超臨界二氧化碳抗溶劑法制備微膠囊的研究

超臨界二氧化碳抗溶劑法制備微膠囊的研究

近年來，跨境交通技術(shù)在國內(nèi)外研究領(lǐng)域越來越受到重視。超臨界提取技術(shù)、超臨界微?；统R界微膠囊化是目前研究比較多的幾個方面。其中,超臨界微膠囊技術(shù)能夠在很大程度上解決目前藥物服用方面的諸多問題,現(xiàn)已日益成為研究的熱點。1種物理化學(xué)性質(zhì)的比較在純物質(zhì)的相圖中,臨界點C是氣液相平衡存在的最高溫度和壓力點,當(dāng)溫度和壓力同時超過了臨界點值時,氣液相界面消失,物質(zhì)就處于了超臨界狀態(tài)(Pr>1,Tr>1),如圖1虛線所圍區(qū)域。與液體和氣體相比,超臨界流體具有許多獨特的物理化學(xué)性質(zhì)。表1比較了三者密度、黏度及擴散系數(shù)等性質(zhì)的差別。從表1中可以看出,超臨界流體具有類似于液體的密度、較低的黏度和較大的擴散系數(shù),因而具有較好的溶劑化能力和傳質(zhì)能力。超臨界流體的另一個重要特性是在臨界點附近,其物理化學(xué)性質(zhì)如密度、黏度、擴散系數(shù)、比熱容、介電常數(shù)等對壓力和溫度的變化十分敏感,因而可以通過改變壓力或溫度來調(diào)節(jié)其性質(zhì)。在超臨界流體中,由于CO2臨界溫度(304.2K)低,無毒價廉,且易回收,是最受重視的流體,對其研究和應(yīng)用也最多。近年來,超臨界CO2的研究迅速發(fā)展,其中微?；约拔⒛z囊化是研究的熱點,有關(guān)微?；拔⒛z囊化的研究綜述國內(nèi)外已有報道,本文作者著重介紹超臨界CO2抗溶劑法在藥物微膠囊方面的應(yīng)用。2復(fù)方藥物的應(yīng)用利用天然的或合成的高分子材料(囊材)作為囊膜壁殼,使固體藥物或液態(tài)藥物(囊心物)包裹而形成微囊。微膠囊化技術(shù)的主要用途有:掩蓋藥物的不良?xì)馕都翱谖?提高藥物的穩(wěn)定性;防止藥物在胃內(nèi)失活,或減少對胃的刺激;使液態(tài)藥物固態(tài)化便于應(yīng)用與儲存;減少復(fù)方藥物的配伍變化;可制備緩釋或控釋制劑;使藥物濃集于靶區(qū),提高療效,降低毒副作用;可將活細(xì)胞或生物活性物質(zhì)包覆。目前包覆生物活性物質(zhì)以及制備緩釋控釋制劑是研究應(yīng)用的熱點。3抗靜電藥物及生物活性物質(zhì)傳統(tǒng)的微膠囊化方法,如噴霧干燥、冷卻結(jié)晶等一般都使用有機溶劑和表面活性劑,其缺點顯而易見:有些有機溶劑具有毒性,最后的脫除溶劑處理不完全,有溶劑殘留;有些方法溫度較高,對于熱敏性藥物無法應(yīng)用。為了克服以上缺點,人們引入了超臨界CO2微膠囊化方法,它不僅能解決上述問題,而且制備出的膠囊粒徑分布窄,粒徑也比較小,是目前比較理想的微膠囊化方法。在SAS過程中,溶有聚合物和囊心物的有機溶液通過噴嘴噴入充有超臨界CO2的沉淀室內(nèi),此時在CO2中形成了微小的液滴,由于CO2對有機溶劑的溶解,液滴中液體的密度開始下降,當(dāng)達到某一臨界值時發(fā)生沉淀。SAS過程要求沉淀的先后順序,即應(yīng)保證囊心物先發(fā)生沉淀而形成聚合物包覆囊心物的微膠囊。由于CO2的臨界性質(zhì)比較溫和,臨界溫度為304.2K,臨界壓力為7.38MPa,對于熱敏性藥物和生物活性物質(zhì)有較好的應(yīng)用前景。對于SAS法,操作中也有兩種方法。其一為一步化微膠囊法,具體為:在操作中,選取合適的溶劑將囊心物和聚合物共同溶解,之后溶液進入沉淀釜發(fā)生沉淀,通過操作條件的控制形成聚合物包覆囊心物的微膠囊;另一方法稱為兩步法,即先形成囊心物的微粒,然后將此微粒加入到合適的溶劑中形成懸浮液(溶劑不溶解微粒),此溶劑又能較好地溶解聚合物,再將此混合液打入沉淀釜進行微膠囊的處理。