超臨界二氧化碳輔助制備PEG-PLLA超細粉體

劉志 陸平（大連大學(xué)工程學(xué)院，遼寧 大連 116622）

隨著醫(yī)藥技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展，如何控制藥物在體內(nèi)的擴散速度成為了專家學(xué)者們的研究熱點，越來越多的藥物緩釋材料也陸續(xù)被研究改性，并應(yīng)用于臨床治療[1-3]。其中，PEGPLLA作為一種一類應(yīng)用廣泛的可生物降解和生物相容性良好的高聚物材料，也被人們大量的研究[4-6]。

使用傳統(tǒng)方法制備的這種三嵌段共聚物存在著一些問題，例如產(chǎn)品中不可避免的存在溶劑及助劑殘留、有機溶劑對人體有害、造成環(huán)境污染及后處理帶來的生產(chǎn)成本的增加、粒徑分布不均勻?qū)е率褂眯Ч缓玫热秉c。在這種情況下，開發(fā)一種新的條件溫和、無有機溶劑殘留、造粒效果更好的緩釋制劑技術(shù)已經(jīng)刻不容緩。超臨界抗溶劑法(supercritical anti-solvent，SAS)具有條件溫和，有利于熱敏性藥物的微細化，質(zhì)量傳遞性優(yōu)良，有利于生產(chǎn)粒徑均勻且分布窄的超細藥物微粒等優(yōu)點。如果能將這種新型方法用于載藥微球的制備，可避免傳統(tǒng)方法制備的產(chǎn)品粒徑不均勻、分布寬、溶劑殘留量大、原料易變性等缺點。從而使得所得產(chǎn)品更加符合綠色環(huán)保的理念，而且實際使用效果也會更好[7-8]。本文采用超臨界流體技術(shù)輔助制備PEG-PLLA 超細載藥粉體，通過實驗研究，探索最佳的制備條件，并對其影響因素進行了分析研究。

1 超級細粉簡介

1.1 超細粉體定義

對于超細粉體的粒度界限，目前尚無完全一致的說法。各國、各行業(yè)由于超細粉體的用途、制備方法和技術(shù)水平的差別，對超細粉體的粒度有不同的劃分，例如日本將超細粉體的粒度定為0.1μm以下。最近國外有些學(xué)者將100μm-1μm的粒級劃分為超細粉體，并根據(jù)所用設(shè)備不同，分為一級至三級超細粉體。對于礦物加工來說，我國學(xué)者通常將粒徑小于10μm的粉體物料稱為“超細粉體”。

1.2 超細粉體的應(yīng)用

超細粉體不僅本身是一種功能材料，而且為新的功能材料的復(fù)合與開發(fā)展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。超細粉體由于粒度細、分布窄、質(zhì)量均勻，因而具有比表面積大、表面活性高、化學(xué)反應(yīng)速度快、溶解速度快、燒結(jié)體強度大以及獨特的電性、磁性、光學(xué)性等，因而廣泛應(yīng)用于化工、輕工行業(yè)、電子工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)藥行業(yè)等各領(lǐng)域。

2 超臨界CO2技術(shù)

2.1 超臨界CO2抗溶劑技術(shù)

超臨界CO2(ScCO2)結(jié)晶技術(shù)是正在研究的一種新技術(shù)。它是指在超臨界狀態(tài)下，改變操作條件，導(dǎo)致過飽和度的產(chǎn)生，達到高的過飽和速率，使固體溶質(zhì)從超臨界溶液中結(jié)晶出來。根據(jù)ScCO2與溶質(zhì)之間的溶解度不同，ScCO2結(jié)晶技術(shù)可分為超臨界抗溶劑技術(shù)(Supercritical Antisolvent，SAS)和超臨界快速膨脹技術(shù)(Rapid Expansion of Supercritical Solution，RESS)[9]。

2.2 SAS技術(shù)原理及優(yōu)勢

2.2.1 SAS技術(shù)原理

SAS 的基本原理是當溶質(zhì)不溶于ScCO2時，選擇一種對溶質(zhì)和ScCO2都有較好溶解性的有機溶劑作為共溶劑溶解溶質(zhì)，當作為抗溶劑的ScCO2與該溶液充分接觸時，ScCO2迅速擴散到溶液中，溶液體積膨脹，密度下降，共溶劑對溶質(zhì)的溶解能力下降，溶液過飽和而結(jié)晶析出溶質(zhì)微粒。超臨界流體抗溶劑過程可以是連續(xù)操作，也可以是間歇操作。SAS過程中，不同的過程方法、壓力、溫度、溶質(zhì)濃度均是影響粒子形態(tài)的重要參數(shù)。

2.2.2 SAS技術(shù)研究情況

SAS 技術(shù)是最近發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，在顆粒和微球制備方面的應(yīng)用正處于研究開發(fā)階段。目前，SAS技術(shù)主要應(yīng)用于生物工程、醫(yī)藥等領(lǐng)域。

（1）SAS技術(shù)在生物工程領(lǐng)域的應(yīng)用

在超導(dǎo)體母體、抗生素、催化劑母體等應(yīng)用領(lǐng)域，已經(jīng)廣泛開展了SAS過程的技術(shù)應(yīng)用研究[10]。已有報導(dǎo)用SAS過程制備具有生物活性的超細蛋白質(zhì)粉末(粒徑小于5μm)的實驗研究結(jié)果[11]，并于2000年申請了用SAS過程制備胰島素超細顆粒的專利，使其跨入實用化階段。

