納米沉淀法及其在納米藥物載體領(lǐng)域的應用研究進展

李 艷 羅 成 周 婕

(宜春學院醫(yī)學院，江西 宜春 336000)

納米沉淀法及其在納米藥物載體領(lǐng)域的應用研究進展

李 艷 羅 成*周 婕

(宜春學院醫(yī)學院，江西 宜春 336000)

納米材料在生物醫(yī)學領(lǐng)域具有廣泛的應用。納米沉淀法通過控制溶質(zhì)溶液與非溶劑的混合制備納米顆粒，反應快速，適用于多種納米顆粒的制備。近年來納米沉淀法領(lǐng)域已取得大量研究進展，基于混合器的Flash納米沉淀技術(shù)以及基于水動力聚焦的微流控納米沉淀技術(shù)的出現(xiàn)，提高混合效率和對反應條件的控制性，為高質(zhì)量納米顆粒的規(guī)模化制備提供條件。納米沉淀法被廣泛用于各種納米顆粒以及藥物載體(姜黃素、紫杉醇、阿霉素、喜樹堿、順鉑、青霉素等)的制備，對其近年來的研究進展進行總結(jié)歸納。

納米顆粒；納米沉淀；藥物載體；熒光標記納米顆粒

引言

納米材料通常是指在三維尺度中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，在生物醫(yī)學領(lǐng)域具有廣泛的應用。納米沉淀法通過控制兩種溶液的混合來制備納米顆粒，其一般過程是：有機溶劑中的疏水性溶質(zhì)與非溶劑(通常為水)混合時產(chǎn)生局部過飽和，進而析出生成納米顆粒[1]。納米沉淀法操作簡單，條件溫和，產(chǎn)物粒徑可以通過反應條件進行調(diào)節(jié)，被廣泛用于各種納米顆粒的制備，包括雙親性天然分子衍生物、人工合成聚合物、配位聚合物等[2-5]。反相納米沉淀法(水作為溶劑)被成功用于親水性蛋白質(zhì)納米顆粒的制備[6-7]。反應的混合方式也從傳統(tǒng)的滴加-攪拌、透析等發(fā)展到混合器的使用，特別是基于對沖碰撞混合器和多入口旋渦混合器的Flash納米沉淀技術(shù)(FNP)[8-9]，以及基于水動力聚焦的微流控納米沉淀技術(shù)，提高了反應混合效率和對實驗條件的控制性，為高質(zhì)量納米顆粒的制備提供了條件。近年來，納米沉淀法的應用從簡單的納米顆粒制備擴展到各種藥物載體以及復合納米顆粒等，在生物醫(yī)學領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。下面將按照應用分類，對近年來納米沉淀法領(lǐng)域的研究進展進行總結(jié)歸納。

1 納米顆粒制備

多種材料均可以利用納米沉淀法制備納米顆粒，其中比較常見的包括多糖及衍生物(纖維素酯[2-3]、右旋糖酐酯[10]、烷基化殼聚糖[11]等)、人工合成聚合物(聚乳酸[12]、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)[4]、聚甲基丙烯酸甲酯[5]、聚甲基丙烯酸[13]、聚苯乙烯[14]、聚砜[15]等)、配位聚合物[16-17]以及蛋白質(zhì)[18]等。

