專利名稱:基于環糊精的納米海綿的超聲輔助合成的制作方法
本發明涉及可通過將天然的環糊精(CD)與有機的碳酸酯進行反應而獲得的納米海綿，以及它們用作藥物或化妝品活性成分的載體或作為去污劑的用途。
背景技術：
首先，根據它們的化學和物理性質和它們的分子結構，所施用的藥物活性成分分布于有機體內。在大多數情況下該分布不是最理想的，到達作用點的藥物量僅僅是所施用劑量的小部分。由于這個理由，人們已經開發了多種的治療系統，例如用于攜帶藥物的脂質體、微膠粒、聚合或油脂性的微米和納米顆粒。這些系統的主要目的是優化活性成分的化學和物理和生物藥學性質(例如生物利用度、施用途徑和劑量)。
口服施用是進入系統循環的最容易和最方便的途徑，但同時還會產生一些與生物利用度有關的缺點，例如通過酶或通過胃腸pH的降解。在口服施用后，通常由于溶出現象，影響藥物吸收的過程不但包括它從藥物劑型的釋放和透過腸屏障的能力，也包括它在胃腸道的穩定性。以活性形式到達系統循環的這部分藥物產生藥物的生物可用性，即生物利用度。為了能夠被吸收并具有治療作用，活性成分必須以分子水平分散或完全溶解于體液中。因此，需要以比完成治療作用真正所需的劑量高得多的劑量配制和施用低溶解性的藥物。這可導致毒性和患者依從性的問題。
鑒于此，在藥學領域所要解決的主要問題之一是增加低溶解性活性成分在水性液體例如生理體液中的溶解性。
盡管某種物質具有令人感興趣的藥效學性質，但是該物質的溶解性可能是限制它在治療中應用的因素。所以，日益增加的新策略研究在于提高活性成分的溶解性和釋放的動力學。
在藥學領域，為了改善溶解性，采用了多種多樣的制劑方法，例如使用助溶劑、表面活性劑、微粒子系統和復合物。包合配合物-活性成分和環糊精-是最令人感興趣的方法之一。
環糊精(CD)是非還原性環狀低聚糖，通過6-8個葡萄糖分子與1，4-α-糖苷鍵鍵合而形成，其具有特征的切去頂端的錐體結構。葡萄糖分子的官能團的排列是這樣的分子的表面是極性的，與此同時內部的腔是親脂的。
親脂的腔使得環糊精具有形成包合配合物的能力，該包合配合物在適宜極性和大小的有機分子溶液中也是穩定的。
鑒于這一理由，已經研究了環糊精，環糊精在多個化學領域(藥學、分析、催化、化妝品等)中有許多應用，其中利用了包合化合物的性質。
在藥學技術中，可采用這些復合物以增加藥物溶解的速度、溶解性和穩定性，或用于掩蓋令人厭惡的味道，或用于將液體物質轉化成固體。
在為了增加包合常數并使得它們不溶于水而進行聚合之后，近來它們的用途已經從有機污染物質(例如POP、PCB)中擴展去除污染。可以使用二異氰酸酯、表氯醇或有機碳酸酯完成聚合。但是，迄今為止它們作為藥物和/或活性成分的載體的用途尚未報道。
實際上，使用有機碳酸酯作為交聯劑而獲得的基于環糊精的納米海綿的最初用途是成功清除了在水中存在的痕量的氯化芳族化合物，一般也針對清除在土壤和空氣中存在的氯化疏水有機分子，這些物質作為污染物的濃度水平在ppb-ppm數量級(WO 03/085002)。
DE 10008508公開了通過將環糊精和有機碳酸酯化合物或其活性衍生物(例如光氣)在有機溶劑如吡啶或丁酮中反應而獲得的包含環糊精單位的聚碳酸酯。尤其是D1的實施例3提及非天然環糊精(二甲基-β-環糊精)在存在溶劑(丁酮)的條件下與碳酸二苯酯交聯生成粉末。盡管D1假定鑒于所用的特殊的環糊精(二甲基衍生物)，所獲產物的交聯度低于通過使用僅僅具有游離OH基而不具有甲基基團的天然環糊精而獲得的產物的交聯度，但是，D1卻沒有給出所獲粉末的粒度和形狀的任何信息。
EP 502194公開了環糊精和聚氨基甲酸酯、聚脲、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺或聚砜的直鏈共聚物的制備。該聚合物可用作滲透膜，或以粉末或珠狀物形式作為色譜的固定相。用于制備直鏈共聚物的環糊精衍生物只具有兩個游離的OH基，另一個被保護(在方案中的基團R)以提供雙官能的起始物質。
WO 03/041095公開了將鐵酸金屬鹽、氫氧化物和環糊精的水溶液進行蒸發而獲得的以磁性顆粒形式存在的復合材料。
發明內容現已發現，與在WO 03/085002中公開的現有技術物質相比，通過將天然的環糊精與有機二碳酸酯在不存在溶劑和在聲波振蕩的條件下進行反應可獲得具有更好的性質的納米海綿。
根據本發明可獲得的納米海綿，在許多特征中即在基本上是球形的粒子形狀上以及在粒度的一致性上可區別于先前已知的物質。
鑒于本發明的納米海綿的結構特性，它們可用于先前沒有公開的這類物質的應用，例如作為用于藥物活性成分的氣霧劑施用的載體。
鑒于它們的特征，本發明的納米海綿可用于解決活性成分的內在問題，例如差的水溶解性、不穩定性、降解、保護和毒性。
本發明的納米海綿也可同時攜帶在環糊精疏水腔中的親脂分子和在單個環糊精之間的空隙中的親水分子。