對于一步法,其操作較兩步法簡單,且沉淀即時發(fā)生,即出現(xiàn)囊心物的沉淀結(jié)晶晶核時聚合物就會附著于其表面而形成包覆,這導(dǎo)致形成的微膠囊粒徑小,容易達到臨床治療的目標(biāo)。其缺點是無法保證囊心物先于聚合物沉淀析出,對于溶劑和聚合物的選擇有較高的要求。對于兩步法,由于沉淀釜內(nèi)已有囊心物的微粒存在,它能保證形成聚合物包覆的微膠囊,但其缺點也顯而易見,由于作為晶核的囊心微粒有一定的尺寸(以目前的微膠囊化方法,平均最小的粒徑也有幾十納米),因而形成的膠囊粒徑較大,同時較大的囊心微粒也易造成噴嘴的堵塞,給實驗操作帶來很多困難,而為了避免堵塞提高噴嘴內(nèi)徑又會使形成的微膠囊粒徑進一步增大?；趦煞N方法的分析,目前多采用一步法制備微膠囊。SAS法的操作流程如圖2。此流程為最基本流程,文獻中報道了一些抗溶劑法的改進,比如采用同軸多通道噴嘴,可以將囊心物和聚合物分開進入沉淀室,一方面降低了溶劑選擇的困難,另一方面也可以通過改變內(nèi)外噴嘴的長短來延長或縮短沉淀的時間以保證囊心物先于聚合物沉淀析出。還有的文獻中引入超聲波振蕩(supercriticalanti-solventprecipitationwithenhancedmasstransfer,SAS-EM),Subramaniam首先在微?；夹g(shù)中引入高能超聲波振蕩裝置。其改進之處在于在噴嘴處使用了超聲頻率的表面振蕩來霧化溶液而形成微滴。引入超聲場有利于提高擾動和提高超臨界流體相的混合,并且使溶液和超臨界流體間的質(zhì)量傳遞增加,這有利于減小粒徑以及控制粒徑的分布。SAS-EM裝置是在SAS裝置的基礎(chǔ)上于沉淀釜內(nèi)引入超聲場,可以通過控制超聲裝置的輸入能量來控制粒徑,一般輸入功率越大粒徑越小。圖3為沉淀釜內(nèi)的SAS-EM裝置圖。4影響微膠囊化過程中的因素4.1聚合物的合成對于溶劑,溫度較低時溶劑的去除慢且不完全。對于囊心物,視其具體性質(zhì)而異。一般來說,CO2的臨界溫度為控制溫度,高于臨界溫度,CO2的密度下降,擴散系數(shù)增加顯著,對于成粒有利。SzeTu等在L-PLA包覆p-HBA(對羥基苯甲酸)的試驗中提到,p-HBA微粒對溫度的變化很敏感,低于臨界溫度(288~303K)得到長菱形顆粒(3μm),溫度高于臨界溫度(306K),得到100nm的膠黏微球。對于聚合物,溫度過高會使其塑化,也易交聯(lián),降低產(chǎn)品的回收率。NicolaElvassore等在L-PLA包覆牛胰島素的實驗中提到較高溫度下制備的微膠囊出現(xiàn)膠聯(lián)和絮凝現(xiàn)象。313K下得到的聚合物塑化于沉淀釜的表面,而在293K下則得到軟的微粒粉末。4.2壓力對粒徑的影響壓力最終也會影響溶劑的清洗去除,高壓能減輕交聯(lián)。壓力主要對應(yīng)于CO2的密度。壓力高CO2對溶劑的溶解能力增加,形成的過飽和度大,有利于成粒。Boutin等在制備農(nóng)藥除草劑敵草隆的試驗中發(fā)現(xiàn),壓力提高能提高敵草隆在溶劑中的濃度,在14.5MPa下,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%的敵草隆也能形成膠囊。SzeTu等提到,在25℃下壓力從6.25~14.13MPa變化,在6.5MPa時得到5μm的長菱形體,而在14.13MPa下平均粒徑減小到3μm。NicolaElvassore等指出壓力不僅能夠改善有機溶劑的溶解還有助于質(zhì)量傳遞。低于8.0MPa氣相的密度太低而不能保證溶液的霧化,隨著壓力的提高微粒的宏觀形態(tài)并沒有顯著的改變,但是有助于減小粒徑,在13.0MPa時得到的粒徑較小。對于聚合物,壓力升高交聯(lián)度下降,但對粒徑的影響不大。4.3溶液流率其他條件不變時,溶液的流率增大形成過飽和的困難增加,不利于成粒,同時溶劑也相應(yīng)增多,膠囊易交聯(lián),溶劑殘留也增加。