一种附载抗菌成分的高分子微纳米粒及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种附载抗菌成分的高分子微纳米粒及其制备方法。首先制备含有吡咯烷酮功能基团的共聚高分子微纳米粒，然后通过吡咯烷酮功能基团的络合反应附载碘。所述微纳米聚合物粒子由亚甲基丁二酸酐、N-乙烯基吡咯烷酮、交联剂反应形成，亚甲基丁二酸酐、N-乙烯基吡咯烷酮、交联剂三者之间的用量比范围为：(2～4)∶(1～2)∶(1～2)；优选地，亚甲基丁二酸酐、N-乙烯基吡咯烷酮、交联剂三者之间的用量比范围为：(2～3)∶(1～1.5)∶(1～1.5)。所述附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子粒径小、粒度可调、具有缓释特性，可以延长抗菌作用时间，减少用药频率，降低药物毒性。
【专利说明】一种附载抗菌成分的高分子微纳米粒及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于新材料领域，涉及一种微纳米聚合物粒子，特别是一种附载抗菌成分 的微纳米聚合物粒子及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，临床上各种深部真菌感染明显增加，特别对免疫缺陷者如艾滋病患者、中 性粒细胞缺乏或减少者、器官或骨髓移植者、抗肿瘤化疗者、免疫抑制剂者、植入异物放置 导管者的发病率更高，其深部真菌感染的病死率可高达50%。另外，人工器官及其它植入物 在体内的感染往往是移植失败的主要原因，尤以人工心脏瓣膜心内膜炎最为严重，死亡率 很1?。
[0003] 常规的大剂量使用抗生素的方法疗效甚微，由于内脏器官或植入物的表面被人体 内多种蛋白质形成的生物膜所覆盖，药物难以透过该膜层。抗深部真菌药的品种有限，其毒 副作用又比一般抗菌药明显。为了有效杀死病菌，抗菌药物的用量比一般药物要高出很多 倍，所以抗菌药物通常具有不良反应，包括引起心律失常和肝脏毒性。而且不少病菌对许多 抗菌药产生耐药性，导致临床治疗越来越困难。
[0004] 理想的抗菌药物应该是，药物可以有选择性地、集中地分布到病变部位，并在必要 时间内维持一定浓度，即具有靶向性。纳米载体药物是目前纳米生物技术的热点研究领域， 主要应用于药物的祀向或局部给药制剂。纳米载体药物以纳米粒子作为药物的携带体，将 药物包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面。由于载药纳米粒的粒径小、比表面积大、对受体 组织的黏附性大，给药后滞留性及与组织的接触时间、接触面积均大为增加，从而可提高药 物的生物利用度、降低毒性、减少药剂用量。
[0005] 纳米载体技术能改变药物在制剂中的存在状态，使药物表现出缓控释性及靶向性 等优点。粒径小于200纳米的小颗粒能够克服人体的血脑屏障等效应，更大效率地进入到 身体的软组织细胞，使相应的药物具有比较好的疗效。
[0006] 本发明旨在设计提出一种新型化学结构的微纳米聚合物粒子及其制备方法，并通 过其具有的高络合活性功能基团将一种广谱、高效、安全的抗菌成分引进到纳米粒子，得到 一种附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是克服现有抗菌药物的不足，设计提出一种附载抗菌成分的微纳米 聚合物粒子。
[0008] 所述聚合物粒子具有新型的共聚高分子化学结构，粒子表面及内部凝胶网络含有 高络合活性的吡咯烷酮功能基团，可以方便地将一种广谱、高效、安全的抗菌成分引入到纳 米粒子，从而得到一种附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子。
[0009] 所述附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子粒径小、粒度可调、具有缓释特性，可以延 长抗菌作用时间，减少用药频率，降低药物毒性。
[0010] 本发明提供如下技术方案：
[0011] 一种附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子，包含如下化学结构的单元：
[0012]
[0013] 其中 η 为 10-10000,优选 100-1000。
[0014] 优选地，上述结构单元通过交联剂连接为交联结构。
[0015] 所述聚合物粒子的化学结构中同时含有酸酐基团和吡咯烷酮基团。
[0016] 所述聚合物粒子的化学结构中的吡咯烷酮基团络合了碘。
[0017] 本发明同时公开一种附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子的制备方法，所述制备方 法包含以下步骤，优选同时包含以下步骤：
[0018] 1、制备含有吡咯烷酮功能基团的共聚高分子微纳米粒；
[0019] 2、配制无水乙醇-碘溶液，浓度0· 1-18% ;
[0020] 3、将步骤1的高分子微纳米粒放入步骤2的无水乙醇-碘溶液中，超声震荡分散， 反应温度〇_75°C，时间10_120min ;
