高压静电抗溶剂过程制备高分子多孔微球的方法

摘要

本发明公开一种高压静电抗溶剂过程制备高分子多孔微球的方法，在高压静电力作用下，油包水乳液从注射针头中喷出，滴入到抗溶剂中，油包水乳液油相中的有机溶剂与抗溶剂互相混溶，使聚合物液滴以水乳滴为核在其表面固化析出，形成包覆含致孔剂水乳滴的聚合物微球结构；微球内部由于乳化作用所含有的碳酸氢铵颗粒分解产生的气体在聚乳酸微球表面开孔，即得到多孔结构微球。本发明可用作制备药物载体进行吸入式肺部给药。实验结果证明：理想的工艺参数下能制备出具有大几何粒径的多孔微球；球形度较好，表面粗糙，表面有大量不同粒径的开孔，内部则充满贯通的通孔结构；增大碳酸氢铵的投入量，可显著性地提高产品的几何粒径、降低空气动力学直径。

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的药物载体的制备方法，即采用高压静电抗溶剂法对乳液进行 处理制备药物载体的方法。具体来说，是在常规的高压静电体系里改变了溶液组成，在 单一有机溶液里面加入了溶有致孔剂的水相，从而使快速析出的微球具有了更适于肺部 给药的多孔的表面形态。

背景技术

多孔微球是指通过适当的方法使实心微球形成的具有低密度及空心/多孔结构的微 球，适当的方法包括添加辅料如致孔剂，和额外的步骤如超临界处理等。在医药载体方 面，凭借大几何粒径，较低的密度、不规则的表面形态，从而具有良好的空气动力学特 性和肺部沉降性能，且因避免巨噬细胞吞噬而具有良好的生物利用度，已成为适于肺部 给药剂型的首选。

传统的多孔微球制备方法主要有喷雾干燥法和乳化法。前者操作简单，重现性好， 但其制备温度较高时，蛋白质类大分子药物或其他热敏性物质往往容易变性失活；后者 存在产品易于聚集、融合，分离和纯化产品困难，大部分时间和成本用于除去残留溶剂 和多余药物，不适宜工业化生产。

高压静电抗溶剂过程是利用静电力将液体流破裂为带电液滴，通过接收溶液使液滴 迅速固化形成微囊的过程。本发明人凭借这一基本原理已经成功制备出了海藻酸钙微胶 囊用于包埋活细胞、聚组氨酸-海藻酸钙微胶囊用于装载抗癌药等。但是由于几何粒径 较大（一般大于100μm），用作肺部给药载体并不适合。本发明人相信同样的原理也 适用于油包水乳液体系。该乳液体系以碳酸氢铵水溶液作内水相，乳化剂加入到聚合物 溶液作外部油相。通过高压静电微胶囊装置，所产生的电喷液滴是一个微乳液体系，聚 合物溶液作为外部相，大量嵌入的碳酸氢铵水乳滴作为内部相。当微乳液滴滴入到抗溶 剂（聚合物的非溶剂）中，油溶剂（如二氯甲烷）和萃取剂（抗溶剂）之间迅速相互扩 散，使液滴中的溶剂急速膨胀，从而增大聚合物溶液的饱和度，聚合物迅速以碳酸氢铵 水乳滴为核在其表面沉析，最终形成包覆碳酸氢铵水乳滴的聚合物微球。收集到的样品 经过简单的处理如冷冻干燥，可被诱导和促进分解为氨气、二氧化碳和水。水分子的升 华，NH₃、CO₂的挥发，造成聚乳酸基质中产生空孔结构，由此产生的气体的释放也会 在聚乳酸微球表面开孔。与传统制备方法相比，高压静电抗溶剂法适用于高分子溶液、 乳液，甚至是固体粒子悬浮液，并且对于水溶性和非水溶性高分子都适用；该工艺具有 简便高效、条件温和的优点，且具有能控制微粒的形状、表面形貌及粒径大小的优良特 性，特别是制备的微粒具有高度稳定的分散性；产品的几何粒径和空气动力学粒径较符 合肺部给药要求，能被用于构建肺部给药药物载体。

高压静电抗溶剂法制备多孔微球的报道非常少，基于已见的报道，本发明人总结发 现存在着以下问题：微球表面无孔，内部中空或互相不贯通的孔洞，这些对于作为药物 载体进行肺部给药而言是不利的。

因此，本发明基于以上设想，目的是要经超声乳化制得均匀、稳定的富含致孔剂的 乳液体系，然后采用高压静电抗溶剂法，获得一种表面开孔，内外孔洞相互贯通的多孔 微球。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的聚合物多孔微球的制备方法，即采用高压静电抗 溶剂过程对乳液进行处理制备得到聚合物多孔微球的方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

高压静电抗溶剂过程制备高分子多孔微球的方法，在高压静电力作用下，油包水乳 液以一定流速（5mL/h）从注射针头中喷出，滴入到抗溶剂（聚合物的非有机溶剂）中， 油相中的有机溶剂如二氯甲烷由于可以与抗溶剂如无水乙醇互相混溶，增大油包水乳液 中聚合物液滴的饱和度，被无水乙醇快速萃取，使聚合物液滴迅速以水乳滴为核在其表 面固化析出，形成包覆含致孔剂水乳滴的聚合物微球结构；微球内部由于乳化作用所含 有的无数个细小的碳酸氢铵颗粒，经过简单的处理如冷冻干燥，可被诱导和促进分解为 氨气、二氧化碳和水，水分子的升华，NH3、CO2的挥发，造成聚乳酸基质中产生空孔 结构，由此产生的气体的释放也会在聚乳酸微球表面开孔，即可得到多孔结构微球。

