粒径相关的海藻酸盐\壳聚糖微球凝胶结构与膜性能研究

摘要

由于具有优良的生物可降解性、生物相容性和物质控制传输等特性，海藻酸钙/壳聚糖(Ca-Alg/CS)凝胶微球作为蛋白类药物口服给药载体已经成为蛋白类药物研究领域中最具特色的工作之一。作为微尺度球形载体，微球粒径不仅影响药物释放行为，也是决定药物给药方式的重要因素。在以往研究中，对粒径相关的Ca-Alg/CS凝胶微球结构及控释特性的影响鲜有报道。本文以凝胶微球制备为基础，探究凝胶微球粒径及形貌的影响因素的作用机理;以三种不同分子量的分子为“扩散”模型分子，评价Ca-Alg凝胶珠粒径与凝胶结构的相关性;以CS为“扩散+反应”模型分子，采用红外光谱仪、热重分析仪、X-射线衍射及激光共聚焦显微镜等表征，研究凝胶珠粒径与结构协同作用下的CS扩散成膜特性;以四氧嘧啶诱导的Ⅰ型糖尿病小鼠为动物模型，研究负载胰岛素的Ca-Alg/CS凝胶微球在粒径与结构协同作用下的体内药物释放行为，为Ca-Alg/CS凝胶微球在医药领域的应用提供了理论基础和实验依据。主要研究结论如下:
　　1.在高压静电场中，影响Ca-Alg凝胶珠粒径的主要因素包括电场分布、输出电压、溶液流量、溶液离子强度和溶液表面张力。其中，输出电压、极间距及溶液离子强度等因素能显著影响喷嘴出口形成的液态锥流直径和断裂方式;输出电压对凝胶珠粒径影响最显著，液体流量及表面张力对胶珠单分散性影响最显著。
　　2.以三种具有不同分子量的维生素B12(VB12，1.3kDa)、溶菌酶(LZM，14kDa)及牛血清白蛋白(BSA，67kDa)为“扩散”模型分子，以三种粒径(809μm、413μm、202μm)的Ca-Alg凝胶珠为研究对象，探究了凝胶珠粒径相关的结构差异对“扩散”模型分子扩散过程的影响。结果表明，模型分子在不同粒径凝胶珠中的扩散速率依次为V809μm＞V413μm＞V202μm。当凝胶珠粒径一定时，三种模型分子在凝胶珠中的扩散速率依次为VVB12＞VLZM＞VBSA，这表明随着Ca-Alg凝胶珠粒径减小，凝胶结构趋于致密。
　　3.以CS为“扩散+反应”模型分子，采用红外光谱仪、热重分析仪、X-射线衍射及激光共聚焦显微镜等表征，研究CS分子在不同粒径Ca-Alg凝胶珠中的扩散及成膜反应行为。结果表明，CS在Ca-Alg凝胶珠中的扩散和成膜反应具有尺度依赖性。随着Ca-Alg凝胶珠粒径降低，凝胶珠表面形成的膜层更厚、结构更致密连续且稳定性更强。
　　4.以胰岛素为模式药物，采用高压静电场工艺制备了负载胰岛素的Ca-Alg/CS微球，平均粒径为136μm、202μm、413μm和809μm的载药微球的胰岛素包封率为分别为52.03％、56.58％、64.36％、66.50％，在释放6h后，胰岛素的累积释放率分别为64.35％、67.73％、72.80％和79.91％。结果表明，在微球粒径与凝胶结构协同作用下，随着载药微球粒径减小，释放速率降低，胰岛素的缓释效果更好。
　　5.以四氧嘧啶诱导的Ⅰ型糖尿病小鼠为动物模型，以灌胃方式口服不同粒径载胰岛素微球冻干样品，平均粒径为809μm、413μm、202μm和136μm载胰岛素微球给药后糖尿病小鼠血糖相对水平最低值分别为80.02±2.99％、67.71±1.74％、45.51±3.51％和39.92±3.37％，药理相对利用度分别为5.42％、11.69％、18.60％和19.63％。其中粒径为136μm的载药微球起效最晚，并持续维持血糖水平至10h，降血糖水平趋于稳定。这说明Ca-Alg/CS微球能够保护胰岛素在小鼠体内缓慢释放并有效发挥降血糖作用，且微球释放胰岛素对小鼠血糖的调节对微球粒径具有相关性，药物在小粒径微球中的缓释效果更好，生物利用度更高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 蛋白质类药物的研究背景

