基于瞬時納米沉淀法制備尺寸可控載藥納米粒子

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(華東理工大學化工學院,上海 200237)

基于瞬時納米沉淀法制備尺寸可控載藥納米粒子

馬俊,李莉,王銘緯,周志明,郭旭虹

(華東理工大學化工學院,上海200237)

合成了5種具有不同分子量、不同親疏水鏈段比例的兩親性嵌段共聚物——甲氧基聚乙二醇-b-聚己內(nèi)酯(mPEG-b-PCL),并以其為表面活性劑,采用瞬時納米沉淀(FlashNanoPrecipitation,FNP)法制備出一系列包裹模型藥物β-胡蘿卜素的納米粒子。通過改變兩親性共聚物的結構、分子量、濃度及溶劑體積比(V(H2O)∶V(THF)),成功實現(xiàn)了對納米粒子尺寸的調(diào)控。實驗結果表明:聚合物親水鏈段分子量比例增大,則納米粒子尺寸減小;當親水鏈段分子量比例相同時,聚合物分子量越大,則納米粒子尺寸越小;當聚合物質(zhì)量濃度較高(10.0g/L)時,制備的納米粒子粒徑分布較窄,粒子性能較穩(wěn)定。

FNP; 聚合物納米粒子; 尺寸可控

瞬時納米沉淀 (Flash Nano Precipitation,FNP) 技術由Johnson和Prud’homme在2003年首次提出,是一種可以在極短的時間內(nèi)制備包含有機活性物質(zhì)聚合物納米粒子的新型技術[1]。其流程為:將聚合物、藥物溶于有機溶劑(常用四氫呋喃,THF)中,將該股流體與水溶液在CIJ混合器 (Confined impinging jets mixer)中快速對撞混合,從而得到納米粒子[2]。CIJ混合器工藝流程較簡單,且便于操作。但在使用該混合器制備納米粒子時,要求對撞的兩股流體動量必須相等,這極大地限制了研究范圍。為了改善不足,Liu等[3-4]進一步完善了CIJ混合器,制備出新型的多通道渦流(MIVM)混合器。與CIJ混合器相比,MIVM混合器采用了4股流體進行混合,且混合方式不再是簡單的對撞式混合,而是將流體切向送入混合腔,在混合腔中依靠高剪切力快速進行混合。在這種混合方式下,不僅可以通過調(diào)節(jié)流速比制備出一系列的納米粒子,而且經(jīng)研究證實,與CIJ混合器相比,該混合器可以使混合更有效、更充分。

與傳統(tǒng)的透析法[5-11]制備納米粒子相比,FNP技術的優(yōu)勢在于其大大縮短了納米粒子的制備時間,整個制備流程在幾秒內(nèi)即可完成。因此,近年來利用FNP技術制備納米粒子得到了越來越多的關注[12-15]。在利用FNP技術制備納米粒子過程中,有許多因素如納米粒子的成核速度、制備過程中反溶劑的用量等都會影響最終形成的納米粒子的性能[16-17]。Liu等[18]討論了影響聚合物納米粒子穩(wěn)定性的因素,得出了納米粒子穩(wěn)定性與聚合物種類以及聚合物藥物濃度比有關的結論。Zhu等[19]討論了嵌段聚合物種類對FNP技術制備納米粒子穩(wěn)定性的影響,基于PS-b-PEG、PCL-b-PEG、PLA-b-PEG及PLGA-b-PEG (其中PS、PEG、PCL、PLA、PLGA分別表示聚苯乙烯、聚乙二醇、聚己內(nèi)酯、聚乳酸、聚乳酸-羥基乙酸)這4種應用廣泛的聚合物,利用FNP技術制備包裹β-胡蘿卜素的納米粒子,最終得出了由聚合物PLGA-b-PEG制備的納米粒子性能較穩(wěn)定且載藥量較高的結論。目前鮮見采用FNP技術制備尺寸可控納米粒子的文獻報道。

