一种药物缓释纳米纤维的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1：将载药微球置于有机溶剂中，搅拌振荡均匀，得到芯层纺丝液；步骤2：将可降解溶质与易挥发溶剂混合均匀，制成皮层纺丝液；步骤3：将皮层纺丝液和芯层纺丝液分别注入同轴喷丝头的皮层储液罐和芯层储液罐中，在室温下进行同轴静电纺丝，纺丝过程中皮层纺丝液中的易挥发溶剂挥发形成贯通的孔洞，得到皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维。本发明具有明显的多级药物释放体系，药物微球先在芯层释放，进入皮层孔洞通道，最后进入纳米纤维外受损靶向部位发挥药效。该方法操作简单，反应条件温和；对药物缓释曲线有很好地控制，提高了药物使用效率。
【专利说明】一种药物缓释纳米纤维的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种体内用药物缓释纳米纤维的制备方法，具体涉及一种同轴静电纺丝制备多尺度药物缓释体系的方法。
【背景技术】
[0002]目前，传统的药物缓释体系按药物释放方法和释放机制的不同，可分为如下三种形式:将药物用物理方法包埋在高分子膜内的蓄积式药物控释系统；将药物均匀的混在高分子基质中的均混式药物控释系统；将药物与高分子以化学键结合的高分子药物控释系统。但是传统的给药方式在给药初期，药物浓度很大，容易超过病人的耐受剂量，造成毒副作用；同时，药物在体内只能保持很短的时间，在之后的时间内药物浓度又低于患者有效剂量，导致药物利用率降低。所以，这些控释系统存在着突释，释放时间较快，释放量无法控制，可能会产生毒副作用，利用率低等问题。
[0003]纳米纤维直径小、比表面积大，因此可以缩短药物的扩散距离、促进药物溶解，同时包埋药物过程没有损失；随载体表面积的增加，药物释放速度增加，提高药物使用效率。静电纺丝技术是迄今唯一能制备连续微/纳米纤维的方法，随着同轴静电纺丝技术的发展，可以制备出皮-芯层的复合纳米纤维，使得静电纺丝技术广泛用于制备纳米纤维。黄争鸣等人在2003年设计出制备共轴复合连续纳/微米纤维的多喷头静电纺丝装置(专利申请号:CN200310109222.9)。刘桂阳等人在2012年设计出一种丝素-聚己内酯双组分超细纤维的同轴静电纺丝方法(专利申请号:CN201210543885.0)。施丽君等人在2013年设计出一种同轴静电纺丝制备中空纤维的方法(专利申请号:201310024342.2)。同轴静电纺丝技术与静电纺丝技术的原理相似，是在静电纺丝装置的基础上加以改进，将芯层和皮层纺丝液分装在两个储液te中，储液te末端连接有嗔丝头，将皮层嗔丝头套在芯层嗔丝头外，在管口汇合，在高压电场作用下形成泰勒锥，克服溶液表面张力作用而喷出，经固化后形成纳米纤维。
[0004]芯层包裹药物随皮层的降解而使药物释放出来，能够较好地发挥药物的效果。之前有研究者利用生物可降解材料为皮层，水溶性药物为芯层的双层复合纳米纤维得到较好的效果。Jiang等使用聚己内酯为皮层，蛋白质/聚乙二醇为芯层，说明同轴静电纺丝技术可以在纤维中包埋生物活性物质，并实现控制释放。王建广等通过同轴纺丝技术制备出纳米纤维缓释载体，其中乳酸己内酯共聚物为皮层，神经生长因子和牛血清蛋白为芯层。莫秀梅等人在2009年采用同轴静电纺丝技术制备出了皮-芯结构的药物纳米纤维(专利申请号:CN200910048018.8)。纳米纤维的直径可以通过调节溶液的流速来控制。但是这种同轴静电纺丝技术的药物释放完全取决于皮层材料的降解速度，想要得到适合药物释放的降解速度较为困难。
