一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜及其製備方法
2023-07-19 07:22:46 2
專利名稱：一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜及其製備方法
技術領域：
本發明屬於藥用生物可降解高分子材料及其製備領域，特別涉及一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜及其製備方法。
背景技術：
隨著藥用生物可降解高分子材料的廣泛應用及給藥系統研究的深入，緩釋、控釋藥物製劑日益增多。該製劑具有的給藥次數少、峰谷血藥濃度波動小、胃腸道刺激輕、療效長、安全等特點使其越來越受到臨床重視，因此近年來，不同的生物可降解的高分子材料被製成了水凝膠、微球及納米纖維作為藥物載體。但是水凝膠與微球製備過程相當複雜，而且水凝膠或微球受到破壞後，藥物會快速釋放，緩釋效果還是不夠理想，而只需將藥物加入聚合基體中就可以通過靜電紡絲製成藥物緩釋膜的方法受到廣泛關注(Cui W，Li X, ZhuX，Yu Gj ZhouSj Weng J. Investigation of drug release and matrix degradation ofelectrospun poly (DL-Iactide) fibers with paracetanol inoculation. Biomacromolecules2006, 7，1623-1629)，此外，載入藥物的纖維可以製成各種尺寸的納米纖維，製成的納米纖維膜也可以根據受傷部位形狀任意裁剪對某一受傷部位進行定點釋放藥物。載藥納米纖維相比其他緩釋材料雖展示出了無可比擬的優勢，但是由於其載藥量較低、藥物緩釋受聚合物基體控制及紡絲液與藥物匹配問題一直制約其廣泛應用，這主要是由於靜電紡絲的成功與否取決於靜電紡絲液的可紡性，藥物緩釋取決於藥物是否與基體相容性以及純聚合物基體的疏水性與結晶性能相關。研究表明通過加入納米粒子、聚合物或接枝共聚物在一定程度通過改變其載藥納米纖維的親/疏水性能來調控藥物的釋放量及釋放速率。如Wang等人將藥物載入親水性較好的PHBV/聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)接枝共聚物納米纖維中，發現接枝共聚物的藥物釋放量要高於純PHBV納米纖維，這是由於純PHBV結晶度較高且疏水，影響藥物從其分子鏈中釋放出來，但其藥物載藥量較低，僅為5% (Wang W，Cao J, Lan P，Wu ff. Drugrelease from electrospun fibers of poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)grafted with poly(N-vinylpyrrolidone). Journal of Applied Polymer Science2012，124，1919-1928)。為了提高納米纖維的載藥量，Kenawy等人將氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物與藥物同時添加入純PLA納米纖維中來提高藥物與聚合物基體的相容性，其載藥量可達到25%，但其藥物會團聚在纖維中，影響其緩釋效果，易造成「突釋」現象(KenawyER, Bowlin GL, Mansfield K, Layman J, Simpson DG,Sanders EH, Wnek GE. Release oftetracycline hydrochloride from electrospun poly (ethylene-co-vinylacetate), poly(lactic acid), and a blend. Journal of Controlled Release 2002,81,57-64)。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜及其製備方法，該纖維膜為全生物降解產品，生物相容性好，特別是載藥納米纖維的固-固相變特性會隨病變組織發熱的高與低(病變嚴重情況)進行自調節控釋藥物，簡便且治療效果好，應用前景廣闊；該方法簡單快捷、廉價高效，適合於工業化批量生產。本發明的一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜，其組成包括生物降解聚合物、纖維素納米晶/聚乙二醇接枝共聚物CNC-g-PEG和活性藥物；其中，生物降解聚合物與CNC-g-PEG的質量比為4 - 99:1，活性藥物的質量為生物降解聚合物與CNC-g-PEG總質量的5 - 50%。該藥物緩釋納米纖維膜的活性藥物實際負載量為50 - 600 μ g/mg。所述生物降解聚合物為聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)、聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)或聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物(PLGA)。所述活性藥物為鹽酸四環素、四環素鹼類、鹽酸二甲胺四環素、甲硝唑、甲硝唑苯甲酸或布洛芬。所述納米纖維藥物緩釋膜的尺寸為100 - 2000nm,膜厚為50nm - 800 μ m。所述的纖維素納米晶/聚乙二醇接枝共聚物(CNC-g-PEG)的製備方法見中國發明 專利《一種無溶劑固-固相變儲能材料的製備方法》，公開號0附02276843八，
