自組裝法制備載有阿奇霉素的聚己內酯納米微球的研究

張幼維，趙炯心

（纖維材料改性國家重點實驗室，東華大學材料科學與工程學院，上海 201620）

研究論文

自組裝法制備載有阿奇霉素的聚己內酯納米微球的研究

張幼維，趙炯心

（纖維材料改性國家重點實驗室，東華大學材料科學與工程學院，上海 201620）

在沒有表面活性劑存在的條件下，通過微相逆轉法，阿奇霉素與聚己內酯自組裝形成了載有阿奇霉素的聚己內酯納米微球。采用動態激光光散射、掃描電鏡觀察、原子力顯微鏡觀察、紫外分光光度法等手段表征了納米微球的大小、形態以及包封率和載藥量，并探討了納米微球的形成機理。研究結果表明，采用微相逆轉法可以成功制得高包封率和高載藥量的載藥納米微球，且其水分散液在低溫下十分穩定。

阿奇霉素 聚己內酯 自組裝

阿奇霉素是新一代大環內酯類抗生素，主要用于呼吸道、皮膚和軟組織感染［1］。阿奇霉素具有對酸穩定、半衰期長、在感染部位組織及細胞內濃度高等優點，但存在體內分布廣泛，對肝、腎有一定損害，不能長期使用等缺點。為降低阿奇霉素的不良反應，美國輝瑞制藥公司開發的阿奇霉素緩釋制劑，已于2005年6月經FDA批準上市，用于成人輕中度急性細菌性鼻炎（ABS）和社區獲得性肺炎（CAP）的治療。

通常采用乳化溶劑揮發法和乳化溶劑擴散法等，制備各種載藥的緩釋微球［2－4］，但由此制備得到的微球，其尺寸較大，通常在微米級，因而無法通過粘膜或經體循環直接把藥物輸送到靶向組織；同時由于其疏水的表面，微球也極易被蛋白質吸附和被網狀內皮系統的巨噬細胞識別并捕捉。為克服這種缺陷，現有文獻或專利采用引入親水性嵌段或接枝鏈的方法，制備兩親性嵌段或接枝共聚物，然后將其作為載體材料，通過與藥物在選擇性溶劑中共膠束化，制備得到核由疏水嵌段或接枝鏈和疏水藥物組成、殼由親水嵌段或接枝鏈組成的載藥納米微球［5－6］。

筆者報道了一種簡便的制備載藥納米微球的方法——微相逆轉法。選用具有良好人體安全性及可生物降解性的聚己內酯（PCL）作為載體材料，通過微相逆轉方法制備了載有阿奇霉素的PCL納米微球，對微球的尺寸、形態以及載料量、包封率等進行了表征。

1 實 驗

1.1 原料

阿奇霉素（Azi，純度≥95%），上海華藍化學科技有限公司；

阿奇霉素標準品，純度為92.8%，中國藥品生物制品檢定所；

聚己內酯（PCL），深圳市易生新材料有限公司（Mn＝8.938×104g／mol，Mw＝9.852×104g／mol，D＝1.1）；

N，N-二甲基甲酰胺（DMF），分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

甲醇，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；纖維素半透膜，截留分子質量為14 000，上海綠鳥科技有限公司。

1.2 載有阿奇霉素的聚己內酯納米微球的制備

首先，將裝有適量PCL和DMF的容量瓶放在磁力攪拌器上攪拌過夜，配制濃度為15 mg／m L的PCL／DMF溶液母液（其他濃度的PCL／DMF溶液由該母液稀釋得到）。然后，用移液管移取5 mL PCL／DMF溶液，并加入適量的阿奇霉素粉末，磁力攪拌10 min使其溶解并均勻分散。接著，將上述含有阿奇霉素和PCL的DMF溶液用上海奧爾科特生物科技有限公司生產的ALC-IP型精密微量注射泵以2m L／h的速度注入50 m L處于磁力攪拌的去離子水中。注入結束后，繼續攪拌30 min。然后將其轉入透析袋中，對水透析3天，每天換3～4次水，以除去DMF以及未包封的阿奇霉素。將制備得到的載有阿奇霉素的聚己內酯納米微球的水分散液置于4℃冰箱中保存。

1.3 載藥量和包封率的測定

將阿奇霉素標準品溶于甲醇中，精確配制一系列已知濃度的阿奇霉素／甲醇溶液。然后采用UV-7504PC型紫外可見分光光度計測定溶液在205 nm處的紫外吸收值，繪制標準曲線。