1.1 多糖及聚合物納米顆粒

Geissler等利用滴加或透析的方式，制備不同分子量纖維素硬脂酸酯的納米顆粒[3]。納米顆粒平均粒徑依賴于纖維素硬脂酸酯的濃度、分子量以及溶液的混合方法，透析法制備的納米顆粒粒徑要大于滴加-攪拌法制備的結(jié)果。Xie等制備了粒徑大小為140～500 nm的PLGA納米顆粒[4]。含有PLGA的乙腈溶液注入分散通道時，在含有表面活性劑的水溶液剪切作用下，形成微小液滴并最終形成納米顆粒。納米顆粒粒徑受水溶液流速、PLGA濃度以及水溶液中甲醇的比例共同影響。Phillips等制備了熱響應性聚異丙基丙烯酰胺的納米顆粒[19]，分子鏈末端帶有二硫鍵連接的“溶解性擒縱器”，在谷胱甘肽的作用下，二硫鍵被還原，聚合物溶解度改變，納米顆粒解體，實現(xiàn)聚合物納米顆粒的等溫刺激響應性。Bally等利用多片層微混合器輔助的納米沉淀技術(shù)，實現(xiàn)聚甲基丙烯酸納米顆粒(粒徑范圍75～217 nm)的連續(xù)制備[13]；Zhang等利用FNP，制備聚苯乙烯納米顆粒[14]，顆粒的尺寸可以通過聚苯乙烯或電解質(zhì)(氯化鈉)的濃度進行調(diào)整。當粒徑小于150 nm時，F(xiàn)NP方法與無皂乳液聚合法制備的納米顆粒具有相似的粒徑分布；利用傳統(tǒng)的納米沉淀法制備聚砜納米顆粒時，殘留的溶劑容易導致生成的納米顆粒發(fā)生粒徑生長和聚集。為了解決這個問題，通過在納米顆粒生成后引入乙酸乙酯終止反應，可以得到分散良好的聚砜納米顆粒[15]。

1.2 配位聚合物納米顆粒

Tang等利用FNP，制備包裹抗氧化劑單寧酸的納米顆粒[16]。將分散在有機相中的單寧酸、聚苯乙烯-聚乙二醇嵌段共聚物與含有鐵離子的水溶液混合，鐵離子和單寧酸生成不溶性配位聚合物并形成納米顆粒，嵌段共聚物結(jié)合在顆粒表面得到水分散性納米顆粒。調(diào)整核心材料(單寧酸-鐵)和聚合物的比例，可以得到粒徑大小50～265 nm的納米顆粒。該納米顆粒具有pH響應性，在pH 7.4時穩(wěn)定，在酸性環(huán)境下溶解釋放出單寧酸。Yang等以1,1′-二茂鐵二羧酸和Gd3+離子為原料，利用納米沉淀法制備配位聚合物納米顆粒[17]，納米顆粒表面經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑修飾氨基后，交聯(lián)羅丹明染料RBITC和腫瘤細胞靶向性RGD多肽。該納米顆粒具有較低的細胞毒性，能同時用作T1和T2周期核磁共振造影劑。

1.3 其他納米顆粒

以(3-巰基丙基)-三甲氧基硅烷(MPTMS)和(3-氨基丙基)-三甲氧基硅烷(APTMS)作為有機硅前驅(qū)體，在二甲基亞砜中預孵育后與水混合，即得到二氧化硅納米顆粒[20]。MPTMS和APTMS的比例對納米顆粒的生成具有重要影響，控制兩者的比例，可以得到粒徑范圍130～150 nm的納米顆粒。

Li等利用反相FNP，制備玉米蛋白納米顆粒[18]。玉米蛋白溶解在乙醇-水(80∶20)混合溶液中，去離子水作為非溶劑，兩種液體通過限制對沖碰撞混合器來混合，得到玉米蛋白納米顆粒，其粒徑可以通過玉米蛋白溶液的流速和混合器的出口結(jié)構(gòu)進行調(diào)整。

2 納米顆粒表面修飾

在納米沉淀法中，通過在溶劑中加入納米顆粒，使溶質(zhì)分子結(jié)合在納米顆粒表面，可以實現(xiàn)納米顆粒的表面修飾。Bui等將兩親性嵌段共聚物組裝在siRNA-聚乙烯亞胺(PEI)納米顆粒表面[21]。帶有相反電荷的PEI和siRNA組裝為正電性的納米顆粒，分散進入含有透明質(zhì)酸-聚谷氨酸芐酯嵌段共聚物(HYA-b-PBLG)的二甲基亞砜中；HYA-b-PBLG分子中帶有負電性的HYA部分通過靜電作用，結(jié)合在納米顆粒表面，形成單層聚合物層。向混合溶液中加入水溶液，降低了游離HYA-b-PBLG分子中PBLG部分的溶解性，PBLG部分與納米顆粒表面結(jié)合的HYA-b-PBLG分子通過疏水相互作用，在納米顆粒表面形成病毒衣殼樣聚合物雙分子層，該siRNA-PEI復合體具有較高的基因沉默活性。Kim等通過納米沉淀法，將親水性普朗尼克F127分子組裝在二巰基化聚己內(nèi)酯修飾的金納米棒表面[22]，提高了金納米棒的穩(wěn)定性和生物相容性。

