聚羥基烷酸酯緩釋微球制備技術研究進展

梅 鑫，白 雪，張 嬋

(太原科技大學 環境科學與工程學院，太原 030024)

緩釋技術是通過某些措施，使藥物在特定時間內以一定規律緩慢釋放于環境中，并在較長時間內能夠維持有效濃度。緩釋載藥微球是由藥物分散于載體材料中或吸附于其表面而形成，常見載體材料可分為天然高分子材料、合成高分子材料和無機高分子材料等類型(表1)。近年來，已有文獻報道利用緩釋技術制備載農藥微球的研究[1]。

表1 常見載藥微球載體材料

與難降解、污染環境的聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等[20]載體材料相比，聚羥基烷酸酯(PHAs)是一類由微生物發酵合成的高分子材料，可作為微生物體內的碳源與能源貯藏物[21]，能直接被環境中的微生物降解，對環境無污染[22-25]。其具有優良的理化和生物特性，如熱塑性、力學機械性能、生物相容性、表面可修飾性和抗紫外性能等。PHAs家族中常見的有聚羥基丁酸[PHB]、羥基丁酸與羥基戊酸共聚物[P(HB-HV)]、羥基丁酸與羥基己酸共聚物[P(HB-HH)]等。本文從PHAs的理化性質、載藥微球的制備技術及應用等方面進行了綜述，為更多PHAs載藥緩釋微球劑型的研制提供一定方法和技術參考。

1 PHAs的結構與性質

PHAs是由一個羥基脂肪酸的-COOH與另一個羥基脂肪酸的-OH脫水聚合而成[23]，其通用分子結構如圖1。依據PHAs單體中碳原子數目，可將其分為短鏈PHAs (SCL-PHAs)和中長鏈PHAs (MCL-PHAs C6~C16)。SCL-PHAs單體含有3~5個碳原子，如PHB；MCL-PHAs單體含有6~16個碳原子，如P (HB-HV)、P (HB-HH)等，多為共聚物。從性質角度而言，SCL-PHAs的結晶度較高，其硬度和脆性高于MCL-PHAs，而MCL-PHAs的柔韌性優于SCL-PHAs。此外，PHAs具有良好的生物降解性、生物相容性和表面可修飾性。以上特性均為PHAs用作載體材料奠定了基礎。

圖1 PHAs的通用分子結構

2 PHAs載藥緩釋微球的制備方法

2.1 溶劑揮發法

溶劑揮發法是制備載藥微球最常用的方法之一。采用此方法制備出的納米粒分散均勻，呈球形，且包封率較高。但其制備過程中需要高速勻漿機，耗能大，僅適用于實驗室中小劑量的制備，不利于工業化生產[26]。其一般步驟如下：首先將脂溶性載體材料溶于易揮發有機溶劑形成油相，再緩慢滴加到含乳化劑(分散劑)的水相中，機械攪拌形成乳狀液，再低速攪拌從其中去除揮發性有機溶劑而形成微球。該法適用于多種聚合物載體，其制備工藝的影響因素主要包括聚合物理化性質、乳化劑濃度、有機相/水相體積比、攪拌速率等。水溶性的農藥適于用油包水的方法，脂溶性的農藥更適用于水包油的方法。Grillo等[14]采用油包水的方法制備了載除草劑莠去津的聚羥基丁酸-羥基戊酸酯微球。體外釋藥結果表明，與未包封的莠去津相比，微球中莠去津通過載體表面孔隙而緩慢釋放，具有明顯的緩釋效果。Monnier[27]以PHBHV、PEG為載體材料，采用w/o/w復乳化溶劑揮發法制備了PHBHV/PEG載肝素微球，通過添加PEG降低了PHBHV載肝素微球中肝素的突釋效應，可將其應用于組織再生領域。

2.2 噴霧干燥法

在載藥微球的制備過程中，噴霧干燥法是將藥物與載體材料溶解在適宜的溶劑中，通過霧化器在短時間內將上述溶劑霧化成粒徑小、表面積大的小液滴，再與高溫氣流接觸，液滴中的溶劑瞬間蒸發而固化形成微球。該法產量高，重現性好，廣泛應用于制藥、食品等領域。Anton等[28]采用納米噴霧干燥儀制備了PHB載紫杉醇微球，大大延長紫杉醇的體外釋藥時間至2個月。該劑型可作為長效抗癌藥物應用于臨床癌癥治療中。

2.3 超臨界流體法

超臨界流體法的核心是超臨界流體，這是一種優良的結晶溶劑，是由物質達到一定臨界溫度和壓力以上形成的流體，兼具氣體和液體的優點。超臨界流體法用于微球制備的基本原理是將藥物或有效成分溶解在適宜溶劑中形成一定濃度的溶液，然后與超臨界狀態下的介質(常用的為CO2)接觸，二者發生快速的相互擴散，溶劑體積膨脹，密度下降，造成溶液對溶質的溶解能力降低，從而在短時間內形成極高的過飽和度，沉淀析出純度高、粒徑均勻的超細顆粒物[29,30]。該方法操作條件溫和，對農藥有效成分的破壞少，尤其適用于處理脂溶性農藥，且CO2是無毒、廉價的溶劑，在使用過程中無毒無污染。但由于CO2是非極性物質，只能萃取極性較低的親脂性物質及低分子量的脂肪烴，如醇、醚、醛及內酯等物質[31]，對于極性較大的親水性分子、金屬離子及相對分子量較大的物質萃取效果不夠理想。Machado Jr等[32]以PHBV為載體，二氯甲烷為有機溶劑，采用超臨界流體增強分散技術(SEDS)研究了超臨界CO2作為抗溶劑對蝦青素的包封效果。共沉淀試驗表明壓力 100 bar時獲得了粒徑較小(0.128 μm)、包封率較高(48.25 %)的顆粒。Mendon?a等[33]用超臨界流體法將印楝籽油包埋在PHBV中，得到平均粒徑為463 nm的乳狀液液滴，液滴穩定時間至少為 90 min。SFE后的平均粒徑為 228 nm，PHBV對印楝油的包封率為8.58%~12.79%。

