《材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)》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(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院，山東 青島 266109)

材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為材料類專業(yè)，特別是材料化學(xué)、功能材料、材料科學(xué)基礎(chǔ)等專業(yè)的必修課，具有開設(shè)范圍廣、實(shí)驗(yàn)多、注重綜合性的特點(diǎn)。對于大部分材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)，開設(shè)在大二下學(xué)期或大三，學(xué)生基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)已經(jīng)養(yǎng)成，不需要單獨(dú)開設(shè)培訓(xùn)類型的實(shí)驗(yàn)，側(cè)重于綜合性實(shí)驗(yàn)是材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特色[1-2]。同時，大二或大三學(xué)期學(xué)生大量接觸專業(yè)基礎(chǔ)課和選修課，如何做到材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)課程的相互交融也成為一種重點(diǎn)探索方向。材料大類專業(yè)學(xué)習(xí)課程范圍廣，設(shè)計(jì)高分子材料、金屬材料、無機(jī)非金屬材料，而材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)課時量較少，基本上6～8綜合實(shí)驗(yàn)，因此，綜合實(shí)驗(yàn)最好涉及復(fù)合材料，一個實(shí)驗(yàn)就可以讓學(xué)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(nèi)部降解的特性，可以作為人體內(nèi)部緩釋藥物的載體。羥基磷灰石作為人體骨骼的主要無機(jī)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(shù)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(fù)擔(dān)，另一方面藥物作用被浪費(fèi)。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(shù)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(shè)材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(zhì)[5]。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

(1)了解載藥微球的含義，學(xué)習(xí)載藥微球的制備方法；

(2)了解利用光學(xué)顯微鏡和紫外可見分光計(jì)光度計(jì)等設(shè)備的使用方法。

2 實(shí)驗(yàn)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(nèi)部，利用微球的降解特點(diǎn)，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(tǒng)給藥方式，載藥微球具有如下特點(diǎn)：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(yīng)、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(shí)驗(yàn)利用二氯甲烷為油相、去離子水為水相，經(jīng)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(jì)是基于紫外可見分光光度法原理，利用物質(zhì)分子對紫外可見光譜區(qū)的輻射吸收來進(jìn)行分析的一種分析儀器。本實(shí)驗(yàn)利用紫外-可見分光光度計(jì)測量載藥微球的藥物負(fù)載率、緩釋效果。

3 試劑與儀器

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器

SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵,鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,深圳市瑞鑫達(dá)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(jì),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(xué)顯微鏡。

3.2 實(shí)驗(yàn)藥品

表1 主要實(shí)驗(yàn)藥品Table 1 The main experimental medicine

4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(1)油相制備：準(zhǔn)備100 mL規(guī)格的燒杯一個，準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)備一個250 mL的燒杯，準(zhǔn)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(zhǔn)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(xué)反應(yīng)結(jié)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(zhǔn)備好布氏漏斗并將溶液在其上過濾完全，用蒸餾水反復(fù)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(jì)下測定上述溶液吸光度，與布洛芬標(biāo)準(zhǔn)曲線并對比后，求得布洛芬-聚乳酸載藥微球的吸光度、實(shí)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(jì)下測定吸光度，研究布洛芬載藥微球的緩釋能力。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1 聚乳酸微球放在光學(xué)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(xué)顯微鏡下基本上呈現(xiàn)球形，粒徑分布均一，個別聚乳酸微球呈現(xiàn)空心情況，有一定的團(tuán)聚現(xiàn)象，經(jīng)不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)對比，聚乳酸原料添加量越大，其團(tuán)聚傾向越大。

為測量聚乳酸載藥微球布洛芬的負(fù)載情況，將紫外分光光度計(jì)的波長設(shè)置為264 nm，測得不同濃度下布洛芬水溶液的吸光度。根據(jù)表2不同濃度下溶液的吸光度，可得到布洛芬水溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)曲線即可獲得布洛芬-聚乳酸載藥微球?qū)嶋H濃度和載藥率，實(shí)驗(yàn)1到實(shí)驗(yàn)4是不同實(shí)驗(yàn)條件下結(jié)果，從結(jié)果可以看出，實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)3的載藥量最高。所以，在我們本次實(shí)驗(yàn)配置的布洛芬-聚乳酸載藥微球中，選用實(shí)驗(yàn)3作為最佳配比進(jìn)行研究。

表4 計(jì)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(xué)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。可以讓學(xué)生熟悉微乳液法制備高分子微球的技術(shù)，同時，實(shí)驗(yàn)用到了抽濾設(shè)備、紫外可見分光光度計(jì)，讓學(xué)生熟悉和掌握常見的化學(xué)分析設(shè)備，有助于學(xué)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(xué)生對藥物緩釋機(jī)制有一定的了解。

從時間上計(jì)算整個實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，油相水相的制備1 h左右，微乳液的制備和揮發(fā)實(shí)驗(yàn)進(jìn)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(shí)驗(yàn)3 h左右，特別適合半天的實(shí)驗(yàn)。聚乳酸載藥微球的紫外分析，需要標(biāo)準(zhǔn)曲線測定和繪制，從實(shí)驗(yàn)時間控制出發(fā)，本實(shí)驗(yàn)緩釋曲線控制3 h，有利于材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)排課，整體測試時間3.5 h左右。制備和測試合計(jì)6～7 h，符合一個材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)的時間要求。

7 結(jié) 論

本論文結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)分析出發(fā)，構(gòu)建一個材料化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。載藥微球的制備過程和結(jié)果表征實(shí)驗(yàn)開展條件簡單，工藝流程難度和時間適合單個綜合實(shí)驗(yàn)，是一個合適的材料化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)，可以作為材料大類專業(yè)的材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)。