3 藥物載體

納米沉淀法被廣泛用于各種藥物載體的制備，如姜黃素[23-24]、紫杉醇[25-27]、阿霉素[28-32]、喜樹堿[33-34]、順鉑[35-37]、青霉素[38]等。根據(jù)藥物分子在納米沉淀法中起的作用，可以分為3類：第1類是藥物分子在聚合物納米顆粒生成過程中，被動包裹在顆粒內(nèi)部；第2類是藥物分子與其他分子交聯(lián)后，共同組裝為納米顆粒；第3類是藥物分子直接形成納米顆粒，形成無載體超高載藥量藥物納米顆粒。

3.1 被動包裹

將藥物分子和聚合物等共同溶解在溶劑中，聚合物形成納米顆粒的同時將藥物分子包裹在納米顆粒內(nèi)部，該方法操作簡單，被廣泛用于各種藥物載體的構(gòu)建。

3.1.1 疏水性藥物

經(jīng)典的納米沉淀法通常適用于包裹疏水性藥物。Yallapu等構(gòu)建了負載姜黃素的PLGA納米顆粒[23-24]，與游離姜黃素相比，納米顆粒能夠有效抑制前列腺癌細胞的增殖和克隆形成能力，抑制腫瘤移植瘤模型中腫瘤的生長。納米顆粒表面交聯(lián)前列腺特異性膜抗原(PSMA)單克隆抗體后，可以實現(xiàn)腫瘤細胞靶向性，提高納米顆粒的腫瘤治療潛力。Anton等利用射流微混合器，實現(xiàn)了包裹酪洛芬的聚甲基丙烯酸甲酯納米顆粒的連續(xù)制備[5]，調(diào)整溶劑和非溶劑的流速可以改變納米顆粒的物理特性和藥物包裹/釋放特性。Karnik等制備了包裹多烯紫杉醇的聚乳酸乙醇酸-聚乙二醇嵌段共聚物納米顆粒[25]。Ge等將牛血清白蛋白(BSA)與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)交聯(lián)[34]，BSA-PMMA自組裝為納米顆粒，PMMA位于顆粒內(nèi)部，親水性BSA位于納米顆粒表面。納米顆粒尺寸和表面電荷可以通過BSA：PMMA的比例和聚合物的濃度進行調(diào)節(jié)，在溶劑中加入疏水性喜樹堿，可以得到內(nèi)部負載喜樹堿的納米藥物載體。

3.1.2 親水性藥物或生物大分子

為了將親水性核酸分子包裹在顆粒內(nèi)部，Tahara等將核酸分子與陽離子性1,2-二油酰-3-三甲胺基丙烷(DOTAP)形成的離子復合物溶解在有機溶劑中[39]，實現(xiàn)核酸在PLGA納米顆粒中的包裹。

反相納米沉淀法的出現(xiàn)，也為親水性分子的包裹提供了可能。Khan等制備了明膠納米顆粒，并將異硫氰酸熒光素標記的右旋糖酐作為模式親水分子包裹在納米顆粒內(nèi)部[6]；Steinhilber等制備了聚甘油納米凝膠，利用銅催化的點擊化學，實現(xiàn)納米凝膠的原位交聯(lián)，并在納米凝膠連接處引入pH敏感基團[7]。聚甘油納米凝膠在生理pH下可以長時間保持穩(wěn)定，而在炎癥或腫瘤組織等酸性條件下快速降解成低分子量的片段。天冬酰胺酶被成功包裹到納米凝膠內(nèi)，并保持了活性和結(jié)構(gòu)完整性。