2.4 納米沉淀法

納米沉淀法的原理如下：首先將疏水性聚合物高分子載體材料與藥物溶于易揮發的有機溶劑中。然后在連續高速攪拌的狀態下，將上述有機相滴入水相中，有機溶劑逐步向水相擴散。在此過程中，由于聚合物的疏水性導致其自組裝形成載藥顆粒。最后通過連續低速攪拌去除易揮發有機溶劑即得載藥顆粒[34,35]。該方法本質上類似溶劑揮發法，但局限性在于只能選用疏水性的聚合物，一些性能更優的載體已被排除在外。Bini等[36]以PHB為載體材料，采用納米沉淀法制備了載姜黃素納米粒。該納米粒的粒徑分布較窄，平均粒徑為216 nm。體外釋藥度試驗結果表明，約80%姜黃素在4 d內從納米粒中釋放，具有較好的緩釋性能。

2.5 冷壓法

冷壓法的過程是將藥物與載體粉末置于冷卻的容器內，然后裝入金屬模具，通過擠壓得到一定形狀的制劑。該方法簡單，可大量制作樣品，但需要特殊的儀器且需把載體磨成粉末，易破壞載體的結構。Volova等[37]以PHB和尿素粉為原料，采用壓力機使用冷壓法制備了直徑為3 mm的包封肥料尿素的球團。在實驗室條件下對多年生匍匐莖草和萵苣進行生長試驗，研究表明所制備的尿素配方的使用有利于模型植物的生長，并大大減少了氮的流失。Boyandin等[38]以 PHB、聚乙二醇(PEG)、聚己內酯(PCL)、木粉(wood)為原料，冷壓制備了包覆除草劑嗪草酮的控釋球團。土壤試驗表明：PHB/PEG樣品中的嗪草酮釋放最快(72%)，PHB/wood、PHB/PCL和PHB樣品釋藥速率基本一致，為59%~65%。

3 PHAs載藥緩釋微球的體外釋藥機理

PHAs載藥緩釋微球是眾多微球中的一種，其體外釋藥機理的研究思路符合載藥微球釋放機制的常規方法。一般來說，載藥微球的釋放過程如下：⑴ 由于微球表面吸附藥物，當微球進入水性介質時，其表面藥物溶解在其中，因此藥物最初的釋放是在微球表面進行；⑵ 微球中藥物均勻分散在載體基質中，隨著載體材料的不斷降解以及濃度差的存在，接近表層的藥物被逐漸釋放到介質中；⑶ 隨著藥物的釋放，載體材料被大量溶蝕，載體分裂，高分子化合物化學鏈不斷分裂變短最后溶解，大部分藥物釋放[39]。體外釋藥過程中，不同時間點累積釋藥率的比例與所包封的藥物性質、載體材料性質以及所形成微球性質均相關。通過研究載藥微球的釋放機理，可以更好地篩選載體材料，對藥物進行控制釋放，提高藥物的利用率。

Volova等[40]制備了PHB載嗪草酮微球，體外釋藥20 d時嗪草酮的累積釋藥率可達80%左右，其體外釋藥行為是通過聚合物層擴散引起的，符合Fickian擴散定律。Grillo等[41]制備了 PHB、PHBV載莠滅凈微球，2種微球中莠滅凈在水中的釋放主要是由藥物本身擴散和聚合物鏈松弛引起的，因而其釋藥行為符合non-Fickian擴散定律。本課題組采用溶劑揮發法制備了P (HB-HH)載噻嗪酮緩釋微球[15]，微球在pH7緩沖液中9 d體外釋藥率達80%以上，動力學分析表明噻嗪酮的釋放表現為non-Fickian擴散方式(0.43＜n＜0.85)，其釋放機制是農藥擴散和聚合物水解的綜合作用。

4 總結與展望

PHAs是一類性質優良的可生物降解載體材料，可用于多種有效成分的包埋，已應用于醫藥、農業等不同領域。本文綜述了 PHAs載藥微球的幾種制備方法(溶劑揮發法、噴霧干燥法、超臨界流體法、納米沉淀法和冷壓法)。上述方法各有利弊，在實際應用中應根據有效成分的性質及緩釋要求選擇適宜的方法與載體材料。值得注意的是，溶劑揮發法、超臨界流體法和納米沉淀法在PHAs微球制備過程中會使用少量有機溶劑(如二氯甲烷、丙酮等)，這些溶劑在揮發過程中會對環境存在一定危害。針對這一問題，活性炭吸附法[42]、吸收劑吸收法[43]等將有機溶劑回收再利用的措施已被證明可減少對大氣的污染，但這種方法也僅局限于處理低濃度的有毒氣體的源頭排放，并且吸收后的有機溶劑和表面活性劑成為廢液造成二次污染，會額外增加生產運營成本。為了從根本上解決上述問題，實現工業化生產，今后研究重點應集中于：⑴ 避免使用易揮發有機溶劑，重點開發PHAs良性溶劑；⑵ 目前PHAs劑型多為微球、納米粒、微囊、懸浮劑等，可開發更多諸如可分散粒劑/片劑、顆粒劑等水基化制劑。