[0005]2001年Bognitzki等最先报道了静电纺丝多孔结构的制备，在静电纺丝过程中溶剂的挥发使聚合物溶液浓度升高，聚合物溶液出现部分区域浓度高，部分区域浓度低，不均匀和不稳定的现象，发生相分离，浓度低的稀相则转化为孔洞。罗红军等人在2012年设计了一种同轴静电纺丝制备聚丙烯腈基多孔中空碳纤维的方法(专利申请号:CN201210172307.0)。随后一些研究者通过对使用溶液材料的选择和静电纺丝参数的设计实现了对多孔纳米材料尺寸的控制。在药物缓释体系中，多孔结构增加了纤维的比表面积，增加了吸附量，同时润湿性提高，增加了纤维内部与液体接触的能力，同时孔洞结构形成三维立体形状，模拟细胞外基质环境，促进细胞吸附和生长。2011年杨桔采用复乳溶剂挥发法制备PGLA载药微球，并分散在冷冻干燥法制备的温敏水凝胶多孔结构中，制成可降解微球/温敏凝胶复合缓释剂，药物释放由载体和药物扩散作用共同控制，提高了药物利用效率。这种方法制备复杂，载体尺寸较大，药物精细化控制仍然存在一些问题，可能会降低多孔结构对药物释放的效果。同时只存在单级释放过程，释放速度相对同轴静电纺丝双层纳米纤维要快，无法满足某些长效药物的药效需要。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有药物缓释体系释放时间较短，初期释放量较大，易产生药物突释现象的不足，提供一种药物缓释纳米纤维的制备方法，该药物缓释纳米纤维可以减缓药物缓释速度，增加缓释时间；提供分级缓释，在不同时期提供不同的缓释量。
[0007]为了达到上述目的，本发明提供了一种药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤为:
[0008]步骤1:将载药微球置于有机溶剂中，搅拌振荡均匀，得到芯层纺丝液；
[0009]步骤2:将可降解溶质与易挥发溶剂混合均匀，制成皮层纺丝液；
[0010]步骤3:将皮层纺丝液和芯层纺丝液分别注入同轴喷丝头的皮层储液罐和芯层储液罐中，在室温下进行同轴静电纺丝，纺丝过程中皮层纺丝液中的易挥发溶剂挥发形成贯通的孔洞，得到皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维。
[0011]优选地，所述的步骤I中的载药微球采用乳化-化学交联法、乳化-溶剂挥发法、乳化-固化法、相分离法、喷雾干燥法或超流体临界法制备。
[0012]优选地，所述的步骤3中的同轴静电纺丝的纺丝参数为:皮层纺丝液的流速为1-1.5mL/h,芯层纺丝液流速为0.4-0.6mL/h,喷丝头直径为0.9-1.2mm,施加电压为15-25kV，接收距离为8-20cm。
[0013]优选地，所述的步骤I中的载药微球包括药物及其载体，载药微球的直径为10_20nm。
[0014]更优选地，所述的药物为肝素、水蛭素、阿西单抗、紫杉醇、雷帕霉素、地塞米松，姜
黄素或二烯丙基三硫化物。
[0015]更优选地，所述的载体为壳聚糖、聚酯类、聚乳酸或聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
[0016]优选地，所述的步骤I的有机溶剂为聚己二醇、右旋糖苷、牛血清蛋白、聚环氧乙烷中的一种或两种以上的混合物。
[0017]优选地，所述的步骤2的易挥发溶剂为氯仿、苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、甲酸、乙酸中的一种或两种以上的混合物。
[0018]优选地，所述的步骤2中的可降解溶质的疏水性聚己内酯、乳酸聚己内酯共聚物、PLGA 或 PGA。
[0019]优选地，所得的皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维的皮层纤维直径Cl1为400-700nm，皮层孔洞d3直径为30_50nm，芯层纤维d2直径为100_150nm。
[0020]本发明所采用的皮层纺丝液和芯层纺丝液以及药物根据实际需要进行定向设计，以配合特定的功能。
[0021]本发明制备的是多尺度药物缓释载药纳米纤维。本发明不同于以往的多孔药物缓释体系的制备，结合同轴静电纺丝技术制备多层纳米纤维的方法，可以制备出多尺度药物缓释体系。将载药微球溶液作为芯层，可降解高分子材料和易挥发材料共混溶液作为皮层，经过一步同轴静电纺丝即可得到多层多尺度药物缓释纳米纤维，通过控制皮层溶剂挥发速度可以调节皮层孔洞尺寸，从而控制药物缓释时间。
[0022]本发明通过在双层纳米纤维皮层形成多孔结构，芯层包覆药物微球，植入体内后，药效通过药物扩散和皮层材料生物降解共同作用；形成多级释放，药物微球先在芯层释放，再经过皮层孔洞通道，最后进入到纳米纤维外，在受损靶向位置起作用；通过控制纺丝流速和外层溶剂挥发速度，可以调节多尺度缓释体系的结构，从而定向控制药物释放曲线。