將1.2制備的載藥納米微球的水分散液冷凍干燥，得到微球粉末。精密稱取適量的載藥納米微球粉末攪拌分散于10 m L甲醇中。靜置后取上清液，并用0.2μm的有機相濾器過濾后，測定其在205 nm處的紫外吸收。根據標準曲線計算微球粉末中阿奇霉素的含量，并計算載藥量（LC）和包封率（EE）。

1.4 分析測試

納米微球的流體力學直徑和多分散性系數用Malvern粒徑儀（DTS1060）測定，重復測定3次，取平均值。微球的形態用philips XL 30掃描電鏡和Nanoscope IV（Digital Instruments）原子力顯微鏡（AFM）觀察。將5μL的納米微球分散液小心滴在洗凈的玻璃小片上，待水基本揮干后，轉入干燥器中干燥48 h，經噴金后進行掃描電鏡測試。將5μL的納米微球分散液小心滴在新辟開的云母片上，在室溫下干燥12 h后轉入40℃的烘箱中干燥2 h，進行AFM測試，在空氣中采用Tapping mode觀察。

2 結果與討論

2.1 聚己內酯－阿奇霉素納米微球的制備

通常高分子材料的微粒化需要大量乳化劑的輔助。筆者在研究中發現［7］，在沒有表面活性劑的存在下，聚己內酯（PCL）可以通過微相逆轉方法生成納米粒子。即，將PCL的有機溶劑（二甲基甲酰胺，四氫呋喃，二氧六環）的稀溶液逐滴緩慢加入大量處于攪拌的去離子水中，就會出現納米聚集體特有的淡藍色乳光。形成的PCL納米粒子的尺寸隨著溶劑極性的增大而減小。將PCL／有機溶劑溶液滴加入水中后，體系由原先的PCL的良溶劑轉變為不良溶劑，PCL分子鏈會聚集坍塌，親水性的PCL端羧基和端羥基會選擇性地遷移并富集在聚集體的表面，從而使其得以穩定（圖1）。

圖1 無皂PCL納米粒子的形成示意圖

PCL具有優越的可生物降解性和生物相容性，并獲得了美國FDA的批準，因而是一種理想的藥物載體材料［8］。在本文中，筆者嘗試采用這種微相逆轉方法來制備載藥納米微球。將阿奇霉素和PCL共同溶解于DMF中，然后將溶液緩慢注入處于攪拌的大量去離子水中，制備得到了帶有淡藍色乳光的分散液。當保持溶液與水的體積比為1∶10時，在PCL濃度小于20 mg／m L、阿奇霉素濃度小于10 mg／m L條件下，制備得到的分散液透明，沒有出現宏觀沉淀物。

筆者認為，在相轉變過程中，由于阿奇霉素的疏水性，阿奇霉素會和PCL一起聚集坍塌，從而形成內部為阿奇霉素和PCL、表層為PCL端基的聚己內酯－阿奇霉素納米微球（即載藥納米微球）（圖2）。

圖2 載有阿奇霉素的PCL納米微球的形成示意圖

2.2 載藥納米微球的尺寸和形態

圖3、圖4和圖5分別是PCL濃度為12.5 mg／m L、阿奇霉素濃度為5.0 mg／mL的PCL／AZ／DMF溶液制備得到的載藥PCL納米微球的流體力學直徑分布圖、掃描電鏡照片和原子力顯微鏡照片。從圖3中可以看到，微球尺寸分布在59～250 nm之間，尺寸較小（＜Dh＞＝107.5 nm），分布也較窄（PDI＝0.09）。由圖4可以看出，載藥納米微球基本呈圓形，粒徑在60～220 nm之間，與動態光散射的結果相吻合（圖3）。

從圖5載藥PCL納米微球的AFM照片可以看到，納米微球具有很好的圓形輪廓，表面光滑，且直徑的分布較均勻，同時坍塌十分嚴重（直徑在120～230 nm之間，而高度＜10 nm）。在AFM制樣過程中，為加速微球的干燥，筆者將樣品在40℃烘箱中放置了2 h。由于PCL的玻璃化轉變溫度很低，約為－60℃，其熔點也僅為60℃，因而，在40℃熱處理條件下，PCL大分子鏈可能會發生明顯的形變，從而導致微球在基底上嚴重坍塌。