3.2 與其他分子交聯(lián)后共組裝

除被動包裹外，可以把藥物分子與其他分子交聯(lián)，利用納米沉淀法將它們共同組裝為納米顆粒。該方法通常要求藥物分子具有一定反應性基團，制備過程相對復雜。利用刺激響應性基團進行交聯(lián)，可以實現(xiàn)藥物分子的響應性釋放。

為了克服紫杉醇的系統(tǒng)毒性和較低的水溶性，Caron等將紫杉醇和角鯊烯通過順式二烯分子連接鏈構(gòu)建前藥分子，并利用納米沉淀法制備納米顆粒[40]。調(diào)整連接鏈長度、空間位阻和功能基團，藥效最優(yōu)的前藥分子與母體藥物相比具有相當?shù)目鼓[瘤活性，但是亞急性毒性顯著降低。該藥物載體對幾種腫瘤細胞系，包括肺A549細胞、結(jié)腸癌細胞HT-29和KB3.1鼻咽癌表皮樣細胞，均具有顯著的細胞毒性。

順鉑和多烯紫杉醇對前列腺癌具有協(xié)同治療作用。Kolishetti等將聚乳酸(PLA)與順鉑前藥交聯(lián)形成PLA-Pt(IV)，與PLGA-聚乙二醇嵌段共聚物和多烯紫杉醇混合后制備納米顆粒[35]。該方法對親水性順鉑前藥和疏水性多烯紫杉醇都具有很高的包裹率和載藥量，納米顆粒表面交聯(lián)A10適配體后，能夠與前列腺細胞表面的PSMA有效結(jié)合。

Shen等將喜樹堿與乙二醇低聚物鏈結(jié)合，得到的雙親性前藥分子能夠自組裝為脂質(zhì)體樣納米囊泡，喜樹堿的載藥量可以達到40%～58%[41]。納米囊泡可以同時負載水溶性阿霉素，實現(xiàn)對腫瘤細胞的協(xié)同治療。

Zhang等制備了pH和氧化還原雙響應性聚甘油前藥納米凝膠，分枝狀聚甘油通過二硫鍵交聯(lián)，阿霉素與凝膠基質(zhì)通過酸敏感的腙鏈交聯(lián)[42]。該雙響應前藥納米凝膠能夠在細胞內(nèi)還原性環(huán)境和酸性環(huán)境下選擇性釋放，非特異性藥物釋放很少。

抗生素藥物較低的細胞擴散效率導致致病菌藥物抵抗，為治療致病菌導致的細胞內(nèi)感染，Sémiramoth等將青霉素G與角鯊烯通過pH敏感型化學鍵交聯(lián)來制備納米顆粒[38]。治療細胞內(nèi)金黃色葡萄球菌感染時，納米顆粒與游離青霉素G相比具有較高的抗菌活性。

3.3 無載體藥物納米顆粒

被動包裹法制備藥物載體時，聚合物分子占據(jù)納米顆粒的絕大多數(shù)比重，因此載體的載藥量較低。直接將藥物分子組成納米顆粒(無載體藥物納米顆粒)，可以減少惰性載體材料所占的比重，提高載藥量，該方法多適用于疏水性藥物納米顆粒的制備。

Zheng等在超聲處理下，向姜黃素的乙醇/水溶液中加入含有正電性聚烯丙胺鹽酸鹽(PAH)的水溶液，制備了PAH修飾的姜黃素納米顆粒，對將黃素的載藥量可以達到80%～90%[43]。Li等制備了10-羥基喜樹堿的納米顆粒，納米顆粒載藥量可以達到78%以上，并利用連接有葉酸的兩親性表面活性劑穩(wěn)定納米顆粒，同時實現(xiàn)納米顆粒的靶向性修飾[44]。將3種疏水性藥物(氨甲蝶呤、10-羥基喜樹堿和紫杉醇)共同溶解在有機相中，利用類似的方法可以制備多藥復合納米顆粒，藥物之間的協(xié)同作用使復合納米顆粒比單純藥物納米顆粒具有更高的細胞毒性，動物模型實驗同樣表明復合納米顆粒具有更好的抗腫瘤效果[45]。McDonald等制備了抗菌藥二氯苯氧氯酚的納米顆粒(170～290 nm)[46]。與藥物水溶液相比，利用Pluronic F68和陽離子表面活性劑季銨鹽制備的藥物納米顆粒對大腸桿菌的半數(shù)抑制濃度(IC50)降低到原來的1/10。

