專利名稱：一種聚丙烯酸納米凝膠微球及其制法和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及聚丙烯酸凝膠，以及作為藥物載體。
背景技術：
近年來，隨著生物技術的快速發展，肽類和蛋白質類藥物不斷涌現，且正越來越多 地應用于臨床。但是這類藥物普遍存在著體內穩定性差，極易變性失活，易于從血液循環中 清除等缺陷。如何將這類藥物制成穩定、安全、有效的制劑，已成為藥劑學領域中一個極富 挑戰性和具有實用價值的研究熱點。采用高分子材料制備藥物及基因載體用于它們的控制 釋放受到了越來越多的關注。作為藥物釋放載體的高分子材料，需要具有生物相容性和生 物降解性，也就是能在體內降解為小分子化合物，從而被機體代謝、吸收或排泄，對人體無 毒副作用，并且降解過程發生的時機要合適。高分子納米微球是七十年代末發展起來的具 有緩控釋放和體內靶向性的新型藥物載體。可以根據粒子在體內分布的特異性，將藥物輸 送到疾病部位后，緩慢釋放，使藥物在病灶部位的濃度顯著增加，作用時間延長，藥物的治 療效果顯著提高；同時減輕藥物對人體正常組織的毒副作用，從而使藥物達到在體內病灶 部位緩慢釋放和靶向給藥的目的，提高用藥的安全性和高效性，避免有毒藥物(如許多抗 腫瘤藥物)對正常細胞的傷害，對臨床應用具有重大的應用價值。例如治療糖尿病的胰島 素緩釋納米粒子、胃漂浮型微球、治療癌癥的緩釋栓塞、基因藥物的輸送與緩釋等。聚合物納米空心球由于具有較大的負載空間，在藥物輸送領域受到了廣泛關注。 聚合物空心球通常是由輕度交聯的聚合物形成的球殼。由于沒有球內實體的限制，空心球 很容易變形，例如發生坍塌和不同程度的溶脹。若構成空心球的聚合物是聚電解質，空心球 體積就會具有很強的PH或離子強度依賴特性。如聚合物含有光敏基團，空心球的形態則可 能具有光控特性。這種環境響應特性使我們有可能能夠有效控制空心球對客體分子的負載 和釋放，其發展前景無疑是很誘人的。水凝膠是具有交聯結構的水溶性高分子中引入一部分疏水基團而形成的交聯聚 合物，它是一種高分子網絡體系。水凝膠一般分為傳統水凝膠和智能水凝膠，具有良好的物 理化學性質和生物相容性。特別是智能水凝膠在許多方面潛在很大的應用前景，如特定響 應的水凝膠，既可用于生物傳感器也可用于藥物釋放體系。智能水凝膠作為藥物控釋系統 的載體在材料方面要求較高，雖然新的功能材料不斷出現，但用作藥物載體時，仍存在著響 應時間長、缺乏良好的生物相容性、機械強度差，難持久等問題，因此制備出優異性能的智 能型納米凝膠是解決問題的關鍵所在。
發明內容
本發明的目的是1.提供一種中空結構的高載藥量的以及可控藥物釋放的聚丙烯酸納米凝膠微 球；2.提供一種上述聚丙烯酸納米凝膠微球的制備方法；
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3.提供一種載有藥物的聚丙烯酸納米凝膠微球，特別是載有藥物的聚丙烯酸納米 凝膠微球。本發明的技術方案如下一種聚丙烯酸納米凝膠微球，它是中空結構的納米凝膠微球，它的主要成分為以 N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑的交聯的聚丙烯酸，聚丙烯酸納米凝膠微球的平均粒徑 為80-1000納米。一種制備上述的聚丙烯酸納米凝膠微球的方法，它包括如下步驟步驟1.室溫下，將羥丙基纖維素、羥乙基纖維素或乙基羥乙基纖維素溶于蒸餾水 中，濃度控制在4 6mg/ml范圍內；步驟2.在上述溶液中加入交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺(MBAAm)，羥丙基纖 維素(HPC)、羥乙基纖維素或乙基羥乙基纖維素與N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺的質量比為 1.25 1 10 1，攪拌溶解；步驟3.在步驟2的溶液中加入丙烯酸，羥丙基纖維素、羥乙基纖維素或乙基羥乙 基纖維素與丙烯酸的質量比為0. 4 1 1 1，加入引發劑引發丙烯酸聚合，加熱溶液， 在35°C，攪拌反應2-4小時，反應完成后得到羥丙基纖維素_聚丙烯酸(HPC-PAA)、羥乙基 纖維素_聚丙烯酸或乙基羥乙基纖維素_聚丙烯酸水相納米微粒分散液；步驟4.將步驟3制得的羥丙基纖維素_聚丙烯酸、羥乙基纖維素_聚丙烯酸或乙 基羥乙基纖維素_聚丙烯酸納米微粒溶液用堿溶液調節至體系PH = 8-10.步驟5.將步驟4所得的溶液進行離心處理，去除上層清液；步驟6.步驟5離心處理后所得的下層沉淀用蒸餾水稀釋洗滌3 4次，洗滌后所 得的沉淀加入蒸餾水，再分散，最終即得聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。本發明的聚丙烯酸納米微球可以用作藥物的載體，特別是可以作為蛋白質藥物的載體。作為藥物的載體，將一定濃度藥物溶液與上述聚丙烯納米凝膠微球溶液混合，經 攪拌吸附，透析去除未吸附的藥物，即可得到負載藥物的聚丙烯酸納米凝膠微球。本發明提供了一種中空結構的聚丙烯酸納米凝膠微球，它穩定性佳，能夠在各種 PH水溶液環境下穩定存在，生物相容性好。本發明的制備方法采用了水相聚合的方法，制備 過程中沒有使用任何有機溶劑和表面活性劑。微球為中空結構，并且微球的表面存在很多 微孔，致使微球的載藥效率超高，蛋白質藥物的載藥量最高可達300%以上。另外，微球也能 表現出很好的緩釋效果。上述特征表明該微球作為一種載體，在性能上符合生物醫學和生 物化學工程領域的應用需要。
