由溶剂、活性组分和立方液晶物质组成的涂层，该涂层能缓慢释放活性物质进入基质。单酸甘油酯为优选的应用于植物领域的两亲物，因为据信单酸甘油酯可增强活性组分的叶子表面渗透。
实施例
水溶助长剂的效用测定
一定量的用作水溶助长剂的化合物溶解在水中，形成水溶助长剂溶液。将溶液加入到甘油一油酸酯(DIMODANMO90K)中生成组合物。在25℃至30℃，该组合物被静置过夜以达到平衡，然后通过前述的偏振光显微镜法(PLM)进行分析。
低温透射显微镜术(低温-TEM)
通过低温-TEM来评测样品以确定是否有立方相形成。为了使用低温-TEM法，在一个受控的环境透明的系统(CEVS)中制备样品，这记载于Bellare，J.R.，Davis，H.T.，Scriven，L. E.，Talmon，Y.，“Controlled environmentvitrification technique”，J.Electron Microsc.Tech.，1988，10，87-111。
小角度X-射线散射(SAXS)
SAXS图案对于各个类型的液晶都是唯一的。因此，它是一项确认液晶结构的先进技术。液晶相的示例的SAXS图案记载于Luzzati，V.，Tardieu，A.，Gulik-Kryzwicki，T.，Rivas，E.，Riess-Husson，F.，Nature，1968，220，485-488中。由于立方相对称，相对的波峰位置的图形产生一条其斜率与点阵参数成反比的直线，确认了立方相液晶的存在。 h 2 + k 2 + l 2 下面是立方相对称的典型反射值：Pn3m：[110]，[111]，[200]，[211]，[220]和[221]；Ia3d：[211]，[220]，[321]，[400]，[420]和[332]。
实施例1-生成立方复合体
将2.02512g甘油一油酸酯加入到小瓶，在40℃熔化。然后将0.03977g硬脂酸和0.08190g乙醇加入到混合物中。最后，将4.71316g的pH＝10的缓冲剂加入到混合物中。使样品平衡几个小时，然后进行SAXS测量。
比较实施例1
在小瓶中制备由2克甘油一油酸酯、4.67克pH为10的缓冲剂和2％硬脂酸钠组成的混合物。在一个40℃的热板上熔化甘油一油酸酯，并加入硬脂酸。一旦硬脂酸完全溶解，加入适量的缓冲剂。通过X射线衍射来分析所得凝胶。
实施例2
在小瓶中制备由2克甘油一油酸酯、4.67克pH为10的缓冲剂、2％硬脂酸钠(添加剂)和4％乙醇(水溶助长剂)组成的混合物。在一个40℃的热板上熔化甘油一油酸酯，加入硬脂酸和乙醇。一旦所有的组分都溶解了，加入pH为10的缓冲剂，使用X射线衍射来分析凝胶。
比较实施例2
含有4％乙醇的甘油一油酸酯基立方液晶相。
实施例3
和比较实施例2一样，制备和分析由2克甘油一油酸酯、4.67克pH为10的缓冲剂、2％硬脂酸钠和4％乙醇(水溶助长剂)组成的混合物。
实施例4
将二(低芥酸菜子乙基酯)二甲基氯化铵(DEDAC)加入到结合有活性组分(酮洛芬)的甘油一油酸酯(20％的负载锚定剂)。
实施例5
由0.09510克甘油一油酸酯和0.0063g盐酸二(低芥酸菜子乙基酯)二甲基胺(DEEDAC)组成的混合物完全溶解到最小量的乙醇中。加入水以将水∶乙醇的比例稀释至95％∶5％，来提供官能化立方液晶相的分散体。
上述实施例2、3和4的数据适合度列于表7。
表7实施例2、3和4的数据适合度
  样品   斜率   R-值(适合的)   点阵参数
  4.0％乙醇   0.0572   0.9999   109.8
  4.0％乙醇+硬脂酸酯   0.050366   0.9999   124.7
  20％DEDAC+2％酮洛芬   0.0338   0.99792   185.5
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但显而易见的是，本领域的技术人员可在不背离本发明的精神和保护范围的情况下作出许多其它的变化和修改。因此所附的权利要求书用于覆盖所有这些在本发明的保护范围之内的变化和修改。

Claims (3)

1.立方液晶相前体，其特征在于该前体包括：
(A)水溶助长剂，它选自甲醇、乙醇、1，4-丁二醇、1，2-己二醇、丁酸钠、烟酰胺、盐酸普鲁卡因、乙二醇、丙二醇、甘油、和它们的乙氧基化衍生物，及其组合；
(B)能形成立方液晶相的两亲物，它是具有下式的单酸甘油酯：
Figure C028051950002C1
式中，R选自具有6至22个碳原子的一价烃基和具有6至22个碳原子的一价卤代烃基；
(C)任选的溶剂，它选自水、甘油、聚乙二醇、甲酰胺、正甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙基硝酸铵、烷烃、羊毛脂、卤代烃、及其组合；
(D)选自锚定剂、固定剂，及其组合的添加剂，其中，所述锚定剂选自盐酸二辛基癸基胺、油酸钾、烷基羧酸酯、羟乙基磺酸盐、烷基硫酸酯、烷基磺酸盐、烯烃磺酸盐、烷基苯磺酸盐、磺基琥珀酸盐、及其组合；所述固定剂选自硫酸角质素、硫酸皮肤素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚异氰酸酯、聚膦酸酯、聚硅氧烷、泊洛沙姆、聚赖氨酸、脂蛋白、及其组合；
其中，(A)、(B)、(C)和(D)以相对质量分数存在，使得
                 1.0＝a+b+c+d
式中，a是组分(A)的质量分数，b是组分(B)的质量分数，c是组分(C)的质量分数，d是组分(D)的质量分数，且1.0＞a＞0，1.0＞b＞0，1.0＞c≥0，1.0＞d＞0；附加条件为a、b、c和d不在表示组分(A)、(B)、(C)和(D)的相特性的相图上的立方液晶相区域。
2.如权利要求1所述的前体，其特征还在于该前体包括(E)活性组分，所述活性组分选自可溶于水和不溶于水的杀虫剂和除草剂、制药用的或化妆用的化合物、以及酶或营养素。
3.如权利要求1或2所述的前体，其特征在于包括(C)。
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