4 其他納米顆粒制備

4.1 熒光納米顆粒

4.1.1 共軛聚合物納米顆粒

共軛聚合物納米顆粒，特別是小粒徑納米顆粒(聚合物點)，在熒光成像和生物傳感領(lǐng)域具有廣泛的應用。Behrendt等利用納米沉淀法，制備聚(9,9-二辛基芴)(PFO)的納米顆粒，將部分辛基側(cè)鏈替換為短PEG鏈，可以得到表面PEG修飾的納米顆粒，同時降低納米顆粒粒徑[47]。Ye等制備了橙色熒光的氰基，取代聚對苯撐乙烯(CN-PPV)納米顆粒(～10 nm)[48]。在納米顆粒制備過程中，加入苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物，順丁烯二酸酐水解后在納米顆粒表面形成羧基基團，實現(xiàn)納米顆粒表面功能化。納米顆粒表面交聯(lián)鏈霉親和素后，與生物素標記的抗體結(jié)合，能夠用于細胞表面標記以及細胞內(nèi)微管標記；在9,9-二辛基聚芴-苯并噻二唑交替共聚物(PFBT)納米顆粒中摻雜近紅外染料NIR775，由于PFBT的強吸光能力以及熒光共振能量轉(zhuǎn)移作用，NIR775的熒光亮度顯著增強，與相同尺寸近紅外量子點ITK Qdot800相比具有4倍的亮度[49]；將溫度響應性染料羅丹明B包裹在共軛聚合物納米顆粒內(nèi)，單波長激發(fā)下納米顆粒的熒光強度I573 nm/I510 nm比率變化與溫度在一定范圍內(nèi)成線性相關(guān)，從而制備得到比率式溫度傳感器[50]。

4.1.2 包裹染料或量子點熒光納米顆粒

通過在納米顆粒制備過程中加入熒光染料或量子點，可以制備得到熒光納米顆粒。Akbulut等將疏水性或疏水性修飾熒光染料(尼羅紅、香豆素、芘等)包裹在雙親性嵌段共聚物納米顆粒中，熒光發(fā)射峰位置涵蓋370～720 nm[51]。與游離染料相比，熒光納米顆粒穩(wěn)定性較高，沒有光漂白發(fā)生；通過在聚合物分子鏈中引入帶負電的羧基、磺酸基或帶正電的三甲基銨基團，可以制備得到超小的聚合物納米顆粒(20 nm)，并有效包裹離子型染料，熒光強度比相同尺寸量子點亮10倍。該方法具有普遍適用性(PLGA、聚已酸內(nèi)酯和聚甲基丙烯酸甲酯)，降低聚合物的濃度可以進一步得到15 nm的顆粒[52]。Wang等將疏水性聚集誘導發(fā)光染料EDP包裹到聚乙二醇-聚己內(nèi)酯嵌段共聚物納米顆粒內(nèi)，得到高熒光亮度的納米顆粒[53]；Zhang等將CdSe-ZnS量子點包裹在雙親性聚合物膠束內(nèi)，添加疏水性均聚物可以避免量子點的自猝滅作用[54]。改變?nèi)軇?非溶劑比例、嵌段共聚物組成和分子大小、均聚物濃度和混合器的排列，可以得到粒徑90～800 nm的納米顆粒。

4.2 復合納米顆粒

在聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基吡啶)嵌段共聚物的四氫呋喃溶液與含有HAuCl4或H2PtCl6的水溶液混合后，將其進一步稀釋到含有NaBH4和穩(wěn)定劑的水溶液中，得到穩(wěn)定分散的聚合物納米顆粒；同時，HAuCl4或H2PtCl6在NaBH4的還原下生成Au或Pt分布在納米顆粒表面。納米顆粒形狀、金屬納米顆粒粒徑和整體的光學特性，可以通過制備參數(shù)進行調(diào)節(jié)[55]。