4.4對有明顯的影響有顯著性的因素一般來說,CO2流率較高時能減少溶劑的殘留,但對于膠囊的形成沒有明顯的影響。流率過高也有不利影響。PaoloCaliceti等在制備PEG/PLA包衣蛋白質(zhì)微膠囊的實驗中指出:采用高流率CO2時低相對分子質(zhì)量的PEG聚乙二醇容易隨CO2流失而造成損失。4.5超臨界co其他條件不變,噴嘴內(nèi)徑越小,噴射速度越快。內(nèi)徑越大溶液的流速越慢,液體在超臨界CO2中的分布越差,粒徑越大。Boutin等在實驗中采用了150μm、250μm和500μm的噴嘴,發(fā)現(xiàn)500μm的噴嘴無法得到包覆狀態(tài),150μm的噴嘴無論是粒徑還是粒徑分布都較250μm的好。4.6聯(lián)或形成纖維狀物質(zhì)濃度過高,包衣層厚度增加,影響粒徑,同時也更易交聯(lián)或形成纖維狀物質(zhì)。在SzeTu等的試驗中L-PLA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.6%~2%變化時粒徑緩慢增加到3μm,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于2%時形成纖維狀物質(zhì)。4.7高濃度水溶液中提取溶劑高濃度的溶液較低濃度溶液更快達到過飽和態(tài),因而高結(jié)晶率和更小的粒徑更易由高濃度溶液獲得。SzeTu等在7.64MPa、298K下將p-HBA在溶劑甲醇中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從2%增加到10%,使得粒徑從6μm下降到3μm。5微膠囊化過程中條件的選擇5.1溶劑的熔點選擇以低熔點物質(zhì)揮發(fā)性溶劑的選擇首先應(yīng)滿足的基本條件為無毒、安全、性質(zhì)穩(wěn)定。需要注意的是:溶劑的沸點應(yīng)盡量低,因為低沸點物質(zhì)揮發(fā)性好,有利于溶劑的去除以減少溶劑的殘留;同時還要保證聚合物在溶劑中的溶解度較藥物大,這有利于確保藥物先于聚合物沉淀而形成聚合物包覆藥物的膠囊。5.2peg對藥物釋放的影響目前應(yīng)用最多的是L-PLA,它具有生物降解性和生物協(xié)調(diào)性,無毒,沉淀時不易發(fā)生絮凝和塑化,但它不易被水沾濕的特點又阻止藥物的釋放,導(dǎo)致藥物的治療效果較差,為此一些文獻中引入PEG。研究表明,大量的低相對分子質(zhì)量的PEG能提高釋放速率,達到較高的包封率。鄰苯二甲酸乙酸纖維素酯(CAP)為腸溶性聚合物,它不溶于強酸性介質(zhì),用CAP包覆的藥物在口腔中不溶,不會引起味蕾的苦味,在胃酸中亦不溶,不會對胃黏膜造成刺激,可以使藥物在所需的部位進行控制釋放。此外,PMMA、PLGA、PVP等聚合物也有應(yīng)用。5.3超臨界co微膠囊化藥物的篩選根據(jù)藥物在超臨界CO2中的溶解度確定采用RESS或者SAS方法。由于超臨界CO2微膠囊化方法投資較大,所以一般選取高附加值的藥物,同時該藥物還應(yīng)存在溶解、吸收等方面的問題。此外,藥物的性質(zhì)也是關(guān)鍵因素,黏性藥物應(yīng)用抗溶劑法存在較大困難。6l-pla和p-hba的復(fù)合飲料微膠囊化技術(shù)由于其廣闊的應(yīng)用前景,日益得到人們的重視,目前已經(jīng)逐漸成為研究的熱點,這些研究主要集中于藥物方面。在農(nóng)藥方面,除草劑是研究的重點。傳統(tǒng)的除草劑作用時間短,一次殺死雜草之后,草籽會繼續(xù)發(fā)芽生長,需要頻繁噴灑,應(yīng)用起來比較麻煩。如果通過微膠囊化方法制成控制釋放的微膠囊可在較長的時間內(nèi)緩慢釋放,持續(xù)發(fā)揮藥效,可大大延長施藥時間。Taki等應(yīng)用SAS法制備L-PLA包衣的農(nóng)藥敵草隆微膠囊,試驗中選取的溶劑有:二氯甲烷、氯仿和四氫呋喃(此三種溶劑對聚合物都有較好的溶解度)。