[0023]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0024](I)可以有效控制药物缓释速度，提高药物使用效率；
[0025](2)同轴静电纺丝技术操作简便，成本低廉，反应条件温和；
[0026](3)本发明制备的多尺度缓释体系只需要制备载药微球和同轴静电纺丝两步即可完成，节省了时间和材料成本；
[0027](4)本发明制备的多尺度缓释体系可以进行结构尺寸的控制，对不同病理环境可以定向制备。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明的同轴静电纺丝装置示意图。
[0029]图2是药物缓释纳米纤维轴向剖面构造图。
[0030]图3是药物缓释纳米纤维横截剖面构造图。
[0031]图中。I为芯层储液罐，2为皮层储液罐，3为喷丝头，4为芯层纺丝液，5为皮层纺丝液，6为纳米纤维。
【具体实施方式】
[0032]下面结合具体实施实例，进一步阐述本发明。以下实施实例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。应当指出，在属于本发明构思范围内的前提下，可以进行多种更改或变形，这些都属于本发明的保护范围。
[0033]如图1所示，本发明各实施例中使用的同轴静电纺丝装置包括芯层储液罐I和皮层储液罐2，芯层储液罐I和皮层储液罐2分别通过管路连接喷丝头3，喷丝头3的内孔用于喷出芯层纺丝液。
[0034]实施例1
[0035](I)采用现有的乳化固化法制备直径在20nm左右载有肝素的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA，50/50，MW40000Da)微球微球，将其置于IOml 二氯甲烷中，搅拌振荡混合均匀，制备得到芯层纺丝液；
[0036](2)将 1.0gPGA(特性黏度 1.4-1.8dL/g，190°C熔融指数为 0.4-0.7g/min)溶解在20ml 二氯甲烷溶剂中，搅拌振荡均匀后，制成皮层纺丝液；
[0037](3)将皮层纺丝液和芯层纺丝液分别装入皮层储液罐2和芯层储液罐I中，皮层纺丝液流速为1.0mL/h,喷丝头孔径为1.2mm ;芯层纺丝液流速为0.6mL/h,喷丝头直径为0.45mm;施加电压为17kV，接收距离为12cm，进行静电纺丝，纺丝过程中皮层纺丝液中的易挥发溶剂挥发形成贯通的孔洞，得到如图2所示的皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维。如图3所述，所述的药物缓释纳米纤维的孔洞的直径屯为30-40nm，皮层直径Cl1为600nm左右，芯层直径d2为IOOnm左右。
[0038](4)由紫外分光光度计法测试缓释曲线，缓释结果显示，该纳米纤维初期存在突释现象，前24小时释放达28%左右；到达第14天时，释放量达到其总量的47%，而后呈现稳定释放的趋势。
[0039]实施例2
[0040](I)采用现有的乳化-溶剂挥发法制备直径在20nm左右载有姜黄素的聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯三嵌段共聚物中(PCL-PEG-PCL)纳米微球，将其置于IOml水溶液溶剂中，搅拌振荡混合均匀，制得芯层纺丝液；
[0041](2)将0.6g聚左旋乳酸(PLLA)溶解在IOml三氯甲烷溶剂中，搅拌振荡均匀后，制成皮层纺丝液；
[0042](3)将皮层纺丝液和芯层纺丝液分别装入皮层储液罐2和芯层储液罐I中，皮层纺丝液流速为1.0mL/h,喷丝头直径为1.0mm ;芯层纺丝液流速为0.4mL/h,喷丝头直径为0.9mm;施加电压为18kV，接收距离为12cm，进行纺丝，纺丝过程中皮层纺丝液中的易挥发溶剂挥发形成贯通的孔洞，得到如图2所示的皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维。如图3所述，所述的药物缓释纳米纤维的孔洞的直径d3为30-40nm，皮层直径(I1为550nm左右，芯层直径d2为150nm左右。