[0021] 4、反应完毕后，产物用高速离心机分离，转速5000-12000rpm ;
[0022] 5、用溶剂对离心产物进行洗涤，再次离心分离、洗涤，重复3-5次，以洗尽残余溶 剂和游离碘，所述溶剂选自：乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸戊酯、乙酸 异戊酯、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、甲乙酮、正己烷、环己烷、正庚烷中的至少一种或一种以 上的组合；
[0023] 6、将最终的离心产物放入真空烘箱，于60°C温度下烘干至恒重，得到附载抗菌成 分的微纳米聚合物粒子。
[0024] 其中，所述制备含有吡咯烷酮功能基团的共聚高分子微纳米粒，方法包含以下步 骤，优选同时包含以下步骤：
[0025] (1)按设定比例一次性投料反应单体、聚合引发剂和溶剂，充分溶解，混合均匀；
[0026] (2)将步骤⑴所配溶液进行通氮排氧，时间15_30min ;
[0027] (3)将步骤（2)的溶液体系置于恒温水浴中加热，反应温度45_120°C，反应时间 5-600min，搅拌速率 0-450rpm ;
[0028] (4)反应完毕后，形成灰蓝至乳白色胶体分散体系，将得到的产物用高速离心机分 离，转速 5000-12000rpm ;
[0029] (5)用步骤（1)所述溶剂对离心产物进行洗涤，再次离心分离、洗涤，重复3-5次， 以洗尽残余单体和引发剂；
[0030] (6)将最终的离心产物放入真空烘箱，于50°C -80°c温度下烘干至恒重，得到微纳 米聚合物凝胶粒子。
[0031] 其中，所述反应单体包含：亚甲基丁二酸酐、N-乙烯基吡咯烷酮、交联剂，优选同 时包含以上单体。
[0032] 优选地，所述单体由亚甲基丁二酸酐、N-乙烯基吡咯烷酮和交联剂组成。
[0033] 其中，亚甲基丁二酸酐、N-乙烯基吡咯烷酮、交联剂三者之间的用量比范围为： (2?4) : (1?2) : (1?2)。优选地，亚甲基丁二酸酐、N-乙烯基吡咯烷酮、交联剂三 者之间的用量比范围为：（2?3) : (1?1.5) : (1?1.5)。本申请的发明人预料不到地 发现，三者的比例在前述范围内能够得到微纳米聚合物凝胶粒子，且所述粒子的球形性好、 粒度均匀。
[0034] 所述单体含量占溶液总量的0. 5% -50 %，优选5 % -20% ;
[0035] 其中，交联剂为具有两个以上可聚合结构的分子，这类分子包括但不限于：二乙烯 基苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、Ν，Ν'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇双丙烯酸酯。
[0036] 交联剂含量占其他单体总量的0. 1% -50%，优选1% -15%。
[0037] 其中，所述聚合引发剂选自本领域专业技术人员所公知的热聚合引发剂，这类引 发剂包括但不限于：异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二特丁基、 过氧化十二酰、过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸特丁酯、过氧化二碳酸二异丙基酯、过氧化 二碳酸二环己酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种。
[0038] 所述聚合引发剂含量占溶液总量的0.01% -0.5%，优选0.01% -0. 1%。
[0039] 其中，所述溶剂对于实现本发明中的亚甲基丁二酸酐、Ν-乙烯基吡咯烷酮、交联剂 的聚合反应形成微纳米聚合物凝胶粒子非常关键。溶剂必须对于亚甲基丁二酸酐、Ν-乙 烯基吡咯烷酮、交联剂单体以及引发剂都有良好的溶解作用，以保证反应前为均相体系；而 且，溶剂必须对于所生成的共聚物大分子链不能溶解，当大分子链达到一定的临界长度后 便从介质中沉析出来，形成微纳米聚合物凝胶粒子分散于溶剂当中。
[0040] 所述溶剂选自以下三类：（a)有机酸烷基酯：甲酸酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸 异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯、乙酸苄酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丁 酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯、丁酸异戊酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丙酯、苯甲酸丁 酯、苯甲酸异戊酯、苯乙酸甲酯、苯乙酸乙酯；(b)酮类：丙酮、甲乙酮、戊酮、环己酮；（c)烷 烃类：正己烷、环己烷、正庚烷。优选地，所述溶剂由有机酸烷基酯、酮类、烷烃类组合而成。