其中二氯甲烷比氯仿好,因為它的揮發(fā)性較好,有利于溶劑的去除以減少溶劑的殘留。而且二氯甲烷的沸點313K,較氯仿334.8K和四氫呋喃339.1K都低。實驗選二氯甲烷。實驗中通過聚合物、藥物和聚合物/藥物的平行考察探索最佳條件。發(fā)現(xiàn)敵草隆質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、L-PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、壓力為10.0MPa、溫度為308K、溶液流率為30mL/h時為最佳操作條件。其中敵草隆的最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、L-PLA最高為3%。Boutin等從操作參數(shù)方面考察了L-PLA包衣的敵草隆微膠囊的制備工藝。通過改變操作壓力能夠提高溶液中敵草隆的濃度;14.5MPa下,0.15%敵草隆、1%PLA也能形成膠囊;小噴嘴有助于得到較小的粒徑;由于L-PLA的代價較高,文中還探索了其他的包覆材料,發(fā)現(xiàn)只有PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)有可能通過改變操作參數(shù)得到較為滿意的膠囊。在生物質(zhì)活性物質(zhì)方面,胰島素研究較多。胰島素為蛋白質(zhì),具有生物活性,注射胰島素是目前治療Ⅰ型糖尿病的主要治療手段。但是此治療方式有諸多缺點,比如治療周期短,需要頻繁給藥,同時由于采用注射給藥給病人帶來較大的痛苦。而不用包衣的胰島素由于其蛋白質(zhì)性質(zhì),在胃酸中很容易降解而失活,故不能直接口服。NicolaElvassore等通過對牛胰島素的研究探索藥用口服胰島素的條件。包覆材料為L-PLA,溶劑選取二氯甲烷和二甲亞砜。發(fā)現(xiàn)高溫聚合物易塑化,而低溫則易導(dǎo)致形成軟微粒粉末。PaoloCaliceti等也對牛胰島素進行了研究。他們引入混合包覆材料PEG/PLA,以改變PLA溶解性較差的缺點,賦予藥物適當(dāng)?shù)尼尫潘俾?。SzeTu等探索了以L-PLA為包覆劑包覆p-HBA(對羥基苯甲酸)的抗溶劑法,其中選取的溶劑為甲醇和二氯甲烷。藥物溶于甲醇,聚合物溶于二氯甲烷。p-HBA微粒對溫度很敏感,低溫得到長菱形顆粒,高溫則易交聯(lián)。沉淀釜內(nèi)壓力越高交黏度越低,但對粒徑影響不大。高濃度的溶液較低濃度的溶液更快達到飽和態(tài),因而濃度高粒徑小。試驗中采用了同軸三通道的噴嘴,這樣可以通過改變內(nèi)外噴嘴的長短來調(diào)節(jié)聚合物和囊心物的沉淀時間,以確保囊心物先于聚合物沉淀。Corrigan等應(yīng)用氣體抗溶劑過程制備了氫化可的松和PVP沉淀物。他們將此法制備的微粒與噴霧干燥制備的微粒進行了比較。純的氫化可的松和共沉淀制備的氫化可的松與原料具有相同的晶型,而噴霧干燥制備的微粒則為無定形。Pratibhash等研究磁靶向藥物納米微粒。靶向磁性藥物在外加磁場的作用下沿血管運輸?shù)街付ǖ牟课话l(fā)揮藥效。在疾病部位外加磁場需持續(xù)一定的時間,以使磁靶向藥物有足夠的時間進入感染的細(xì)胞。藥物從磁性/聚合物母體中擴散出來也是通過高頻磁場引發(fā)的。試驗選取的藥物為消炎痛(茚甲新),包覆聚合物為PLGA、PMMA,Fe2O3為磁性材料,沉淀采用SAS和SAS-EM方法,壓力8.27MPa,溫度308K,溶劑為二氯甲烷。Amol等采用聚合物PLGA包覆親水性藥物磷酸地塞米松制備控制釋放的藥物微膠囊。試驗中采用超臨界CO2作為抗溶劑,將藥物溶于甲醇中,然后打入充有超臨界CO2的沉淀釜中。首先形成微粒,然后采用無水固態(tài)分散技術(shù)得到微膠囊。操作溫度為313K,壓力為10.0MPa,可以得到15