公開日2011年12月14日。本發明的一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜的製備方法，包括(I)攪拌下，將含有CNC-g-PEG的有機溶劑A加入到含有生物降解聚合物的有機溶劑B中，得到混合液，其中生物降解聚合物與CNC-g-PEG在混合液中的質量分數之和為5-25%，有機溶劑A與有機溶劑B的質量比為1:19 ;(2)將上述混合液升溫到40 - 70°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻後降至室溫，然後將活性藥物加入混合液中，得到穩定均一的靜電紡絲原液；(3)對上述靜電紡絲原液進行靜電紡絲，然後將收集到的產物真空乾燥，即得。所述步驟(I)中的有機溶劑A為N，N- 二甲基甲醯胺、N, N- 二甲基乙醯胺、四氫呋喃、乙醇或甲醇。所述步驟(I)中的有機溶劑B為二氯甲烷、1，2-氯乙烷、氯仿、丙酮、二乙二醇二甲
醚或乙酸乙酯。所述步驟(3)中的靜電紡絲的工藝參數為針管內徑為O. 7mm,電壓為10_20kV，接受距離為10-20cm，流動速率為O. 8-5mL/h，採用旋轉滾筒收集高度取向納米纖維或纖維膜，採用平板電極收集微孔結構的納米纖維或纖維膜。所述步驟(3)中的真空乾燥具體為於室溫真空乾燥12 - 24h。有益效果(I)本發明所採用的原料聚合物和CNC-g-PEG均為生物可降解材料，所需要的化學藥品種類少且成本低廉，製備過程簡單、可控、快捷、高效；納米纖維膜的製備是在常規靜電紡絲裝置上實施的，不需要特別的昂貴的設備，適合於納米纖維膜的批量生產。(2)與傳統藥物緩釋納米纖維膜相比，本發明製備的藥物緩釋納米纖維膜為全生物降解產品，生物可降解與生物相容性好，載藥量高達50%，活性藥物釋放量可根據病變組織發熱的高與低(病變嚴重情況)進行自適應調控。這有利於及時對病變組織的治療，提高藥物的利用率。而且本產品具有較好的力學性能和適宜的親水性能，其中抗拉強度最大可達9.6Mpa，接觸角最低可達30°，這避免了納米膜在早期釋放易崩坍的問題，同時親水性表面利於正常組織細胞的再生。
(3)本發明所製備的藥物緩釋納米纖維膜形狀可根據病變組織進行任意的調節或設計，其微孔結構、力學性能、親水性能與緩釋功能都可以可通過紡絲液的濃度、溶劑體系和紡絲工藝進行調節。特別是這種多功能性的納米纖維膜在新型多功能性納米藥物載體、牙周再生膜材料、溼性傷口敷料等等領域展示出了巨大的應用前景。
圖I為載藥量為45%的藥物緩釋納米纖維膜的掃描電鏡圖(SEM)；圖2為本發明藥物緩釋納米纖維膜在不同的CNC-g-PEG與活性藥物含量的活性藥物緩釋圖；圖3為本發明藥物緩釋納米纖維膜在正常體溫、病發嚴重與病發恢復後的活性藥物緩釋圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例I將分散在N，N- 二甲基甲醯中的CNC-g-PEG邊攪拌邊緩慢加入聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)的氯仿溶液中，其中PHBV與CNC-g-PEG在混合液中的質量分數之和為9%，PHBV與CNC-g-PEG的質量比為9:1，N，N-二甲基甲醯胺與氯仿的質量比為1:8 ;將混合液升溫到70°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻後降至室溫；隨後將鹽酸四環素加入混合液中，其中鹽酸四環素的質量為PHBV與CNC-g-PEG的總質量的45%，得到穩定均一的靜電紡絲原液；將上述配製的紡絲液，在針管內徑為O. 7mm、流動速率為lmL/h、電壓為18kV和接收距離為16cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，採用平板電極收集，將上述產物室溫下真空乾燥24h，得到載藥的PHBV/CNC-g-PEG納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為220nm(見圖1)，產品再經微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為7. 8Mpa，接觸角測試後得其接觸角為62°，紫外分光光度計測試得其實際載藥量為500 μ g/mg,包封率為92%，活性藥物持續釋放時間能達到456h。實施例2將分散在N，N - 二甲基乙醯胺中的CNC-g-PEG邊攪拌邊緩慢加入聚乳酸(PLA)的氯仿溶液中，其中PLA與CNC-g-PEG在混合液中的質量分數之和為16%，PLA與CNC-g-PEG的質量比為5:1，N，N - 二甲基乙醯胺與氯仿的質量比為1:7 ;將混合液升溫到60°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻後降至室溫；隨後將鹽酸二甲胺四環素加入混合液中，其中鹽酸二甲胺四環素的質量為PLA與CNC-g-PEG的總質量的20%，得到穩定均一的靜電紡絲原液；將上述配製的紡絲液，在針管內徑為O. 