所述的高压静电抗溶剂过程包括基于以静电液滴为原理的绝大多数工艺，即以静电 液滴法为基础衍生出的工艺，包括静电喷雾法、静电纺丝法、多流体复合电喷技术。

所述的抗溶剂是纯有机溶剂，不能溶解高分子材料，包括但不限于无水乙醇。

所述的油包水乳液中聚合物是可溶于有机溶剂而不溶于抗溶剂的物质，如聚乳酸 （PLA），左旋聚乳酸（PLLA），聚乳酸和聚乙二醇的嵌段共聚物(PLLA-PEG-PLLA)。

所述油包水乳液的制备是：先将聚合物和乳化剂溶解于有机溶剂中作为油相，然后 在超声条件下缓慢加入含有致孔剂碳酸氢铵的水相溶液，得到均匀、稳定的油包水乳液 体系。

采用上述方案后，本发明再利用高压静电抗溶剂法处理上述油包水乳液，实验过程 中，高压发生器固定输出一定的电压，微量注射泵设置一定的推进速度。超声乳化的乳 液被吸入到注射器，然后固定装到注射泵上，垂直固定在接收容器的上方。高压发生器 的正极接注射器针头，负极接大口径铁制容器，容器内装有大体积聚合物的非溶剂。开 启高压发生器电源开关，然后开启注射泵开关，注射泵以一定的速度向下推压乳液，在 电场力的作用下，呈一定粒径的微乳液滴。当电喷产生的微乳液滴滴入到大体积的非溶 剂如无水乙醇中，开始抗溶剂制备过程。当针筒中的乳液滴完后，收集乙醇悬浮液离心 去除上清液，冷冻干燥，即可得到白色粉末。

实验结果证明：通过对不同条件下制得的均匀、稳定的乳液进行高压静电抗溶剂法 处理后，可以形成聚合物多孔微球。

附图说明

图1是实施例1中不同条件下制备出的聚乳酸多孔微球SEM形貌图和1.0AB/PLLA 质量比条件下制的多孔微球的内部形貌。

图2是载甲氨喋呤的聚乳酸多孔微球SEM形貌图和体外释放图。

具体实施方式

实施例1

改变碳酸氢铵的加入量，采用高压静电抗溶剂法制备聚乳酸多孔微球，如表1所示。 图1制备过程如下：150mg PLLA和150mg pluronic F127（PF127）溶解在5mL二氯 甲烷中，作为油相（O）。新鲜配备不同浓度的碳酸氢铵（AB）水溶液0.5mL作为水 相（W），两者混合用细胞破碎仪超声乳化1min（功率200W，超声1s，间隔1s）， 形成油包水乳液。制得的油包水乳液立即装入注射器中，通过高压微胶囊成型装置和注 射泵，电喷到无水乙醇溶液中，因发生抗溶剂过程而沉析、固化。工艺参数分别为：电 压10kV、推进速度50mm/h、26G针头（内径0.24mm）、接收距离40mm。磁力搅 拌乙醇悬浮液60min，用漏斗过滤掉乙醇中的白色絮状物，8000rpm离心5min，收集 样品。冷冻干燥以去除H₂O、NH₃和CO₂，得到干燥的白色粉末，即PLLA多孔微球。 图2制备过程如下：5.0%理论载药量的甲氨蝶呤（MTX）溶解在150μL二甲亚砜中， 通过细胞破碎仪超声与油相混匀。接下来的制备工艺过程同上。

表1 聚乳酸多孔微球的制备条件和粒径分布（dgeo dry：干燥微球的平均几何粒径， MMAD：空气动力学直径）

从图1和表1的结果可知，未加AB制备出无孔微球，说明碳酸氢铵起着致孔作用， 且加入不影响聚乳酸微球的球体形状，制备的多孔微球表面粗糙，存在不同粒径的开孔 结构；随着AB的投入量增大，获得的聚乳酸微球几何粒径（dgeo dry）越大、微球空 气动力学直径（MMAD）越小；多孔微球内部呈贯通的孔洞结构，而聚乳酸基质内部横 截面的形成，是由于气体突然爆发，部分结合的AB水乳滴移除而造成的。结果表明： 对含有致孔剂的聚乳酸乳液进行高压静电抗溶剂过程处理，可以制备出具有足够大的几 何粒径（dgeo dry≈20.0μm）以避免巨噬细胞吞噬，且有良好的空气动力学性质 （MMAD≈3.0μm）的聚合物多孔微球，因此在肺部的沉积效果良好且大大提高吸入率。

从图2证明在高压静电抗溶剂过程中，包埋的MTX对微球表明形貌和孔径的影响 可以忽略不计，药物能缓慢释放100h，提供聚乳酸多孔微球控制药物释放的潜在可能 性。

实验结果证明：采用高压静电抗溶剂过程对含致孔剂的乳液进行处理，能成功制备 出符合肺部给药要求的聚合物多孔微球，用于传递药物至肺部，有控缓释效果。