《材料化學實驗》案例之聚乳酸載藥微球的制備*

孫欽星，李偉娜，劉清芝

(青島農業(yè)大學化學與藥學院，山東 青島 266109)

材料化學實驗作為材料類專業(yè)，特別是材料化學、功能材料、材料科學基礎等專業(yè)的必修課，具有開設范圍廣、實驗多、注重綜合性的特點。對于大部分材料化學實驗，開設在大二下學期或大三，學生基本化學實驗素養(yǎng)已經養(yǎng)成，不需要單獨開設培訓類型的實驗，側重于綜合性實驗是材料化學實驗的特色[1-2]。同時，大二或大三學期學生大量接觸專業(yè)基礎課和選修課，如何做到材料化學實驗和專業(yè)課程的相互交融也成為一種重點探索方向。材料大類專業(yè)學習課程范圍廣，設計高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料，而材料化學實驗課時量較少，基本上6～8綜合實驗，因此，綜合實驗最好涉及復合材料，一個實驗就可以讓學生了解多種材料、多種工藝[3-]。

聚乳酸是一種極具開發(fā)前景的綠色高分子材料，具有人體內部降解的特性，可以作為人體內部緩釋藥物的載體。羥基磷灰石作為人體骨骼的主要無機成分，具有良好的生物相容性和生物活性。對于人體硬組織癌癥而言，手術后依然需要大量服藥，但口服或靜脈注射藥物，一方面給病人帶來負擔，另一方面藥物作用被浪費。通過聚乳酸/羥基磷灰石載藥微球作為一個藥物載體，特別適合硬組織癌癥手術的藥物控釋?？紤]到癌癥藥物原藥價格昂貴，其具有較大的毒性。在開設材料化學實驗采用布洛芬代替，布洛芬價格低廉，毒性很小，適合聚乳酸/羥基磷灰石載藥微球的載藥介質[5]。

1 實驗目的

(1)了解載藥微球的含義，學習載藥微球的制備方法；

(2)了解利用光學顯微鏡和紫外可見分光計光度計等設備的使用方法。

2 實驗原理

載藥微球是將藥物分散或者吸附在高聚物、生物陶瓷的球體內部，利用微球的降解特點，從而完成藥物的緩釋。載藥微球(載藥微囊)粒徑在1～200 μm之間，相比于傳統給藥方式，載藥微球具有如下特點：延長藥物半衰期、可以控制藥物緩釋濃度、緩釋時間、降低藥物毒副作用、掩蓋藥物的味道。

乳液法是指利用兩種互不相溶的溶劑告高速攪拌下形成均勻的乳液，從乳液液滴中析出新相，新相的反應、成核、生長等過程局限在微乳液球中，從而可形成球形新相。利用加熱揮發(fā)、過濾等手段分離最終獲得球形樣品。本實驗利用二氯甲烷為油相、去離子水為水相，經高速攪拌獲得微乳液，二氯甲烷揮發(fā)完成后獲得載藥微球。載藥微球采用聚乳酸為原材料，藥物選擇安全性高、價格低廉的布洛芬原藥作為控釋藥物。

紫外-可見分光光度計是基于紫外可見分光光度法原理，利用物質分子對紫外可見光譜區(qū)的輻射吸收來進行分析的一種分析儀器。本實驗利用紫外-可見分光光度計測量載藥微球的藥物負載率、緩釋效果。

3 試劑與儀器

3.1 實驗儀器

SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵,鞏義市予華儀器有限責任公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,深圳市瑞鑫達化玻儀器有限公司;電子分析天平,奧豪斯儀器(上海)有限公司;TU-1901雙光束紫外可見光分光光度計,北京普析通用儀器有限公司。

其他儀器：布氏漏斗；注射器；各型號移液管；量筒；玻璃棒；容量瓶；各型號燒杯和錐形瓶；100 mL離心管；電子光學顯微鏡。

3.2 實驗藥品

表1 主要實驗藥品Table 1 The main experimental medicine

4 實驗內容

(1)油相制備：準備100 mL規(guī)格的燒杯一個，準確稱取0.40 g聚乳酸和0.04 g布洛芬放入燒杯中；用移液管準確的量取二氯甲烷30 mL加入燒杯中。保鮮膜封口，磁力攪拌器攪拌，常溫將聚乳酸攪拌至完全溶解，并超聲1 min；

(2)水相制備：準備一個250 mL的燒杯，準確稱取0.20 g吐溫60和1.00 g明膠，將80 mL蒸餾水注入到燒杯中， 40 ℃加熱條件攪拌至溶液完全溶解；

