5-氟尿嘧啶-二氧化硅載藥微粒制備條件的研究

邢軍 朱元峰 趙啟成 王景昌 詹世平（大連大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們獲得了越來越舒適的生活條件，但是與此同時(shí)也產(chǎn)生了很嚴(yán)重的環(huán)境污染和由此引發(fā)的人類自身的身體疾病，例如癌癥，如何遏制癌癥已成為了一個(gè)非常有前景的研究方向。

癌癥的治療方法大概分為手術(shù)治療，化學(xué)治療，放射線治療。顧名思義，手術(shù)治療就是通過在醫(yī)院的手術(shù)操作，通過用醫(yī)學(xué)儀器直接把癌細(xì)胞從人體里分離出去，不過這種方式風(fēng)險(xiǎn)大，費(fèi)用高，病人需要很久的恢復(fù)時(shí)間，雖說去除了癌癥細(xì)胞但是不一定完全去除，又存在轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。放射治療是讓病人暴露在各種的物理粒子射線下，讓癌細(xì)胞在受到輻射產(chǎn)生能量的作用下殺死癌細(xì)胞，弊端是人體的正常的細(xì)胞在受到這種能量的作用下也會(huì)受損或者死亡，破壞人體正常的生理代謝，免疫能力下降。化學(xué)治療是使用化學(xué)藥品來達(dá)到治療的目的，在服用藥物之后，藥會(huì)在人體內(nèi)釋放，借助于血液的循環(huán)，藥物分子會(huì)達(dá)到人體的每一個(gè)角落，雖說這種方式并不是很精確的治療癌細(xì)胞所在的病理區(qū)域，但是的確是目前治療癌癥的主要治療方式，對(duì)人體的副作用也是三種里最低的一種。

傳統(tǒng)的化學(xué)藥物療法存在諸多的弊端，例如：在人體內(nèi)存在時(shí)間過長，沒有良好的靶向效果，釋放的速度過快等。這一系列問題使人們迫切地需要一種更新穎的化學(xué)藥物療法。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)藥物的尺寸達(dá)到納米級(jí)別的時(shí)候，可以帶來一些特殊的性質(zhì)如定向功能、快速擴(kuò)散等等，這些性質(zhì)就可以用來治療人的病癥。因此由納米材料包裹的納米尺寸的抗癌藥物微膠囊備受關(guān)注。

微膠囊通過改變包含藥物的顆粒尺寸和自身密封結(jié)構(gòu)的滲透性，來形成一個(gè)隔絕外部環(huán)境的囊狀結(jié)構(gòu)。它既具備尺寸微小、內(nèi)部容積大以及自身的滲透性可控的優(yōu)點(diǎn)，也有因囊狀壁材的保護(hù)，使內(nèi)部藥物的藥效不受外部環(huán)境干擾的特性。在受到一定刺激的情況下，微膠囊可以調(diào)節(jié)自身的滲透率以便人體指定部位將藥物緩慢地釋放出來，并且在釋放完成后膠囊壁材可以被降解為小分子被排出體外，對(duì)人體健康沒有較大的危害[1,2]。

1 微膠囊的壁材和藥物介紹

二氧化硅作為硅酸鹽礦物大量分布在地殼中，也分布在植物、谷物和水果中。硅元素也廣泛存在于人體中，在人體的骨骼、血管、心臟、肌肉、皮膚、頭發(fā)、韌帶、軟骨和指甲中均含有硅，也是人體生長的必備元素。二氧化硅因其來源廣泛，無毒和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定成為一種新型的生物醫(yī)用材料。二氧化硅是一種非常穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)，其中的氧元素和硅元素是自然界里含量較多元素，二氧化硅廣泛分布在自然界中，和其它礦物質(zhì)一起組成了巖石，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。每4 個(gè)的氧原子通過共價(jià)鍵鍵合到硅原子上，與硅原子的化合價(jià)吻合。如果每個(gè)氧原子都是兩個(gè)多面體的組成部分，則與氧的化合價(jià)也能吻合，這樣就構(gòu)成了規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)。二氧化硅既不溶于水，也不溶于酸，但是可以與氫氟酸及熱濃磷酸反應(yīng)，還能和熔融狀態(tài)的堿類起反應(yīng)。

圖1 二氧化硅結(jié)構(gòu)

天然的二氧化硅分為結(jié)晶態(tài)與無定形。結(jié)晶態(tài)的代表是石英、鱗石英和方石英。純凈的石英為無色的晶體，體積大且透明棱柱狀的石英被稱為水晶。如果它帶有微量雜質(zhì)，就會(huì)讓水晶帶有不同的顏色，比如有紫水晶，茶晶等。無定形的代表是硅藻土，它是低等類屬于水生植物里面硅藻的遺體，通常呈現(xiàn)為白色的固體或者粉末狀，帶有多孔結(jié)構(gòu)，質(zhì)量十分的輕巧。同時(shí)，硅藻土還是一種質(zhì)地很軟的固體，吸附能力很強(qiáng)。二氧化硅的用途廣泛，主要應(yīng)用在制造玻璃，硅膠，瓷器，水泥等方面。納米級(jí)別的二氧化具有良好的表面易修飾性和生物相容性等眾多特征，被廣泛運(yùn)用于顯影成像、靶向傳遞、藥物協(xié)同治療等領(lǐng)域。