Yan等制備了miglyol核心、環(huán)氧基團功能化的含糖聚合物納米囊，表面環(huán)氧基團可以用于染料和磁性納米顆粒的交聯(lián)[56]。在納米囊表面，多個庚基甘露糖基團可以與大腸桿菌表面的凝集素糖結(jié)合位點作用，利用負載熒光染料和磁性納米顆粒的納米囊，可以方便地觀察細菌的聚集，同時實現(xiàn)細菌的磁性分離。

實現(xiàn)藥物在病變位點的可控釋放，可以有效減少藥物對機體其他組織的副作用，提高疾病治療效果。Kong等制備了包裹疏水性磁性納米顆粒和喜樹堿的卵磷脂-PLGA雜合納米顆粒[57]，磁性納米顆粒和喜樹堿包裹在PLGA核心內(nèi)，顆粒表面由單層磷脂和脂質(zhì)-聚乙二醇穩(wěn)定，利用遠程射頻磁場可以實現(xiàn)藥物的刺激響應性釋放。Sanson等制備了聚三亞甲基碳酸酯-聚谷氨酸(PTMC-b-PGA)嵌段共聚物囊泡，并將疏水性γ-Fe2O3納米顆粒組裝在雙層聚合物分子中的疏水區(qū)域[58]。聚合物囊泡負載阿霉素后，可以實現(xiàn)核磁共振成像和射頻磁高熱誘導的阿霉素可控釋放。

5 總結(jié)與展望

納米沉淀法具有制備過程簡單、條件溫和等優(yōu)勢，被廣泛用于各種納米顆粒、納米藥物載體以及復合納米顆粒的制備。近年來，F(xiàn)NP技術(shù)的發(fā)展以及先進的自動化、高通量技術(shù)(如微流控技術(shù)、移液機器人[59]等)在納米沉淀法中應用，可以實現(xiàn)反應體系的快速混合，并方便地對制備參數(shù)(液流速度、聚合物濃度、溶劑/非溶劑比例等)進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)納米顆粒制備的自動化、規(guī)?；瓦B續(xù)化，對于推動納米技術(shù)的實際應用具有重要意義。隨著材料科學和納米科學的發(fā)展，納米沉淀法有望得到進一步發(fā)展和完善，特別是對親水性生物大分子的適用性以及多模態(tài)復合功能材料的制備等，其應用也將得到進一步拓展。

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Recent Advances of Nanoprecipitation and its Applications in Nano-drug Carriers

Li Yan Luo Cheng*Zhou Jie

(SchoolofMedicine,YichunUniversity,Yichun336000,Jiangxi,China)

Nanomaterials have shown their great potentials of wide applications in biomedical fields. Nanoprecipitation is a facile and straight approach to fabricate various nanomaterials through the supersaturation of solutes when mixing with nonsolvent. Recently a great progress has been made in the fabrication technologies, especially the Flash nanoprecipitation and microfluidic nanoprecipitation, which has greatly improved the reaction efficiency and controllability, paving the way for large-scale preparation of nanoparticles with high quality. Up to date, nanoprecipitation has been utilized to fabricate various nanoparticles and drug carriers (curcumin, paclitaxel, doxorubicin, camptothecin, cisplatin, penicillin, etc.). The research progresses in nanoprecipitation are summed up in this review.

nanoparticles; nanoprecipitation; drug carriers; fluorescent nanoparticles

10.3969/j.issn.0258-8021. 2017. 04.013

2017-03-17，錄用日期: 2017-05-23

江西省自然科學基金 (20161BAB215196); 江西省教育廳科學技術(shù)資助項目 (GJJ151021)

R318

A

0258-8021(2017) 04-0483-07

*通信作者(Corresponding author)，E-mail: luocheng999@163.com