圖1. PAA納米凝膠微球電子顯微鏡照片；圖2.負載蛋白質藥物(硫精蛋白和牛血清蛋白)的納米凝膠微球在pH = 4和pH =7. 4的緩沖溶液中的釋放曲線；圖3.聚丙烯酸納米凝膠微球的體外細胞毒性實驗結果。
具體實施例方式下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但是這些實施例并不限制本發明的保護范圍。實施例1 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為10萬的羥丙基纖維素1克，以及0. 1克 交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到澄 清透明溶液。然后在溶液中加入1. 32克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應 器中加入0.1克過硫酸鉀(30%)溶液作為引發劑。35°C條件下反應2小時，得到乳白色 的羥丙基纖維素-聚丙烯酸納米微粒水相分散液。停止反應，將體系溫度降至室溫。將制 得的羥丙基纖維素-聚丙烯酸納米微粒溶液用濃度為0. 2mol/L的氫氧化鈉(NaOH)溶液調 節至體系溶液的pH值為8 10范圍內，充分攪拌1小時，使羥丙基纖維素充分脫離納米微 粒。對上述溶液進行離心處理(10000轉/分鐘，15分鐘)，去除上層清液。取下層沉淀，用 蒸餾水反復洗滌3 4次后，加入蒸餾水500ml，超聲分散。最終所得的分散溶液即為聚丙 烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為547nm。實施例2 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為10萬的羥丙基纖維素1克，以及0. 25克 交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到澄 清透明溶液。然后在溶液中加入1克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應器 中加入0. 1克過硫酸鉀(30% )溶液作為引發劑。其余過程同實施例1。最終所得的分散 溶液即為聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為565nm。實施例3 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為10萬的羥丙基纖維素1克，以及0. 5克 交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到澄 清透明溶液。然后在溶液中加入1克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應器 中加入0. 1克過硫酸鉀(30% )溶液作為引發劑。其余過程同實施例1。最終所得的分散 溶液即為聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為379nm。
實施例4 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為10萬的羥丙基纖維素1克，以及0. 75克 交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到澄 清透明溶液。然后在溶液中加入1克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應器 中加入0. 1克過硫酸鉀(30% )溶液作為引發劑。其余過程同實施例1。最終所得的分散 溶液即為聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為84nm。實施例5 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為10萬的羥丙基纖維素1克，以及0. 75克 交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到澄 清透明溶液。然后在溶液中加入1. 25克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應 器中加入0. 1克過硫酸鉀(30% )溶液作為引發劑。其余過程同實施1例。最終所得的分 散溶液即為聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為134nm。實施例6 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為10萬的羥丙基纖維素1克，以及0. 75克 交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到澄