在以上文獻基礎上,本文旨在通過兩親性嵌段共聚物甲氧基聚乙二醇-b-聚己內(nèi)酯(mPEG-b-PCL)對FNP技術進行進一步的基礎研究。在mPEG-b-PCL中,mPEG、 PCL均具有良好的生物相容性,且PCL具有很好的生物降解性,可以被廣泛應用于載藥領域[20-24]。本文通過調(diào)節(jié)PEG、PCL兩種聚合物的分子量、親疏水嵌段比例、聚合物濃度以及溶劑體積比(V(H2O)∶V(THF)),利用FNP技術探索實現(xiàn)對載藥聚合物納米粒子尺寸的調(diào)控。

1 實驗部分

1.1原料及儀器

原料:甲氧基聚乙二醇(mPEG),Mn為5 000、2 000、550,Sigma-Aldrich公司;β-胡蘿卜素,純度97%,Sigma-Aldrich公司;辛酸亞錫,純度95%,Adamas-beta公司;ε-己內(nèi)酯,純度99%,Adamas-beta公司;無水甲苯、乙醚、四氫呋喃、二氯甲烷,分析純,上海凌峰化學試劑有限公司;高純氮氣,五鋼化學氣體公司;去離子水,實驗室自制。

儀器:電子分析天平,AL104型,梅特勒(上海)儀器公司;磁力攪拌器,DF-101S型,鞏義予華儀器有限公司;真空泵,2XZ-2型,臨海譚氏真空設備公司;四通道渦流混合器,實驗室自制;注射泵,0.01～200 mL/min;電熱鼓風干燥箱,DHG-907313S-III型,上海圣科儀器設備有限公司;納米粒徑分析儀,380ZLS型,美國PSS粒度儀公司;氫核磁共振儀,Bruker AM400 MHz型,美國布魯克(Bruker)公司;凝膠滲透色譜儀(GPC),Waters-1515型,美國Waters公司;熒光分光光度計,F4500型,日本日立公司;透射電鏡,JEM-1400型,日本電子股份有限公司。

1.2不同分子量mPEG-b-PCL的合成

mPEG-b-PCL的合成反應式如圖1所示。mPEG550-b-PCL3850(下角標分別表示相應物質(zhì)的分子量,下同)的合成步驟為[25]:將甲氧基聚乙二醇 (mPEG,5.5 g,Mn=550) 溶解在無水甲苯(30 mL)中,隨后加入ε-己內(nèi)酯(PCL,38.5 g,Mn=3 850) 和辛酸亞錫 (150 μL),在氮氣保護下,120 ℃攪拌24 h。反應完畢,待冷卻至室溫后,將產(chǎn)品逐滴緩慢加入大量無水乙醚中。充分攪拌后,抽濾得到白色粉末狀固體,轉移至真空烘箱中,35 ℃烘干得到最終產(chǎn)物。

圖1 mPEG-b-PCL兩嵌段共聚物的合成Fig.1 Synthesis of mPEG-b-PCL di-block copolymer

同上述合成方法一致,采用不同分子量的mPEG和PCL,調(diào)節(jié)mPEG與PCL的投料比,分別合成出mPEG2000-b-PCL14000、mPEG5000-b-PCL15000、mPEG5000-b-PCL24000和mPEG5000-b-PCL350004種兩親性嵌段共聚物。對最終所合成的產(chǎn)物進行氫核磁表征、GPC表征,并對其臨界膠束濃度 (CMC) 進行測定。

1.3用FNP技術制備包裹β-胡蘿卜素的納米粒子

為充分強化組裝,實驗室自制了一套設備,如圖2所示。該設備由2臺泵、4支針筒及MIVM混合器組成。其中,泵可以用來控制針筒中的流體流速,可控范圍為0～200 mL/min。將β-胡蘿卜素以一定比例溶于四氫呋喃(THF)中制備出1號液(Stream 1),聚合物以指定濃度溶于THF中制備出2號液(Stream 2),3號液(Stream 3)和4號液(Stream 4)均為去離子水。隨后,設置一定流速,在泵的推動下,讓4股流體在混合器中發(fā)生瞬間碰撞混合從而得到所需的納米粒子。