1．2 蛋白质类药物给药方式

1．2．1 鼻腔黏膜给药

1．2．2 肺部吸入给药

1．2．3 经皮给药

1．2．4 口服给药

1．3 口服蛋白类药物瓶颈问题的解决策略

1．3．1 酶抑制剂

1．3．2 吸收促进剂

1．3．3 化学修饰

1．3．4 微球给药

1．4 海藻酸盐／壳聚糖微球体系的特征

1．4．1 海藻酸钠和壳聚糖的理化性质

1．4．2 壳聚糖／海藻酸盐凝胶微球体系的反应特性

1．4．3 Ca-Alg／CS凝胶微球的应用特征

1．5 壳聚糖／海藻酸盐微球的制备

1．5．1 乳化法

1．5．2 喷雾干燥法

1．5．3 高压静电法

1．6 胰岛素药物的研究现状

1．7 选题思想及研究内容

1．7．1 本论文的选题依据与意义

1．7．2 本论文研究的主要内容

第二章 系统因素对Ca-Alg凝胶珠形貌及尺度的影响与调控

2．1 实验

2．1．1 材料与试剂

2．1．2 实验装置和仪器

2．1．3 Na-Alg溶液性能的测定

2．1．4 Ca-Alg凝胶珠的制备

2．1．5 Ca-Alg凝胶珠粒径及单分散性的表征

2．2 结果与讨论

2．2．2 电压对Ca-Alg凝胶珠形貌及粒径的影响

2．2．3 液体流量对凝胶珠形貌及粒径的影响

2．2．4 离子交联剂对凝胶珠形貌及粒径的影响

2．2．5 溶液表面张力对凝胶珠形貌及粒径的影响

2．2．6 溶液电导率对凝胶珠形貌及粒径的影响

2．3 本章小结

第三章 粒径相关的Ca-Alg／CS凝胶微球结构与膜性能研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验装置与仪器

3．1．3 Ca-Alg凝胶珠性能测定

3．1．4 Ca-Alg凝胶珠与FITC-CS成膜反应

3．1．6 Ca-Alg凝胶珠和Ca-Alg／CS凝胶微球的形貌及结构表征

3．2 结果与讨论

3．2．2 不同粒径Ca-Alg凝胶珠的密度

3．2．3 Ca-Alg凝胶珠粒径对模型分子扩散特性的影响

3．2．4 Ca-Alg凝胶珠粒径对干燥速率的影响

3．2．5 Ca-Alg凝胶珠与Ca-Alg／CS凝胶微球的结构表征

3．2．6 Ca-Alg凝胶珠粒径对CS扩散成膜性能的影响

3．2．7 Ca-Alg凝胶珠粒径对Ca-Alg／CS凝胶微球膜稳定性能的影响

3．3 本章小结

第四章 不同粒径载胰岛素Ca-Alg／CS凝胶微球体内药物释放研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验材料

4．1．2 仪器与设备

4．1．5 不同粒径载胰岛素Ca-Alg／CS凝胶微球体外释放实验

4．1．6 糖尿病小鼠模型的建立

4．1．8 药理相对利用度的测定

4．2 结果与讨论

4．2．1 胰岛素标准曲线

4．2．4 Ca-Alg／CS凝胶微球粒径对药物体外释放行为的影响

4．2．5 建模前小鼠的体重及血糖含量变化

4．2．6 模型小鼠糖尿病状态验证

4．2．7 载胰岛素Ca-Alg／CS凝胶微球对糖尿病小鼠口服药效研究

4．2．8 载胰岛素Ca-Alg／CS凝胶微球粒径对糖尿病小鼠口服药效的影响

4．3 本章小结

第五章 结论

5．1 小结

5．2 文章不足之处和后续建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