7mm、流動速率為I. 5mL/h、電壓為15kV和接收距離為18cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，採用旋轉滾筒收集，將上述產物室溫下真空乾燥20h，得到載藥的PLA/CNC-g-PEG納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為150nm，微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為8. 2MPa，接觸角測試後得其接觸角為40°，紫外分光光度計測試得其實際載藥量為292 μ g/mg,包封率為92%，活性藥物持續釋放時間能達到336h。實施例3將分散在四氫呋喃中的CNC-g-PEG邊攪拌邊緩慢加入聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物(PLGA)的丙酮溶液中，其中PLGA與CNC-g-PEG在混合液中的質量分數之和為7%，PLGA與CNC-g-PEG的質量比為49:1，四氫呋喃與丙酮的質量比為1:2 ;將混合液升溫到58°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻後降至室溫；隨後將甲硝唑苯甲酸加入混合液中，其中甲硝唑苯甲酸的質量為PLGA與CNC-g-PEG的總質量的49%，得到穩定均一的靜電紡絲原液；將上述配製的紡絲液，在針管內徑為O. 7mm、流動速率為I. OmL/h、電壓為18kV和接收距離為14cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，採用旋轉滾筒收集，將上述產物室溫下真空乾燥15h，得到載藥的PLGA/CNC-g-PEG納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為860nm， 微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為4. 2Mpa，接觸角測試後得其接觸角為75°，紫外分光光度計測試得其實際載藥量為260 μ g/mg，包封率為95%，活性藥物持續釋放時間能達到288h。實施例4將分散在四氫呋喃中的CNC-g-PEG邊攪拌邊緩慢加入聚己內酯(PCL)的二氯甲烷溶液中，其中PCL與CNC-g-PEG在混合液中的質量分數之和為12%，PCL與CNC-g-PEG的質量比為18:1，四氫呋喃與二氯甲烷的質量比為1:3;將混合液升溫到45°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻後降至室溫；隨後將甲硝唑加入混合液中，其中甲硝唑的質量為PCL與CNC-g-PEG的總質量的40%，得到穩定均一的靜電紡絲原液；將上述配製的紡絲液，在針管內徑為O. 7mm、流動速率為4. OmL/h、電壓為16kV和接收距離為16cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，採用旋轉滾筒收集，將上述產物室溫下真空乾燥12h，得到載藥的PCL/CNC-g-PEG納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為350nm，微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為8. 5Mpa，接觸角測試後得其接觸角為82°，紫外分光光度計測試得其實際載藥量為580μ g/mg，包封率為98%，活性藥物持續釋放時間能達到408h。實施例5將分散在N，N - 二甲基乙醯胺中的CNC-g-PEG邊攪拌邊緩慢加入聚己內酯(PCL)的乙酸乙酯溶液中，其中PCL與CNC-g-PEG在混合液中的質量分數之和為20%，PCL與CNC-g-PEG的質量比為90:1，N, N - 二甲基乙醯胺與乙酸乙酯的質量比為1:8 ;將混合液升溫到62°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻後降至室溫；隨後將甲硝唑加入混合液中，其中甲硝唑的質量為PCL與CNC-g-PEG的總質量的10%，得到穩定均一的靜電紡絲原液；將上述配製的紡絲液，在針管內徑為O. 7mm、流動速率為I. 8mL/h、電壓為16kV和接收距離為17cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，採用旋轉滾筒收集，將上述產物室溫下真空乾燥24h，得到載藥的PCL/CNC-g-PEG納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為68nm，微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為3. 5Mpa，接觸角測試後得其接觸角為42°，紫外分光光度計測試得其實際載藥量為180μ g/mg，包封率為91%，活性藥物持續釋放時間能達到432h。