圖2 實驗流程示意圖Fig.2 Experimental flow chart

Russ等[4]已證實,當流體混合為湍流混合時,混合效果更好。實驗中通過計算渦流混合器中流體的雷諾數(shù) (Re) 來進行驗證。Re的計算公式如下:

(1)

式中:Vi為某一流體的流速,m/s;Qi為某一流體的體積流速,mL/min;Si為流體進口處的通道截面積,本文自制混合器中所有進口處的通道截面積均為1.65×10-6m2;D為混合室的直徑,本文中為6×10-3m;υi為流體的運動黏度,水的運動黏度為8.9×10-7m2/s,THF的運動黏度為5.4×10-7m2/s。實驗中流速、體積比以及計算得出的雷諾數(shù)見表1,其中Re的數(shù)值范圍為4 500～12 000,均處于湍流混合區(qū),證實所設計的流速符合要求。制備過程中保持時間固定,則水與THF的體積比即為水與THF的流速比。

表1 H2O/THF體積比、流體流速及相應雷諾數(shù)

2 結果與討論

2.1mPEG-b-PCL嵌段聚合物的表征

2.1.1 核磁表征 以mPEG550-b-PCL3850為例,將制備得到的嵌段聚合物配成氘代氯仿溶液進行核磁共振分析,其氫核磁共振圖譜如圖3所示?；瘜W位移1.38處對應分子式中f處的亞甲基質(zhì)子峰,2.31處對應d處的亞甲基質(zhì)子峰,3.38處對應a處的甲基質(zhì)子峰,3.65處對應b處和c處的亞甲基質(zhì)子峰,4.06處對應h處的亞甲基質(zhì)子峰。

mPEG、PCL的實際分子量可由式(2)和式(3)分別計算得出:

(2)

(3)

其中:M為理論分子量;Sb+c表示圖3中b+c處的核磁峰面積;Sd表示圖3中d處的核磁峰面積;m,n分別表示PCL和PEG中的重復單元數(shù)。根據(jù)式(2)及式(3)計算可知,產(chǎn)物的實際分子式為mPEG554-b-PCL3899,與設計分子式mPEG550-b-PCL3850接近。由此進一步證明成功合成出產(chǎn)物[25]。

圖3 mPEG550-b-PCL3850的氫核磁共振譜圖Fig.3 1H-NMR spectra of mPEG550-b-PCL3850

聚合物mPEG2000-b-PCL14000、mPEG5000-b-PCL15000、mPEG5000-b-PCL24000和mPEG5000-b-PCL35000的核磁分析和分子量計算與聚合物mPEG550-b-PCL3850類似,其結果列于表2。

2.1.2 GPC表征 以mPEG550-b-PCL3850為例,使用凝膠滲透色譜儀 (GPC) 測定其分子量以及分子量分布 (PDI) 。測試流動相為四氫呋喃,標定物為聚苯乙烯。測試結果如圖4所示。由此得到樣品mPEG550-b-PCL3850實際分子量為4 440,分子量分布為1.44。從圖4可以看出,分子檢出越早,分子量越大,符合GPC檢測的一般規(guī)律。

圖4 嵌段聚合物GPC數(shù)據(jù)Fig.4 GPC data of block copolymers

2.1.3 臨界膠束濃度(CMC)的測定 采用芘熒光探針法測試所合成的嵌段聚合物的CMC值[26]。具體測試步驟如下:將6 mg聚合物溶解于1 mL四氫呋喃中,劇烈攪拌下,緩慢加入30 mL蒸餾水,形成內(nèi)相為有機相,外相為連續(xù)水相的乳劑,聚合物重排形成膠束。將乳劑敞口攪拌,除去揮發(fā)有機相,配成質(zhì)量濃度為0.2 g/L的聚合物膠束母液。與此同時,稱取1 mg芘溶于1 L去離子水中,連續(xù)攪拌3 d制得芘的飽和溶液。取10個5 mL棕色直形羅口瓶,用芘的飽和水溶液對聚合物母液進行稀釋,分別稀釋成0.1,0.01,5×10-3,2.5×10-3,1.0×10-3,5×10-4,2.5×10-4,1.0×10-4,1.0×10-5g/L和1.0×10-6g/L共10個質(zhì)量濃度不同的溶液,之后使用振蕩器連續(xù)振蕩5 min并靜置數(shù)小時,使聚合物充分自組裝。配樣完成后,轉移2 mL樣品于比色皿中,置于儀器內(nèi)測試。