（2）SAS技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

藥物超細化處理后，可以大大加快被吸收的速率，提高療效，減少劑量[12]。目前，國外的西藥粉劑大都經(jīng)過超細化處理，如維生素C、硫糖鋁等在制成片劑之前要加工成粒徑小于5μm的微粒。

（3）SAS技術(shù)在控制釋放藥物傳遞系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的高度發(fā)展，高分子材料作為藥物控制釋放的載體是最熱門的研究方向之一[13-14]。Magnan等采用GAS方法成功地對卵磷脂進行了超細化，制備出了球形但部分團聚的尺寸為1μm-40μm 的非晶型卵磷脂微粒。Bliech 等采用連續(xù)式SAS技術(shù)，制備得到直徑為1-10μm的PLLA微球。Randolph及Foster等也應(yīng)用SAS技術(shù)制備用作藥物控制釋放膠囊的生物降解聚合物(PCA)超細粉體。

3 實驗研究

3.1 實驗材料及實驗儀器

3.1.1 實驗材料

表3.1 實驗材料

3.1.2 實驗儀器

表3.2 實驗儀器

3.2 實驗裝置及工藝流程

超臨界抗溶劑過程（SAS）的實驗裝置流程如圖1所示。該裝置主要包括四個系統(tǒng)：（1）CO2供應(yīng)系統(tǒng)，由二氧化碳氣瓶，高壓柱塞式計量泵(杭州之江科學(xué)儀器廠)及一套冷凍系統(tǒng)組成，泵頭由循環(huán)水冷卻以免CO2汽化。（2）進液系統(tǒng)：由試劑瓶，過濾沉子，平流泵以及特制霧化噴嘴（內(nèi)孔直徑100μm）等組成。（3）高壓沉析系統(tǒng)，主要由沉析器，高壓反應(yīng)釜等組成，其中反應(yīng)釜容積為500mL，設(shè)計壓力為50MPa，設(shè)計溫度為250℃。沉析器底部附有一塊五層金屬燒結(jié)網(wǎng)，該燒結(jié)網(wǎng)精度為20μm（只允許超臨界流體通過，固體不能通過），實驗時將高壓反應(yīng)釜置于水浴中加熱，釜內(nèi)溫度由插在其內(nèi)部的pt100熱電偶測得，并通過一數(shù)顯溫度控制器控制反應(yīng)釜內(nèi)具體溫度，溫度可精確至0.1℃。（4）卸壓系統(tǒng)，主要由微調(diào)閥，汽-液分離器，質(zhì)量流量計等部分組成。微粒制備原理如圖2所示。

3.2.1 實驗步驟

稱取0.5g聚合物初級產(chǎn)品，置于100ml試劑瓶中，先加入一定量的二氯甲烷將其溶解，再加入一定量的丙酮作為夾帶劑，從而配成一定濃度的有機溶液，將溶液塞蓋密封以備實驗所用。反應(yīng)釜先通入一定量二氧化碳再用水浴將高壓反應(yīng)釜加熱到一定溫度，打開氣瓶，二氧化碳經(jīng)制冷系統(tǒng)液化，由柱塞泵加壓注入高壓反應(yīng)釜，達到預(yù)定壓力后繼續(xù)通入二氧化碳，調(diào)節(jié)柱塞泵的速度，并開啟放氣閥以一定速率放氣，使其能保持一定的壓力和流速，待反應(yīng)釜內(nèi)溫度和壓力都達到預(yù)定值后，打開平流泵和針型閥，使溶液以一定的速度經(jīng)噴嘴注入析出器，待溶液全部噴完后，繼續(xù)通入二氧化碳，吹掃殘余有機溶劑，關(guān)閉柱塞泵和水浴加熱源并緩慢卸壓，收集反應(yīng)釜接收器里的微粒。

圖1 SAS過程裝置圖

圖2 SAS 過程制備微粒原理示意圖

表1 試驗條件和結(jié)果

3.2.2 實驗結(jié)果分析

選取微球樣品由QUANTA-450(FEI，America)掃描電鏡(SEM)檢測形貌；用BT-9300H 激光粒度儀檢測粒徑及分布，實驗前用無水乙醇分散待測藥品。

4 實驗結(jié)果討論

4.1 實驗結(jié)果

SAS 法制備PLLA-PEG-PLLA 微粒的實驗條件如表1 考察了壓力(P)，溫度(T)，PLLA溶液濃度(C)三個因素的影響。

當壓力(P=12MPa)，溫度(T=35℃)，PLLA 溶液濃度(C=10mg/ml)，制備的微粒粒徑效果最佳。

5 結(jié)語

本文利用實驗室自行設(shè)計的超臨界二氧化碳抗溶劑（SAS）裝置制備了PED-PLLA 共聚物的超細微粒。重點考察了聚合物溶液濃度，操作壓力和溫度等影響因素對微粒粒徑大小及形貌的影響，確定了最佳工藝條件，并采用SEM 和激光粒度儀對產(chǎn)物的形貌和粒徑分布進行了考察。得出如下結(jié)論：在溫度35℃，壓力12MPa，PLLA溶液濃度10mg/mL時，得到最佳的粒徑和粒徑分布。

[1]李文秀.超臨界反溶劑過程制備藥物超細微粒[D].大連：大連理工大學(xué)，2006.

[2]歐陽平，楊暢，康云清等.ScCO2抗溶劑法制備紫杉醇緩釋微球[J].化工新型材料，2009，37(7)：25-27.