[0041] 优选地，有机酸烷基酯、酮类、烷烃类三者之间的用量比范围为：（5?8) : (1? 3) : (1?2)。优选地，有机酸烷基酯、酮类、烷烃类三者之间的用量比范围为：（6? 7) : (1?2) : (1?1.5)。更优选地，所述溶剂由乙酸丁酯、环己酮和环己烷组成。
[0042] 需要特别说明的是，本聚合反应体系在无分散剂添加的情况下亦可正常反应并得 到微纳米聚合物凝胶粒子，这是本发明制备方法与一般聚合物凝胶粒子制备方法的不同。
[0043] 其中，所述搅拌速率为0_450rpm，即在搅拌速率为0的情况下，亦可正常反应并制 备聚合物乳胶粒子，与搅拌条件下的反应相比，粒子的形态和大小会有所不同。这是本发明 制备聚合物乳胶粒子工艺方法的又一特色。
[0044] 本发明所制备的附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子用扫描电子显微镜进行形貌 观察，用激光粒度分析仪进行粒径统计分析，用紫外光谱仪进行化学结构的分析表征。
[0045] 本发明所制备的附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子粒度均匀，其粒径可以通 过反应时间、单体浓度、交联剂浓度、溶剂种类和配比等工艺参数进行调控，粒径范围在 10nm-10 μ m之间，优选在20nm_5 μ m之间。
[0046] 本发明所制备的附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子，其粒径分散系数在1. 02-1. 1 之间，接近单分散性。
[0047] 本发明所制备的附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子，紫外光谱分析其化学结构表 明，聚合物分子结构中包含高络合反应活性的吡咯烷酮基团，是一种新型化学组成的微纳 米聚合物粒子；与无水乙醇-碘溶液反应后，紫外光谱检测到明显的络合物吸收峰，清楚地 表明得到一种附载聚维酮-碘抗菌成分的微纳米聚合物粒子。
[0048] 本发明所制备的附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子，以大肠杆菌（革兰氏阴性菌 G_)、金黄色葡萄球菌（革兰氏阳性菌G+)、白色念珠菌（真菌）为代表菌种进行了抗菌实验， 结果表明附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子对菌、G+菌以及真菌都有很强的、持久的杀 灭作用，表明附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子具有广谱、高效、持久的杀菌性能。
[0049] 上述技术方案所公开的一种表面功能化的微纳米聚合物凝胶粒子及其制备方法， 具有以下优点：
[0050] 1)设计合成附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子，其分子结构中包含高络合反应活 性的吡咯烷酮基团，是一种新型化学组成的微纳米聚合物粒子；
[0051] 2)附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子的制备工艺简便，在无水乙醇-碘溶液中反 应后，可以得到一种附载聚维酮-碘抗菌成分的微纳米聚合物粒子；
[0052] 3)本发明所制备的附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子，对革兰氏阴性菌、革兰氏 阳性菌以及真菌都有很强的、持久的杀灭作用，表明附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子具 有广谱、高效、持久的杀菌性能。
[0053] 本发明提供的一种附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子，可以用于皮肤及皮下感染 和促进伤口愈合，也可用于内脏深部真菌感染、人工器官及其它植入物在体内的感染，附载 抗菌成分的微纳米聚合物粒子能够选择性地到达人体特定病变组织，并缓慢释放出抗菌成 分，最大限度地增强药物的疗效，同时降低药物系统的毒副作用，减少给药次数。
【专利附图】
【附图说明】
[0054] 图1 (a)为实施例1微纳米聚合物粒子的扫描电子显微镜照片。
[0055] 图1 (b)为实施例1附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子扫描电子显微镜照片。
[0056] 图2(a)为实施例2微纳米聚合物粒子的扫描电子显微镜照片。
[0057] 图2(b)为实施例2附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子扫描电子显微镜照片。
[0058] 图3(a)为实施例3微纳米聚合物粒子的扫描电子显微镜照片。