以mPEG550-b-PCL3850為例,用熒光光度計的氙燈作為激光光源,激發(fā)波長固定為335 nm,狹縫寬度為3 mm,波長掃描范圍350～450 nm。由于芘在372 nm和383 nm處的熒光強度的比值 (I372/I383) 強烈依賴于溶劑的極性,故當芘增溶于聚合物形成的膠束后,芘所處環(huán)境極性的變化會引發(fā)I372/I383突變,由此可確定聚合物的CMC值。芘在不同濃度聚合物溶液中的熒光光譜圖如圖5(a)所示,計算I372/I383,將其作為y軸,將lgρ(ρ為嵌段聚合物質(zhì)量濃度)作為x軸,進行作圖,最終可通過拐點處切線的交點計算得出聚合物CMC值,如圖5(b)所示。

采用相同方法可得到其余各分子量聚合物的CMC值,結果列于表2中。分析數(shù)據(jù)可知,各分子量聚合物的CMC值符合非離子表面活性劑CMC值的一般變化規(guī)律,即疏水端鏈段越長,CMC值越小;聚氧乙烯聚合度越高,CMC值越大。這也間接證明了合成的聚合物分子量符合設計值,同時為聚合物表面活性劑自組裝的濃度取值提供參考。

mPEG-b-PCL嵌段聚合物核磁表征、GPC表征以及CMC測試最終結果如表2所示,其中,fPEG為實際合成的嵌段聚合物中親水鏈段所占的分子量比例。由此可知,成功合成出不同分子量的嵌段聚合物。

圖5 芘在不同濃度聚合物(mPEG550-b-PCL3850)溶液中的熒光光譜(a);mPEG550-b-PCL3850CMC值擬合圖(b) Fig.5 Fluorescence spectra of pyrene in polymer mPEG550-b-PCL3850 solution with different concentrations (a) and CMC fitting chart of mPEG550-b-PCL3850 (b)

表2 mPEG-b-PCL兩親性嵌段共聚物核磁表征、GPC表征及CMC測試結果

a)Tested by 1H-NMR;b)Tested by GPC;fPEG—MmPEG/MmPEG-b-PCL

2.2聚合物納米粒子包封率、載藥率的測定

2.2.1β-胡蘿卜素標準曲線的繪制 配制水與THF體積比為4∶1的溶液A。稱取一定質(zhì)量的β-胡蘿卜素溶于A中,配制一系列濃度的β-胡蘿卜素的A溶液,將其分別置于紫外分光光度計中測試,結果如圖6所示。

由圖6可知,溶液A在460 nm處有最大吸光度,取460 nm處吸光度對質(zhì)量濃度作線性回歸,如圖7所示,得到回歸方程為y=0.075x+0.05,R2=0.976,可見在所選質(zhì)量濃度范圍內(nèi),β-胡蘿卜素的質(zhì)量濃度與紫外吸收度線性關系良好。

圖6 不同濃度下β-胡蘿卜素紫外光譜圖Fig.6 UV absorbance spectra of β-carotene in different concentrations

2.2.2 載藥納米粒子包封率、載藥率的計算 取5 mL制備的納米粒子溶液(初始溶液),先透析除去其中的THF,此時會有部分未被包裹的β-胡蘿卜素沉降出來,用450 nm的濾頭過濾掉沉降出的β-胡蘿卜素。將濾液凍干,12 h后取出,將其重新分散至5 mL溶液A中得到溶液B,以溶液A為對照,在460 nm處測定溶液B中β-胡蘿卜素的紫外吸收值,代入標準曲線即得被包裹的β-胡蘿卜素的濃度,從而求出胡蘿卜素包裹量,根據(jù)下式算出納米粒子包封率及載藥率。