(3)準備一個帶針頭的注射器，水相冷卻到室溫，隨后，用注射器緩慢的將配置好的油相成珠的滴入快速攪拌的水相之中，如此攪拌1 h，致使二氯甲烷完全的揮發(fā)；

(4)化學反應結束后，從磁力攪拌器上取下燒杯，在室溫下靜置一段時間，等待溶液中的氣泡完全的消失。隨后，準備好布氏漏斗并將溶液在其上過濾完全，用蒸餾水反復洗滌微球表面，將乳化劑去除，得到固態(tài)的微球；

(5)將布洛芬載藥微球用二氯甲烷溶解，利用264 nm的紫外分光光度計下測定上述溶液吸光度，與布洛芬標準曲線并對比后，求得布洛芬-聚乳酸載藥微球的吸光度、實際濃度和載藥率。將制得的組布洛芬-聚乳酸載藥微球試樣，分別浸泡1 h，2 h，3 h，后，將浸泡獲得水樣利用紫外分光光度計下測定吸光度，研究布洛芬載藥微球的緩釋能力。

5 實驗結果

圖1 聚乳酸微球放在光學顯微鏡下觀察其成球的狀況Fig.1 The formation of polylactic acid microspheres under light microscope

圖1表面制備的聚乳酸載藥微球制備成功，光學顯微鏡下基本上呈現球形，粒徑分布均一，個別聚乳酸微球呈現空心情況，有一定的團聚現象，經不同實驗參數對比，聚乳酸原料添加量越大，其團聚傾向越大。

為測量聚乳酸載藥微球布洛芬的負載情況，將紫外分光光度計的波長設置為264 nm，測得不同濃度下布洛芬水溶液的吸光度。根據表2不同濃度下溶液的吸光度，可得到布洛芬水溶液的標準曲線，如圖2所示。根據標準曲線可得：

Y=0.12881X+0.11833,擬合因子R2=0.9991

表2 布洛芬水溶液的吸光度(264 nm下)Table 2 The absorbance of ibuprofen aqueous solution (at 264 nm)

圖2 布洛芬水溶液的標準曲線圖Fig.2 The standard curve of ibuprofen solution

表3為載藥微球二氯甲烷溶解液的吸光度，通過帶入標準曲線即可獲得布洛芬-聚乳酸載藥微球實際濃度和載藥率，實驗1到實驗4是不同實驗條件下結果，從結果可以看出，實驗3是最佳的制備條件。

表3 布洛芬-聚乳酸載藥微球的吸光度、實際濃度和載藥率Table 3 The absorbance,actual concentration and drug loading rate of ibuprofen-PLA drug-loaded microspheres

從表4中可得，實驗3的載藥量最高。所以，在我們本次實驗配置的布洛芬-聚乳酸載藥微球中，選用實驗3作為最佳配比進行研究。

表4 計算得布洛芬-聚乳酸微球緩釋濃度Table 4 The sustained-release concentration of desibuprofen- polylactic acid microspheres calculated (mg/mL)

6 教學效果

聚乳酸載藥微球的制備包含了油相、水相的制備，兩相的混合，微乳液的制備和最終載藥聚乳酸微球的合成?？梢宰寣W生熟悉微乳液法制備高分子微球的技術，同時，實驗用到了抽濾設備、紫外可見分光光度計，讓學生熟悉和掌握常見的化學分析設備，有助于學生未來科研和工作需求。同時聚乳酸微球的載藥量、緩釋效果的測定也有助于學生對藥物緩釋機制有一定的了解。

從時間上計算整個實驗進程，油相水相的制備1 h左右，微乳液的制備和揮發(fā)實驗進程1.5 h左右，載藥微球的過濾和收集處理0.5 h左右，整體制備實驗3 h左右，特別適合半天的實驗。聚乳酸載藥微球的紫外分析，需要標準曲線測定和繪制，從實驗時間控制出發(fā)，本實驗緩釋曲線控制3 h，有利于材料化學實驗的教學排課，整體測試時間3.5 h左右。制備和測試合計6～7 h，符合一個材料化學實驗綜合實驗的時間要求。

7 結 論

本論文結合實驗數據、實驗過程、實驗分析出發(fā)，構建一個材料化學綜合實驗。載藥微球的制備過程和結果表征實驗開展條件簡單，工藝流程難度和時間適合單個綜合實驗，是一個合適的材料化學綜合實驗，可以作為材料大類專業(yè)的材料化學實驗。