5清透明溶液。然后在溶液中加入1. 5克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應 器中加入0. 1克過硫酸鉀(30% )溶液作為引發劑。其余過程同實施1例。最終所得的分 散溶液即為聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為252nm。 電子顯微鏡觀察其結構如圖1所示。實施例7 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備 在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為10萬的羥丙基纖維素1克，以及0. 75克 交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到澄 清透明溶液。然后在溶液中加入1. 75克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應 器中加入0. 1克過硫酸鉀(30% )溶液作為引發劑。其余過程同實施1例。最終所得的分 散溶液即為聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為451nm。實施例8 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為10萬的羥丙基纖維素1克，以及0. 75克 交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到澄 清透明溶液。然后在溶液中加入2克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應器 中加入0. 1克過硫酸鉀(30% )溶液作為引發劑。其余過程同實施1例。最終所得的分散 溶液即為聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為591nm。實施例9 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為10萬的羥丙基纖維素1克，以及0. 75克 交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到澄 清透明溶液。然后在溶液中加入2. 5克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應 器中加入0. 1克過硫酸鉀(30% )溶液作為引發劑。其余過程同實施1例。最終所得的分散 溶液即為聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為1028nm。實施例10 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為5萬的羥乙基纖維素1克，以及0. 75克 交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到澄 清透明溶液。然后在溶液中加入1克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應器 中加入0. 1克過硫酸鉀(30% )溶液作為引發劑。其余過程同實施1例。最終所得的分散 溶液即為聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為246nm。實施例11 聚丙烯酸納米凝膠微球的制備在500ml攪拌式反應器中，數均分子量為3萬的乙基羥乙基纖維素1克，以及0. 75 克交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺溶于250ml蒸餾水中，室溫下攪拌，使之完全溶解，得到 澄清透明溶液。然后在溶液中加入1克丙烯酸，在攪拌條件下，將溶液升溫至35°C，向反應 器中加入0. 1克過硫酸鉀(30% )溶液作為引發劑。其余過程同實施1例。最終所得的分 散溶液即為聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。通過動態光散射技術測得微球平均粒徑為254nm。實施例12 負載牛血清蛋白(BSA)的聚丙烯酸納米凝膠微球的制備將上述聚丙烯酸納米凝膠微球溶液稀釋至溶液濃度約為5mg/mL。取IOmL該濃度 的溶液加入50mg牛血清蛋白，反應24小時后，用100000分子量的透析袋透析去除未反應 的牛血清蛋白。最終即得負載牛血清蛋白(BSA)的聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。實施例13 負載硫精蛋白(Protamine)的聚丙烯酸納米凝膠微球的制備