包封率=β-胡蘿卜素包裹量/β-胡蘿卜素給藥量×100%

摩爾載藥率=β-胡蘿卜素被包裹物質(zhì)的量/(β-胡蘿卜素給藥物質(zhì)的量+聚合物物質(zhì)的量)×100%

圖7 β-胡蘿卜素在溶液A中的紫外標準曲線Fig.7 UV standard curve of β-carotene in solution A

根據(jù)實驗結果計算得出,由聚合物mPEG550-b-PCL3850、mPEG2000-b-PCL14000、mPEG5000-b-PCL15000、mPEG5000-b-PCL24000和mPEG5000-b-PCL35000制備得到的納米粒子的包封率分別為35.3%、73.6%、77.4%、71.5%和82.1%,可見分子量較小的聚合物mPEG550-b-PCL3850的藥物包封率明顯低于其他樣品,包封效果較差,隨后章節(jié)將對其粒子結構作進一步的表征;納米粒子的摩爾載藥率分別為3.3%、18.0%、22.4%、27.9%、38.0%,誤差范圍內(nèi)仍然是分子量較小的聚合物mPEG550-b-PCL3850摩爾載藥率最低,可見載藥率對聚合物的分子量有最低閾值要求。

2.3采用FNP技術制備并調(diào)控納米粒子的尺寸

2.3.1 聚合物濃度及溶劑體積比對納米粒子尺寸的影響 以mPEG5000-b-PCL35000為例,采用DLS測試了聚合物在不同濃度及溶劑體積比條件下形成的納米粒子的尺寸及其分布,實驗結果如圖8所示。當聚合物質(zhì)量濃度分別為0.1、1.0、10.0 g/L時,納米粒子PDI分別在0.3、0.2和0.1附近。這表明,隨著聚合物質(zhì)量濃度的增加,納米粒子分散性越來越窄。這可能是由于流體在混合腔內(nèi)進行瞬間混合時,聚合物濃度過低會導致機械混合作用力過大,抵消了聚合物疏水締合的能力,使得形成的納米粒子大小非常不均勻,分散性差。因此,在使用FNP技術制備納米粒子過程中,聚合物濃度需要達到一定的數(shù)值。為減小實驗誤差,降低粒子分散性,將后續(xù)實驗中的聚合物質(zhì)量濃度固定為10.0 g/L。

圖8 溶劑體積比不同時納米粒子的分散性 Fig.8 PDI of nano particles in different solvent ratios

同時,隨著V(H2O)∶V(THF)的增加,納米粒子粒徑逐漸減小的趨勢非常明顯。當V(H2O)∶V(THF)由4∶1增加到13∶1時,納米粒子尺寸由210 nm減小至130 nm,降低了近40%,如圖9所示。分析原因,可能是由于隨著溶劑體積比的增加(水相比例增加),β-胡蘿卜素與水相之間的極性排斥作用逐漸增強,從而使得納米粒子結構更加緊湊,導致納米粒子尺寸減小,可見β-胡蘿卜素的成核誘導作用不容忽視。

圖9 溶劑體積比不同時的納米粒子粒徑Fig.9 Particle size of nano particles in different solvent ratios

此外,本文還研究了納米粒子的穩(wěn)定性。將在較高質(zhì)量濃度(10.0 g/L)下制備得到的mPEG5000-b-PCL35000納米粒子靜置數(shù)天(5 d,10 d),利用DLS追蹤其粒徑變化,結果如圖10所示。從圖中可以看出,所制備出的納米粒子較穩(wěn)定,粒徑大小并無顯著變化。用其他不同分子量聚合物制備得到的納米粒子粒徑與分散性變化規(guī)律與mPEG5000-b-PCL35000相似。