5-氟尿嘧啶是一種尿嘧啶的同系物，是一個(gè)擁有氟原子取代基的尿嘧啶。它的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖2所示。尿嘧啶的作用機(jī)理為在被癌細(xì)胞吸收以后，在癌細(xì)胞內(nèi)可以干擾DNA 的合成，從而影響RNA 的生成，最終會(huì)阻止蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，會(huì)對(duì)癌細(xì)胞內(nèi)的一些生理進(jìn)程造成破壞的影響，最后使得癌癥細(xì)胞得不到充分的營養(yǎng)物質(zhì)而死亡。被注射入人體以后，5-氟尿嘧啶的作用時(shí)間為22個(gè)小時(shí)，它存在人的組織液之中，并經(jīng)過癌細(xì)胞的識(shí)別后進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮功效。只有少部分不被人體所吸收，被人體排出體外。此外，5-氟尿嘧啶也有嚴(yán)重的副作用，即在服用以后會(huì)出現(xiàn)惡心、嘔吐和食欲不振等癥狀，嚴(yán)重的可在患者注射部位引起靜脈或動(dòng)脈處的炎癥。

圖5 五氟尿嘧啶結(jié)構(gòu)

2 載藥微膠囊的制備方法

2.1 反相乳液合成

反相乳液合成的體系主要包括以下幾種:水溶性單體，引發(fā)劑，水包油型乳化劑，有機(jī)溶劑等。該體系具有很高的反應(yīng)速率和較高的分子產(chǎn)量。反相乳液合成為溶液里的溶劑分子提供了一個(gè)穩(wěn)定的反應(yīng)環(huán)境，可以讓單體本身最終合成為粉狀或者乳狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。它所提供的反應(yīng)環(huán)境對(duì)于合成單體來說十分的溫和，有效地避免了不符合人們期望的副反應(yīng)出現(xiàn)，并且可以得到目標(biāo)產(chǎn)物。目前來說，通過這種合成方式得到的最終產(chǎn)品通常用于增稠劑，吸水性聚合物，以及生物醫(yī)藥的領(lǐng)域。但是這種合成方式也有不足之處，主要在于它的不穩(wěn)定性，需要在溶液中沉淀產(chǎn)物，并且還需要回收溶劑，操作復(fù)雜，生產(chǎn)成本昂貴。為了克服不足，再此基礎(chǔ)上提出了反向微乳液合成的改進(jìn)方法。

2.2 反向微乳液合成

反向微乳液合成是一種用來合成小尺寸顆粒的合成方式。它同樣是由水溶單體，油相介質(zhì)，乳化劑，引發(fā)劑組成。它能夠使單體最終存在于尺寸很小的顆粒膠束里，形成膠乳。這樣的體系既有良好的透明性還具有非常穩(wěn)定的熱力學(xué)性質(zhì)、兩者互不相容等優(yōu)點(diǎn)。近期來，研究者對(duì)這種體系的形成進(jìn)行了深入的研究，了解該體系的適用范圍。該體系一般應(yīng)用于光化學(xué)反應(yīng)、由光引發(fā)的合成反應(yīng)、藥物顆粒的微膠囊化方面，通過利用該體系還能使制備的材料尺寸到納米級(jí)別。反向微乳液合成具有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：第一個(gè)特點(diǎn)是它的顆粒尺寸很小，達(dá)到了10-100nm，處于一種透明的、穩(wěn)定的狀態(tài)；另外一個(gè)特征是它的溶液連續(xù)性，即當(dāng)溶液體系的水油相比例連續(xù)變化，它依舊可以保持良好的穩(wěn)定性，只不過當(dāng)水相多的時(shí)候是正向乳液合成，當(dāng)油相多的時(shí)候是反向乳液合成[3]。

3 驗(yàn)步驟及結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

將一定量的環(huán)己烷，正己醇和曲拉通-100 混合，制得油相溶液；將一定量的水與五氟尿嘧啶溶解混合后的水相溶液，再與油相溶液混合；混合液在充分?jǐn)嚢韬螅尤胍欢康恼杷嵋阴ズ桶彼芤汉箝_始反應(yīng)；反應(yīng)一定時(shí)間后，向溶液中加入無水乙醇形成了懸浮液，離心分離和干燥后，得到二氧化硅載五氟尿嘧啶納米微粒。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了探究水油相濃度和活性劑用量對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)率和包封率的影響，進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)，選擇了三個(gè)影響因素進(jìn)行研究，分別是油水比、水相濃度和反應(yīng)時(shí)間。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定每個(gè)因素對(duì)產(chǎn)率的影響程度，并確定最佳工藝參數(shù)。

對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了3因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，探究了三個(gè)因素共同作用時(shí)對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，可以看出，微球最佳的制備條件為：油相濃度1 mg/mL，水相濃度4 mg/mL和反應(yīng)時(shí)間24 h。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析

4 結(jié)語

采用反向乳液合成的二氧化硅載藥微膠囊具有合成簡單，可控性強(qiáng)和工藝條件溫和等特性，在藥物遞送傳遞系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。二氧化硅載藥微膠囊可以通過兩種途徑合成：（1）在預(yù)合成的二氧化硅中包封需要遞送的藥物；（2）二氧化硅納米粒子的形成與包封藥物同時(shí)進(jìn)行，可在較溫度下，通過反向微乳液合成獲得二氧化硅納米顆粒，同時(shí)包封溫度敏感的藥物、肽、蛋白質(zhì)，以及細(xì)胞。二氧化硅納米顆粒的孔隙率可以根據(jù)需要的載藥量和釋放速率而可控定制，并可獲得具有大表面積和孔體積的載體材料，表現(xiàn)出高藥物負(fù)載能力的優(yōu)勢(shì)。二氧化硅表面殘留的硅烷醇基團(tuán)還可以根據(jù)需求進(jìn)行功能化，制備靶向智能化的載藥微球。實(shí)驗(yàn)研究了油水比、水相濃度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)二氧化硅載5-氟尿嘧啶微粒收率的影響，獲得最佳的制備條件為：油相濃度1 mg/mL，水相濃度3 mg/mL 和反應(yīng)時(shí)間24 h。