[0043](4)由紫外分光光度计法测试缓释曲线，缓释结果显示，该纳米纤维在24小时内存在一个突释现象，释放率达28%左右，之后释放趋于平缓，96小时后释放率达65%左右。
[0044]实施例3
[0045](I)采用现有的溶剂挥发法制备直径在36nm左右载有多柔比星的聚乳酸(PLA)微球，将3mg微球分散于5ml水溶液中；
[0046](2)将1.0gPLGA溶解在IOml 二氯甲烷溶剂中，搅拌振荡均匀后，制成皮层纺丝液；
[0047](3)将皮层纺丝液和芯层纺丝液分别装入皮层储液罐2和芯层储液罐I中，皮层纺丝液流速为1.2mL/h,喷丝头直径为1.2mm ;芯层纺丝液流速为0.5mL/h,喷丝头直径为0.8mm;施加电压为18kV，接收距离为15cm，进行纺丝，纺丝过程中皮层纺丝液中的易挥发溶剂挥发形成贯通的孔洞，得到如图2所示的皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维。如图3所述，所述的药物缓释纳米纤维的孔洞的直径d3为30-40nm，皮层直径(I1为500nm左右，芯层直径d2为120nm左右。
[0048](4)由紫外分光光度计法测试缓释曲线，缓释结果显示，该纳米纤维8小时内存在突释，释放率约为50%左右，30小时后释放趋于平缓，100小时后释放率达70%。
[0049]实施例4
[0050](I)采用现有的纳米沉淀法制备直径在15nm左右载有紫杉醇的聚乳酸(PLA)微球，将其分散于5ml水溶液中，搅拌振荡混合均匀，制得芯层纺丝液；
[0051](2)将0.8gPCL溶解在IOml四氢呋喃溶剂中，搅拌振荡均匀后，制成皮层纺丝液；
[0052](3)将皮层纺丝液和芯层纺丝液分别装入皮层储液罐2和芯层储液罐I中，皮层纺丝液流速为1.5mL/h,喷丝头直径为1.0mm ;芯层纺丝液流速为0.5mL/h,喷丝头直径为
0.8mm;施加电压为20kV，接收距离为15cm，进行纺丝，纺丝过程中皮层纺丝液中的易挥发溶剂挥发形成贯通的孔洞，得到如图2所示的皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维。如图3所述，所述的药物缓释纳米纤维的孔洞的直径d3为40-50nm，皮层直径(I1为400nm左右，芯层直径d2为IOOnm左右。
[0053](4)由紫外分光光度计法测试缓释曲线，缓释结果显示，在释放的前7天紫杉醇以一个恒定的速度较快速的释放，之后，释放速率趋于平缓，在14天之后大约有90 %的紫杉醇被释放出来。
[0054]实施例5
[0055](I)采用现有的乳化-溶剂挥发法制备直径在IOnm左右载有水蛭素的壳聚糖(CS)微球，将其分散于水溶液中，搅拌振荡混合均匀，制得芯层纺丝液；
[0056](2)将0.8gPCL溶解在IOml 二氯甲烷溶剂中，搅拌振荡均匀后，制成皮层纺丝液；
[0057](3)将皮层纺丝液和芯层纺丝液分别装入皮层储液罐2和芯层储液罐I中，皮层纺丝液流速为1.5mL/h,喷丝头直径为1.2mm ;芯层纺丝液流速为0.4mL/h,喷丝头直径为
0.9mm;施加电压为20kV，接收距离为15cm，进行纺丝，纺丝过程中皮层纺丝液中的易挥发溶剂挥发形成贯通的孔洞，得到如图2所示的皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维。如图3所述，所述的药物缓释纳米纤维的孔洞的直径d3为40-50nm，皮层直径(I1为700nm左右，芯层直径d2为150nm左右。
[0058](4)由紫外分光光度计法测试缓释曲线，缓释结果显示，在I小时内突释率为15.67%，2小时内突释率为40%，6小时后到达释放平衡。
[0059]实施例6
[0060](I)采用现有的纳米沉淀法制备直径在50nm左右载有地塞米松的聚乙二醇-聚己内酯(PEG-PCL)微球，将其分散于水溶液中，搅拌振荡混合均匀，制得芯层纺丝液；
[0061](2)将0.5gPCL溶解在IOml氯仿溶剂中，搅拌振荡均匀后，制成皮层纺丝液；
[0062](3)将皮层纺丝液和芯层纺丝液分别装入皮层储液罐2和芯层储液罐I中，皮层纺丝液流速为1.2mL/h,喷丝头直径为1.0mm ;芯层纺丝液流速为0.4mL/h,喷丝头直径为