圖10 mPEG5000-b-PCL35000納米粒子粒徑大小與儲存時間的變化關系

綜上,當聚合物質(zhì)量濃度較高(10.0 g/L)時,采用FNP技術制備的納米粒子分散性較好,且粒徑隨著溶劑體積比V(H2O)∶V(THF)的增加而減小。由此可見,調(diào)節(jié)聚合物質(zhì)量濃度及溶劑體積比是控制聚合物納米粒子尺寸行之有效的手段。

2.3.2 聚合物親水鏈段分子量比例對納米粒子尺寸的影響 在較高質(zhì)量濃度(10.0 g/L)下,實驗設計了mPEG5000-b-PCL15000(fPEG=24.99%) 、mPEG5000-b-PCL24000(fPEG=17.23%)和mPEG5000-b-PCL35000(fPEG=12.50%) 3種不同親水鏈段分子量比例的聚合物,采用FNP技術制備一系列納米粒子,利用DLS測試其粒徑,結果如圖11所示。

圖11 聚合物親水鏈段分子量比例對粒子尺寸的影響Fig.11 Effect of hydrophilic segment ratio on particle size

從圖中可以看出,隨著聚合物親水鏈段分子量比例的增加,納米粒子粒徑逐漸減小。與前面溶劑體積比的作用類似,這可能同樣是由于聚合物分子中親水鏈段增大,使得β-胡蘿卜素與水相之間的極性排斥作用逐漸增強,從而使納米粒子結構更加緊湊,導致納米粒子尺寸減小。

綜上,聚合物親水鏈段分子量比例對最終形成的納米粒子粒徑有較大的影響,通過改變聚合物親水鏈段分子量比例,可以實現(xiàn)對納米粒子粒徑的調(diào)控。

2.3.3 聚合物分子量對納米粒子尺寸的影響 在相同質(zhì)量濃度(10.0 g/L)和相同親水鏈段分子量比例(fPEG=12.50%)下,聚合物分子量對納米粒子粒徑的影響如圖12所示。實驗設計了mPEG550-b-PCL3850、mPEG2000-b-PCL14000和mPEG5000-b-PCL350003種分子量不同的嵌段聚合物,采用FNP技術制備一系列納米粒子,利用DLS測試其粒徑。

圖12 聚合物分子量對粒子尺寸的影響Fig.12 Effect of molecular weight on particle size

從圖12中可以看出,由3種不同分子量嵌段聚合物制備得到的納米粒子尺寸從大到小依次為mPEG550-b-PCL3850、mPEG2000-b-PCL14000、mPEG5000-b-PCL35000,即隨著分子量的增加,納米粒子尺寸逐漸減小。這個結果比較出乎預期,分析原因可能是當聚合物分子量較低時,聚合物分子鏈的體積排斥效應不強,使得更多的聚合物分子容易聚集成為一個納米粒子,即每個聚集體是由更大物質(zhì)的量的聚合物組裝而成的,粒徑也就越大。

同時,由于聚合物分子量較小,形成每個聚集體的聚合物的物質(zhì)的量也就很難在短時間內(nèi)得到均勻控制。根據(jù)圖12所示PDI數(shù)據(jù)可知,聚合物分子量越小,形成的納米粒子分散性就越大。對比2.2.2節(jié)聚合物的載藥率和藥物包封率數(shù)據(jù)可知,納米粒子并非尺寸越大載藥效率越高,聚合物膠束的組裝緊密度才是決定載藥率的重要因素。

綜上,聚合物分子量對納米粒子尺寸及分散性影響較大,當分子量較大時,納米粒子分散性較好且尺寸較小。

2.3.4 聚合物納米粒子TEM表征 利用透射電鏡對mPEG550-b-PCL3850、mPEG5000-b-PCL15000及mPEG5000-b-PCL35000制備得到的納米粒子形貌進行表征,結果如圖13所示。可見所制備得到的納米粒子形態(tài)呈較均一的球形,并且從左到右粒徑逐漸減小,符合前文所述規(guī)律,即聚合物親水鏈段分子量比例越大,所制得的納米粒子粒徑越小;當聚合物親水鏈段分子量所占比例相同時,聚合物分子量越大,所制得納米粒子的粒徑越小。