[0059] 图3(b)为实施例3附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子扫描电子显微镜照片。
[0060] 图4为本发明附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子的紫外光谱图。
【具体实施方式】
[0061] 下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步详细说明，以下实施例用 于说明本发明，但不用于限制本发明的范围。
[0062] 本发明所公开的一种附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子，其形貌如图1-3扫描电 子显微镜图片所示。所述聚合物凝胶粒子球形性好，粒径可调，而且粒度均匀，接近单分散 性。
[0063] 本发明所公开的一种附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子，其化学结构如图4紫光 光谱图所示。可以看到，紫外吸收曲线在295nm处出现了一个特征吸收峰，这是吡咯烷酮 基团存在的标志，表明本发明所制备的微纳米聚合物粒子的化学结构中包含高络合反应活 性的吡咯烷酮基团，是一种新型化学组成的微纳米聚合物粒子。所述聚合物粒子与无水乙 醇-碘溶液反应后，紫外光谱检测到在360nm左右出现了一个新的很强的吸收峰，这表明了 吡咯烷酮-碘络合物的形成，从而表明本发明最终得到一种附载聚维酮-碘抗菌成分的微 纳米聚合物粒子。
[0064] 所述吡咯烷酮基团上的N、0原子由于皆含有孤对电子，故它的一个重要特点是具 有很强的络合能力，可以与含有空轨道的过渡金属$63+，&!2+，？132+，!^ 2+)、吸电的卤素、药物 分子等进行配位络合，形成络合物。本发明所制备的具有新型化学组成的微纳米聚合物粒 子，其粒子表面及凝胶网络内部皆含有高反应活性的吡咯烷酮基团，这些功能性基团可以 发生一系列化学、生物化学的后续反应，从而为微纳米聚合物粒子的化学修饰、生物修饰、 药物络合等后功能化提供了极大的方便，因而在生物医药领域有广阔的应用价值。
[0065] 附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子的制备方法：首先制备含有吡咯烷酮功能基团 的共聚高分子微纳米粒。然后，配制无水乙醇-碘溶液，浓度〇. 1-18% ;将上述制备的高 分子微纳米粒放入步骤2的无水乙醇-碘溶液中，超声震荡分散，反应温度0-75°C，时间 10-120min ;反应完毕后，产物用高速离心机分离，转速5000-12000rpm ;用溶剂对离心产物 进行洗涤，再次离心分离、洗涤，重复3-5次，以洗尽残余溶剂和游离碘，所述溶剂选自：乙 酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯、乙醇、丙醇、异丙醇、丙 酮、甲乙酮、正己烷、环己烷、正庚烷中的至少一种或一种以上的组合；将最终的离心产物放 入真空烘箱，于60°C温度下烘干至恒重，得到附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子。
[0066] 用HITACHI H-800扫描电子显微镜观察附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子的形 貌。将离心洗涤后的产物用溶剂分散、稀释，超声震荡15分钟，然后用滴管吸取少量样品滴 于载玻片上，自然晾干，表面喷金处理。
[0067] 用Malvern Mastersize2000激光粒度分析仪测定附载抗菌成分的微纳米聚合物 粒子的粒径和粒径分布。将离心洗涤后的产物用溶剂分散、稀释，在超声波发生器中充分震 荡，使粒子散开，然后进行仪器分析。数据统计分析方法如下：
【权利要求】
1. 一种附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子，包含如下化学结构的单元：
其中，η = 10-10000 ; 优选地，上述结构单元通过交联剂连接为交联结构； 所述聚合物粒子的化学结构中同时含有酸酐基团和吡咯烷酮基团； 所述聚合物粒子的化学结构中的吡咯烷酮基团络合了碘。
2. -种权利要求1所述的附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子的制备方法，所述制备方 法包含以下步骤： (1) 制备含有吡咯烷酮功能基团的共聚高分子微纳米粒； (2) 配制无水乙醇-碘溶液，浓度0. 1-18% ; (3) 将步骤1的高分子微纳米粒放入步骤2的无水乙醇-碘溶液中，超声震荡分散，反 应温度 〇_75°C，时间 10_120min ; (4) 反应完毕后，产物用高速离心机分离，转速5000-12000rpm ; (5) 用溶剂对离心产物进行洗涤，再次离心分离、洗涤，重复3-5次，以洗尽残余溶剂和 游离碘，所述溶剂选自：乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸戊酯、乙酸异戊 酯、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、甲乙酮、正己烷、环己烷、正庚烷中的至少一种或一种以上的 组合； (6) 将最终的离心产物放入真空烘箱，于60°C温度下烘干至恒重，得到附载抗菌成分 的微纳米聚合物粒子。