0.8mm;施加电压为20kV，接收距离为18cm，进行纺丝，纺丝过程中皮层纺丝液中的易挥发溶剂挥发形成贯通的孔洞，得到如图2所示的皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维。如图3所述，所述的药物缓释纳米纤维的孔洞的直径d3为40-50nm，皮层直径(I1为650nm左右，芯层直径d2为120nm左右。
[0063](4)由紫外分光光度计法测试缓释曲线，缓释结果显示，在开始的2天内释放较为快速60%的地塞米松被释放出来。2天-4天内释放减慢,释放率达77%。7天以后释放平衡，共有91 %的地塞米松被释放出来。
【权利要求】
1.一种药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤为: 步骤1:将载药微球置于有机溶剂中，搅拌振荡均匀，得到芯层纺丝液； 步骤2:将可降解溶质与易挥发溶剂混合均匀，制成皮层纺丝液； 步骤3:将皮层纺丝液和芯层纺丝液分别注入同轴喷丝头的皮层储液罐和芯层储液罐中，在室温下进行同轴静电纺丝，纺丝过程中皮层纺丝液中的易挥发溶剂挥发形成贯通的孔洞，得到皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维。
2.如权利要求1所述的药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤I中的载药微球采用乳化-化学交联法、乳化-溶剂挥发法、乳化-固化法、相分离法、喷雾干燥法或超流体临界法制备。
3.如权利要求1所述的药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中的同轴静电纺丝的纺丝参数为:皮层纺丝液的流速为1-1.5mL/h，芯层纺丝液流速为0.4-0.6mL/h，喷丝头直径为0.9-1.2mm，施加电压为15_25kV，接收距离为8_20cm。
4.如权利要求1所述的药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤I中的载药微球包括药物及其载体，载药微球的直径为10-20nm。
5.如权利要求4所述的药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述的药物为肝素、水蛭素、阿西单抗、紫杉醇、雷帕霉素、地塞米松，姜黄素或二烯丙基三硫化物。
6.如权利要求4所述的药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述的载体为壳聚糖、聚酯类、聚乳酸或聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
7.如权利要求1所述的药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤I的有机溶剂为聚己二醇、右旋糖苷、牛血清蛋白、聚环氧乙烷中的一种或两种以上的混合物。
8.如权利要求1所述的药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤2的易挥发溶剂为氯仿、苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、甲酸、乙酸中的一种或两种以上的混合物。
9.如权利要求1所述的药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中的可降解溶质的疏水性聚己内酯、乳酸聚己内酯共聚物、PLGA或PGA。
10.如权利要求1所述的药物缓释纳米纤维的制备方法，其特征在于，所得的皮层多孔、芯层包埋载药微球的药物缓释纳米纤维的皮层纤维直径Cl1为400-700nm，皮层孔洞屯直径为30-50nm，芯层纤维d2直径为100_150nm。
【文档编号】A61K9/50GK103966680SQ201410183306
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】王富军, 赵帆, 王璐, 李超婧, 葛鹏, 毛迎, 郭蕴仪, 刘婕妤 申请人:东华大学