實施例6將分散在N，N- 二甲基甲醯胺中的CNC-g-PEG邊攪拌邊緩慢加入聚羥基丁酸戊酸酯(PHBV)的氯仿溶液中，其中PHBV與CNC-g-PEG在混合液中的質量分數之和為8%，PHBV與CNC-g-PEG的質量比為4:1，N，N-二甲基甲醯胺與氯仿的質量比為1:8. 5 ;將混合液升溫到61°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻後降至室溫；隨後將布洛芬加入混合液中，其中布洛芬的質量為PHBV與CNC-g-PEG的總質量的15%，得到穩定均一的靜電紡絲原液；將上述配製的紡絲液，在針管內徑為O. 7mm、流動速率為I. 2mL/h、電壓為20kV和接收距離為18cm的紡絲條件下進行靜電紡絲，採用旋轉滾筒收集，將上述產物室溫下真空乾燥20h，得到載藥的PHBV/CNC-g-PEG納米纖維膜。納米纖維膜經掃描電鏡觀察獲得其纖維直徑為122nm ；微控電子萬能試驗機測得其抗拉強度為9. 2Mpa，接觸角測試後得其接觸角為32°，紫外分光光度計測試得其實際載藥量為280μ g/mg，包封率為95%，活性藥物持續釋放時間能達到 360h。
權利要求
1.一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜，其組成包括生物降解聚合物、纖維素納米晶/聚乙二醇接枝共聚物CNC-g-PEG和活性藥物；其中，生物降解聚合物與CNC-g-PEG的質量比為4 - 99:1，活性藥物的質量為生物降解聚合物與CNC-g-PEG總質量的5 - 50%。
2.根據權利要求I所述的一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜，其特徵在於所述生物降解聚合物為聚羥基丁酸戊酸酯、聚乳酸、聚己內酯或聚(乳酸-羥基乙酸)共聚物。
3.根據權利要求I所述的一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜，其特徵在於所述活性藥物為鹽酸四環素、四環素鹼類、鹽酸二甲胺四環素、甲硝唑、甲硝唑苯甲酸或布洛芬。
4.根據權利要求I所述的一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜，其特徵在於所述納米纖維藥物緩釋膜的尺寸為100 - 2000nm，膜厚為50nm - 800 μ m。
5.一種如權利要求I所述的自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜的製備方法，包括 (1)攪拌下，將含有CNC-g-PEG的有機溶劑A加入到含有生物降解聚合物的有機溶劑B中，得到混合液，其中生物降解聚合物與CNC-g-PEG在混合液中的質量分數之和為5 - 25%，有機溶劑A與有機溶劑B的質量比為1:1-9; (2)將上述混合液升溫到40- 70°C，充分攪拌、溶脹，待混合均勻後降至室溫，然後將活性藥物加入混合液中，得到穩定均一的靜電紡絲原液； (3)對上述靜電紡絲原液進行靜電紡絲，然後將收集到的產物真空乾燥，即得。
6.根據權利要求5所述的一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜的製備方法，其特徵在於所述步驟(I)中的有機溶劑A為N，N- 二甲基甲醯胺、N，N- 二甲基乙醯胺、四氫呋喃、乙醇或甲醇。
7.根據權利要求5所述的一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜的製備方法，其特徵在於所述步驟(I)中的有機溶劑B為二氯甲烷、1，2-氯乙烷、氯仿、丙酮、二乙二醇二甲醚或乙酸乙酯。
8.根據權利要求5所述的一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜的製備方法，其特徵在於所述步驟(3)中的靜電紡絲的工藝參數為針管內徑為O. 7mm,電壓為10_20kV，接受距離為10 - 20cm，流動速率為O. 8-5mL/h，採用旋轉滾筒收集高度取向納米纖維或纖維膜，採用平板電極收集微孔結構的納米纖維或纖維膜。
9.根據權利要求5所述的一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜的製備方法，其特徵在於所述步驟(3)中的真空乾燥具體為於室溫真空乾燥12-24h。
全文摘要
本發明涉及一種自調節高載藥納米纖維藥物緩釋膜及其製備方法，緩釋膜包括生物降解聚合物、CNC-g-PEG和活性藥物。製備方法包括(1)攪拌下，將分散在有機溶劑A中的CNC-g-PEG加入到生物降解聚合物的有機溶液B中，得到混合液；(2)將上述混合液中加入活性藥物，得到靜電紡絲原液；(3)對上述靜電紡絲原液進行靜電紡絲，將產物乾燥，即得。本發明製備工藝簡單快捷、廉價高效，適合於工業化批量生產；所得的纖維膜生物相容性好、載藥量高、活性藥物可根據環境變化進行藥物緩釋，在高成本及慢性病藥物治療、溼性傷口敷料等領域應用前景廣闊。
文檔編號A61K47/34GK102772828SQ201210238100
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者餘厚詠, 周哲, 秦宗益, 陳淼, 陳龍 申請人:東華大學