3. 如权利要求2所述的一种附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子的制备方法，所述制备 含有吡咯烷酮功能基团的共聚高分子微纳米粒方法包含以下步骤： (1) 按设定比例一次性投料反应单体、聚合引发剂和溶剂，充分溶解，混合均匀； (2) 将步骤（1)所配溶液进行通氮排氧，时间15-30min ; (3) 将步骤（2)的溶液体系置于恒温水浴中加热，反应温度45-120°C，反应时间 5-600min，搅拌速率 0-450rpm ; (4) 反应完毕后，形成灰蓝至乳白色胶体分散体系，将得到的产物用高速离心机分离， 转速 5000-12000rpm ; (5) 用步骤（1)所述溶剂对离心产物进行洗涤，再次离心分离、洗涤，重复3-5次，以洗 尽残余单体和引发剂； (6) 将最终的离心产物放入真空烘箱，于50°C -80°C温度下烘干至恒重，得到高分子微 纳米粒。
4. 如权利要求3所述制备含有吡咯烷酮功能基团的共聚高分子微纳米粒方法，所述反 应单体包含：亚甲基丁二酸酐、N-乙烯基吡咯烷酮、交联剂，优选同时包含以上单体；优选 亚甲基丁二酸酐、N-乙烯基吡咯烷酮、交联剂三者之间的用量比范围为 ：（2?4) : (1? 2) : (1?2);更优选亚甲基丁二酸酐、N-乙烯基吡咯烷酮、交联剂三者之间的用量比范 围为：（2?3) : (1?1.5) : (1?1.5);所述单体含量占溶液总量的0.5^-50%，优选 5% -20%。
5. 如权利要求3所述制备含有吡咯烷酮功能基团的共聚高分子微纳米粒方法，所述交 联剂为具有两个以上可聚合结构的分子，这类分子包括但不限于：二乙烯基苯、二甲基丙烯 酸乙二醇酯、Ν，Ν'-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇双丙烯酸酯，交联剂含量占其他单体总 量的 0· 1% -50%，优选 1% -15%。
6. 如权利要求3所述制备含有吡咯烷酮功能基团的共聚高分子微纳米粒方法，所述聚 合引发剂选自本领域专业技术人员所公知的热聚合引发剂，这类引发剂包括但不限于：异 丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二特丁基、过氧化十二酰、过氧化 二苯甲酰、过氧化苯甲酸特丁酯、过氧化二碳酸二异丙基酯、过氧化二碳酸二环己酯、偶氮 二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种，所述引发剂含量占溶液总量的〇. 01% -〇. 5%，优 选 0· 01% -0· 1%
7. 如权利要求3所述制备含有吡咯烷酮功能基团的共聚高分子微纳米粒方法，所述溶 剂选自：甲酸酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯、乙 酸苄酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯、丁酸异戊酯、苯甲 酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丙酯、苯甲酸丁酯、苯甲酸异戊酯、苯乙酸甲酯、苯乙酸乙酯、丙 酮、甲乙酮、正己烷、环己烷中的至少一种或一种以上的组合。
8. 如权利要求7所述的方法，所述溶剂由有机酸烷基酯、酮类、烷烃类组合而成，优选 地，有机酸烷基酯、酮类、烷烃类三者之间的用量比范围为：（5?8) : (1?3) : (1?2); 优选地，有机酸烷基酯、酮类、烷烃类三者之间的用量比范围为：（6?7) : (1?2) : (1? 1. 5);更优选地，所述溶剂由乙酸丁酯、环己酮和环己烷组成。
9. 如权利要求1所述的一种附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子或权利要求2-8任意 一项制备方法得到的附载抗菌成分的微纳米聚合物粒子的用途，可以用于皮肤及皮下感染 和促进伤口愈合，也可用于内脏深部真菌感染、人工器官及其它植入物在体内的感染，附载 抗菌成分的微纳米聚合物粒子能够选择性地到达人体特定病变组织，并缓慢释放出抗菌成 分，最大限度地增强药物的疗效，同时降低药物系统的毒副作用，减少给药次数。
【文档编号】A61K47/48GK104147610SQ201410290933
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】李楠, 邢长民, 王雪明, 张萌, 张 林, 翟俊山, 李娜, 朱建华 申请人:中国人民解放军第三○九医院, 济宁道淼新材料科技有限公司