圖13 納米粒子TEM示意圖Fig.13 TEM image of nano particles

3 結 論

(1) 聚合物濃度及溶劑體積比顯著影響用FNP技術制備的納米粒子尺寸及分散性。在較高質(zhì)量濃度下,得到的粒子分散性較好;且隨著溶劑體積比V(H2O)∶V(THF)的增大,粒子的尺寸逐漸減小。

(2) 聚合物中親水鏈段分子量比例對納米粒子尺寸影響較大。聚合物親水鏈段分子量比例越大,納米粒子粒徑越小,分散越均勻。

(3) 聚合物分子量對納米粒子尺寸、分散性和載藥率有一定的影響。當聚合物濃度及聚合物親水鏈段分子量比例相同時,聚合物分子量越大,所制得的納米粒子尺寸越小,分散越均勻。聚合物的載藥率和藥物包封率對分子量也有一定要求,分子量太小不利于載藥。

[1] JOHNSON B K,PRUD′HOMME R K.Mechanism for rapid self-assembly of block copolymer nanoparticles[J].Physical Review Letters,2003,91(11):1-4.

[2] JOHNSON B K,PRUD′HOMME R K.Chemical processing and micromixing in confined impinging jets[J].AIChE Journal,2003,49(9):2264-2282.

[3] LIU Ying,CHEN Chungyin.Mixing in a multi-inlet vortex mixer (MIVM) for flash nano-precipitation[J].Chemical Engineering Science,2008,63(11):2829-2842.

[4] RUSS B,LIU Ying,PRUD′HOMME R K.Optimized descriptive model for micromixing in a vortex miner [J].Chemical Engineering Communications,2010,197(8):1068-1075.

[5] BLANAZS A,ARMES S P,RYAN A J.Self-assembled block copolymer aggregates:From micelles to vesicles and their biological applications[J].Macromolecular Rapid Communications,2009,30(4/5):267-277.

[6] SUN Huanli,GUO Bingnan,LI Xiaoqing,etal.Shell-sheddable micelles based on dextran-SS-poly(ε-caprolactone) diblock copolymer for efficient intracellular release of doxorubicin[J].Biomacromolecules,2010,11(4):848-854.

[7] ZHULINA E B,ADAM M,LARUE I,etal.Diblock copolymer micelles in a dilute solution[J].Macromolecules,2005,38(12):5330-5351.

[8] AATHIMANIKANDAN S V,SAVARIAR E N,THAYUMANAVAN S.Temperature-sensitive dendritic micelles[J].Journal of American Chemical Society,2005,127(42):14922-14929.

[9] JI Yongqiang,WANG Weishan,LI Ganzuo,etal.Rheological properties of wormlike micelles formed in the sodium oleate/trisodium phosphate aqueous solution[J].Chinese Chemical Letters,2008,19(4):483-487.

[10] MILLER T,COLEN G Van,SANDER B,etal.Drug loading of polymeric micelles[J].Pharmaceutical Research,2013,30(2):584-595.

[11] MATSUOKA K,TAKAGI K,HONDA C.Micelle formation of sodiumhyodeoxycholate[J].Chemistry and Physics of Lipids,2013,172/173(3):6-13.

[12] GINDY M E,PRUD′HOMME R K.Multifunctional nanoparticles for imaging,delivery and targeting in cancer therapy[J].Expert Opinion Drug Delivey,2009,6(8):865-878.

[13] WANG Mingwei,XU Yisheng,WANNG Jie,etal.Biocompatible nanoparticle based on dextran-b-poly(L-lactide) block copolymer formed by flash nanoprecipitation [J].Chemistry Letters,2015,44(12):1688-1690.

[14] WANG Mingwei,YANG Nan,GUO Zhiqian,etal.Facile preparation of AIE-active fluorescent nanoparticles through flash nanoprecipitation[J].Industrial & Engineering Chemistry Research,2015,54(17):4683-4688.

[15] AKBULUT M,GINART P,GINDY M E,etal.Generic method of preparing multifunctional fluorescent nanoparticles using flash nano precipitation[J].Advanced Functional Materials,2009,19(5):718-725.