將上述聚丙烯酸納米凝膠微球溶液稀釋至溶液濃度約為5mg/mL。取IOmL該濃度 的溶液加入50mg的硫精蛋白，反應24小時后，用100000分子量的透析袋透析去除未反應 的硫精蛋白。最終即得負載硫精蛋白的聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。不同的投料比制得的聚丙烯酸納米凝膠微球的粒徑及多分散度見表1。表1.不同HPC/AA/MBAAm投料比制得的PAA納米凝膠微球粒徑及多分散度 實施例14 負載胰島素的聚丙烯酸納米凝膠微球的制備將上述聚丙烯酸納米凝膠微球溶液稀釋至溶液濃度約為5mg/mL。取IOmL該濃度 的溶液加入50mg的胰島素，反應24小時后，用100000分子量的透析袋透析去除未反應的 胰島素。最終即得負載胰島素的聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。實施例15 負載鹽酸阿霉素的聚丙烯酸納米凝膠微球的制備將上述聚丙烯酸納米凝膠微球溶液稀釋至溶液濃度約為5mg/mL。取IOmL該濃度 的溶液加入IOmg的鹽酸阿霉素，反應24小時后，用10000分子量的透析袋透析去除未反應 的鹽酸阿霉素。最終即得負載鹽酸阿霉素的聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。實施例16 負載藥物的聚丙烯酸納米凝膠微球的體外釋放將制得的負載藥物的聚丙烯酸納米凝膠微球溶液精密吸取2ml，放在透析袋 (Cut-off分子量100000)中，然后將透析袋完全浸入在pH = 4和pH = 7. 4的5ml 0. Imo 1/ L PBS中，釋放實驗在緩慢攪拌下于37°C下進行。每隔一定時間將介質全部取出，計算溶液 中的藥物的含量。并根據含量計算釋放百分率，結果如圖2所示，可以看出負載于其中的藥 物表現出持續穩定的釋放特性。實施例17 聚丙烯酸納米凝膠微球的體外細胞毒性實驗細胞株為人腸癌細胞L0V0。通過MTT法測定了實施例6中制備的聚丙烯酸納米凝 膠微球對LOVO細胞的體外殺傷效果(如圖3所示)，時間為48小時。從圖中可以看到聚丙 烯酸納米凝膠微球本身不具備細胞毒性。
權利要求
一種聚丙烯酸納米凝膠微球，其特征是它是中空結構的納米凝膠微球，它的主要成分為以N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑的交聯的聚丙烯酸，聚丙烯酸納米凝膠微球的平均粒徑的為80-1000納米。
2.一種制備權利要求1所述的聚丙烯酸納米凝膠微球的方法，其特征是它包括如下步驟 步驟1.室溫下，將羥丙基纖維素、羥乙基纖維素或乙基羥乙基纖維素溶于蒸餾水中， 濃度控制在4 6mg/ml范圍內；步驟2.在上述溶液中加入交聯劑N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，羥丙基纖維素、羥乙基纖 維素或乙基羥乙基纖維素與N，N’_亞甲基雙丙烯酰胺的質量比為1. 25 1 10 1，攪 拌溶解；步驟3.在步驟2的溶液中加入丙烯酸，羥丙基纖維素、羥乙基纖維素或乙基羥乙基纖 維素與丙烯酸的質量比為0. 4 1 1 1，加入引發劑引發丙烯酸聚合，加熱溶液，在 350C，攪拌反應2-4小時，反應完成后得到羥丙基纖維素_聚丙烯酸、羥乙基纖維素_聚丙 烯酸或乙基羥乙基纖維素_聚丙烯酸水相納米微粒分散液；步驟4.將步驟3制得的羥丙基纖維素_聚丙烯酸、羥乙基纖維素_聚丙烯酸或乙基羥 乙基纖維素_聚丙烯酸納米微粒溶液用堿溶液調節至體系PH = 8-10 ； 步驟5.將步驟4所得的溶液進行離心處理，去除上層清液；步驟6.步驟5離心處理后所得的下層沉淀用蒸餾水稀釋洗滌，洗滌后所得的沉淀加入 蒸餾水，再分散，最終即得聚丙烯酸納米凝膠微球溶液。
3.根據權利要求1所述的聚丙烯酸納米微球在作為藥物的載體中的應用。
4.根據權利要求1所述的聚丙烯酸納米微球在作為蛋白質藥物的載體中的應用。
全文摘要
一種聚丙烯酸納米凝膠微球，它是中空結構的納米凝膠微球，它的主要成分為以N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑的交聯的聚丙烯酸，聚丙烯酸納米凝膠微球的平均粒徑的為80-1000納米。本發明的聚丙烯酸納米凝膠微球，可以用作為藥物的載體，特別是用作為蛋白質藥物的載體。本發明公開了其制法。
文檔編號B01J13/18GK101836970SQ20101014574
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月13日 優先權日2010年4月13日
發明者蔣錫群, 陳瑩 申請人:南京大學