圖3 載藥PCL納米微球的流體力學直徑分布圖

圖4 載藥PCL納米微球的SEM照片

圖5 載藥PCL納米微球的AFM照片

2.3 制備條件對載藥微球的尺寸、載藥量和包封率的影響

表1為固定初始溶液中PCL的濃度，改變阿奇霉素投料量制備得到的一系列載藥微球的尺寸、多分散性系數、載藥量和包封率數據。從表1中可以看出，隨著初始溶液中阿奇霉素的投料濃度從0增加到4.0 mg／m L，載藥PCL納米微球的尺寸稍有變大（＜Dh＞從90 nm增加至104 nm），多分散系數（μ／Г2）基本保持不變。當阿奇霉素的投料濃度繼續增大到5.0 mg／m L時，載藥PCL納米微球的粒徑和多分散系數均明顯增大（＜Dh＞從104 nm增至124 nm；μ／Г2由0.13增至0.27），且其流體力學直徑分布曲線為雙峰分布，說明體系中開始出現尺寸較大的聚集體。從表1中還可以看到，隨著阿奇霉素投料濃度的增加，載藥微球的載藥量逐漸增加；在1.0～4.0 mg／m L的阿奇霉素濃度范圍內，載藥微球的包封率均很大，當阿奇霉素濃度增至5.0 mg／m L時，包封率開始有所下降，但仍較大（92.5%）。高的包封率可歸因于PCL與阿奇霉素結構的相似性。PCL和阿奇霉素均為內酯類結構（圖6），兩者都含有大量的酯基，因此具有良好的相容性。此外，阿奇霉素還含有大量的羥基，可與PCL的酯羰基形成氫鍵作用，這也有助于兩者的相容。

表1 阿奇霉素（Azi）的濃度對載藥微球尺寸、多分散性系數（μ／Г2）、載藥量（LC）和包封率（EE）的影響

圖6 PCL和阿奇霉素的化學結構式

表2 初始PCL濃度對載藥微球尺寸、多分散性系數（μ／Г2）、載藥量和包封率的影響

表2為固定初始溶液中阿奇霉素與PCL的投料比例，改變PCL濃度制備得到的一系列載藥微球的尺寸、多分散性系數、載藥量和包封率數據。從表2中可以看出，隨著PCL濃度從5 mg／m L增加到15 mg／m L，載藥微球的尺寸先是減少然后增加。從整體上看，載藥微球的尺寸變化幅度較小（＜Dh＞在87～114 nm之間）。從表2中還可以看到，當維持較低的阿奇霉素投料量（投料載藥量為28.6%）時，載藥微球的包封率很高，在98%以上。

2.4 載藥微球的穩定性

將PCL濃度為12.5 mg／m L、阿奇霉素濃度為5.0 mg／m L條件下制備得到的載藥PCL納米微球的水分散液在4℃冰箱中存放6個月后，溶液表觀沒有發生變化。0，1，2，4，6個月的載藥量分別為27.9%，27.8%，27.4%，26.9%和27.6%；粒徑分別為107.3，109.2，108.8，106.5，106.2 nm。說明在低溫下，載藥 PCL納米微球的水分散液十分穩定。

3 結 論

通過微相逆轉方法，阿奇霉素和聚己內酯可以在水中自組裝形成穩定分散的載藥PCL納米微球。該方法簡便，無需使用表面活性劑，包封率和載藥量均較高。同時，載藥PCL納米微球的水分散液具有良好的穩定性。

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Preparation of Poly（ε-cap rolactone）-Azithrom ycin Nanospheres via Self-assem b ly

Zhang Youwei，Zhao Jiongxin

（State Key Laboratory for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials，College of Material Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201620，China）

In the absence of surfactants，azithromycin（Azi）and poly（ε-caprolactone）（PCL）self-assemble into PCL-Azinanospheres viamini-phase inversion method.Dynamic light scattering，SEM and AFM observations，as well as ultraviolet spectroscopy were used to characterize the size，morphology，encapsulation efficiency（EE）and loading capacity（LC）of PCL-Azi nanospheres.Also，the formation mechanism of the nanospheres was discussed. The results show that PCL-Azi nanospheres with high EE（＞90%）and LC（＞40%）can be facilely prepared via the mini-phase inversion method，and the water dispersion of the nanospheres was very stable at low temperatures.

azithromycin；poly（ε-caprolactone）；m ini-phase inversion method；self-assembly

O69；TQ46

A

1006-334X（2014）04-0001-04

2014－10－25

張幼維（1974—），女，浙江奉化人，教授，研究方向為聚合物基納米微球。