[16] GINDY M E,PANAGIOTOPOULOS A Z,PRUD′HOMME R K.Composite block copolymer stabilized nanoparticles:Simultaneous encapsulation of organic actives and inorganic nanostructures[J].Langmuir,2008,24(1):83-90.

[17] ADDIO D,PRUD′HOMME R K.Controlling drug nanoparticle formation by rapid precipitation[J].Advanced Drug Delivery Reviews,2011,63(6):417-426.

[18] LIU Ying,TONG Zhen,PRUD′HOMME R K.Stabilized polymeric nanoparticles for controlled and efficient release of bifenthrin[J].Pest Management Science,2008,64(8):808-812.

[19] ZHU Zhengxi.Effects of amphiphilic diblock copolymer on drug nanoparticle formation and stability[J].Biomaterials,2013,34(38):10238-10248.

[20] GOU Maling,ZHENG Xiuling.Self-assembled hydrophobic honokiol loaded mPEG-PCL diblock copolymer micelles[J].Pharmaceutical Research,2009,26(9):2164-2173.

[21] SHEN Yang,LENG Mengtian,YU Hongchi,etal.Effect of amphiphilic PCL-PEG nano-micelles on HepG2 cell migration[J].Macromolecular Bioscience,2015,15(3):372-384.

[22] PENG Wei,JIANG Xinyi,ZHU Yuan,etal.Oral delivery of capsaicin using mPEG-PCL nanoparticles[J].Acta Pharmacologica Sinica,2015,36(1):139-148.

[23] WANG Qin,JIANG Jiayu,CHEN Wenfei,etal.Targeted delivery of low-dose dexamethasone using PCL-PEG micelles for effective treatment of rheumatoid arthritis[J].Journal of Controlled Release,2016,230:64-72.

[24] LINCE F,MARCHISIO D L,BARRESI A A.Strategies to control the particle size distribution of poly-ε-caprolactone nanoparticles for pharmaceutical applications[J].Journal of Colloid and Interface Science,2008,322(2):505-515.

[25] HWANG Minji,SUH Ju myung,BAE You han,etal.Caprolactonic poloxamer analog:PEG-PCL-PEG[J].Biomacromolecules,2005,6(2):885-890.

[26] SHANNIGRAHI M,BAGCHI S.Novel fluorescent probe as aggregation predictor and micro-polarity reporter for micelles and mixed micelles[J].Spectrochimica Acta:Part A.Molecular and Biomolecular Spectroscopy,2005,61(9):2131-2138.

PreparationofSize-ControllableDrugLoadedNanoParticlesBasedonFlashNanoPrecipitationMethod

MAJun,LILi,WANGMing-wei,ZHOUZhi-ming,GUOXu-hong

(SchoolofChemicalEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)

Five amphiphilic diblock copolymers,methoxy poly(ethylene glycol)-b-polycaprolactone (mPEG-b-PCL) with different molecular weights and hydrophilic/hydrophobic proportions were synthesized.A series of nano particles encapsulated model drug beta-carotene and protected by the prepared copolymers as surfactants were prepared by using flash nano-precipitation (FNP) method.The size and size distribution of nano particles were controllable by changing the block structure,molecular weight,polymer concentration and solvent ratio (V(H2O)∶V(THF)).Experimental results showed that the size of nano particles decreased by increasing the solvent ratio or hydrophilic proportion.Under the same proportion of the hydrophilic moieties,the size of particles was decreased by increasing the molecular weight.The nano particles became more stable and their size distribution was narrower upon increasing polymer concentrations.

FNP; polymeric nano particles; size-controllable

TQ317

A

1006-3080(2017)05-0597-09

10.14135/j.cnki.1006-3080.2017.05.001

2017-01-10

國家自然科學基金(21476143)

馬 俊(1994-),女,碩士生,主要從事高分子表面活性劑的合成及聚集態(tài)結構研究。

李 莉,E-mail:lili76131@ecust.edu.cn