納米海綿具有膠體的大小并可在水中形成清澈和發乳光的混懸液。
隨著用于它們的制備的合成方法的發展，納米海綿固化成了顆粒，在光學顯微鏡下觀察發現它們的形態是球形的。
合成的納米海綿的這一特性以及它們的適宜的密度使得它們也有可能作為載體用于除了口服施用外的吸入途徑中。
在高溫下在溶液中使用有機碳酸酯合成納米海綿是已知的方法，其涉及使用溶劑如DMF、丁酮、吡啶或DMSO，在這些溶劑中兩種試劑均是可溶的。該反應在溫度高于130-140℃進行并形成網狀物，已經證明網狀物在絡合眾多的有機分子中是有活性的。
作為本發明的目的的產物可以通過天然環糊精(即α、β或γ環糊精，優選β環糊精)和二碳酸酯(優選碳酸二苯酯(DPC))在不存在溶劑的條件下、在環境溫度和90℃之間、在聲波振蕩的條件下進行反應而獲得。
在這些條件下可獲得的產物在光學顯微鏡下顯示特殊的形態它由類似球體的顆粒組成，具有規則的小于5微米的大小，例如如圖1所示。
個體粒子的球形形狀是用于非常先進和非常創新的藥學應用的聚合物的基本條件。
根據本發明在超聲輔助下制備的納米海綿可與眾多的有機化合物例如PCB、氯化和芳族的有機溶劑、苯二甲酸酯、POP(持久性有機污染物)和PAH(持久性芳族烴)結合，所以可以用作去污劑，與在US 5425881、WO03/085002和DE 10008508中公開的相似，例如可用于處理環境基質例如空氣、水、土壤和表面。
本發明的納米海綿也可用于下列領域和應用-在分析化學中用于色譜法作為固定相；-作為賦形劑用于制備片劑、小丸、大小在0.5mm和20mm之間的顆粒和粉劑，也用于吸入施用；-植物和/或動物活性成分的提取；-以磁化的形式存在，用于絡合活性成分；-除去有機和無機的放射活性物質，特別是放射活性元素碘。
-在對抗化學攻擊和活性劑的個體保護系統中；-在液體和/或氣體流出物脫臭方法中。
通過簡單的熱解吸、用溶劑的萃取和/或使用微波和超聲，可再生本發明的納米海綿。
下列實施例更詳細地說明本發明。
實施例1將4.54g(0.001mols)的無水β-CD和0.856g(0.004mols)的碳酸二苯酯在250ml的燒瓶中混合。將該燒瓶放置在充滿水的超聲浴中并加熱至90℃。將該混合物聲波振蕩5h。
將反應混合物放置至冷，粗略地打碎獲得的產物。在燒瓶的光亮表面和頸部可以看到苯酚的數目眾多的針形結晶，產生的部分苯酚有助于凝聚產物。
用水洗滌該產物以除去未反應的環糊精，然后在索格利特(Soxhlet)中用乙醇洗滌以除去產生的苯酚和剩余的DPC。
獲得的產物是不溶于水的細小白色粉末。在光學顯微鏡下觀察(圖1)顯示出顆粒的極好的球形形狀，它們的平均直徑低于5微米，并具有低比例的多分散性。此外，微球形的納米海綿擁有高的結晶度，這一點可從實施例3樣本在低θ值時的X射線分析中看出(圖2)。
實施例2將100ml的DMF、4.54g(0.001mols)的無水β-CD和0.856g(0.004mols)的碳酸二苯酯在250ml的燒瓶中混合。將該燒瓶放置在充滿水的超聲浴中并加熱至90℃。將該混合物聲波振蕩5h。
冷卻反應混合物，并在旋轉蒸發器中將其濃縮至小的體積。在結束時加入過量的水，過濾，長時間用水洗滌，并將所獲得的產物干燥。
獲得的產物是不溶于水的細小白色粉末。
實施例3將4.54g(0.001mols)的無水β-CD和0.428g(0.002mols)的碳酸二苯酯在250ml的燒瓶中混合。將該燒瓶放置在充滿水的超聲浴中并加熱至90℃。將該混合物聲波振蕩5h。
將反應混合物放置至冷，粗略地打碎獲得的產物。在燒瓶的光亮表面和頸部可以看到苯酚的數目眾多的針形結晶，產生的部分苯酚有助于凝聚產物。
用水洗滌該產物以除去未反應的環糊精，然后在130℃在氮氣流中通過蒸發清除產生的苯酚。
獲得的產物是不溶于水和常見有機溶劑的細小白色粉末。
實施例4
將20g(0.0176mols)的無水β-CD和7.54g(0.0352mols)的碳酸二苯酯在100ml的燒杯中混合。將燒杯放置于油浴水浴器中并加熱至90℃。使用在19kHz處可提供最大功率250W的超聲探頭，在19kHz處將混合物聲波振蕩4h。
將反應混合物放置至冷，粗略地打碎獲得的產物。在燒杯的光亮表面可以看到苯酚的數目眾多的針形結晶，產生的部分苯酚有助于凝聚產物。
用水洗滌該產物以除去未反應的環糊精，然后在索格利特中用丙酮洗滌以除去產生的苯酚和剩余的DPC。
獲得的產物是不溶于水和常見有機溶劑的細小白色粉末。
實施例5將20g(0.0176mols)的無水β-CD和11.30g(0.0528mols)的碳酸二苯酯在100ml的燒杯中混合。將燒杯放置于油浴水浴器中并加熱至90℃。使用在19kHz處可提供最大功率250W的超聲探頭，在19kHz處將混合物聲波振蕩4h。
將反應混合物放置至冷，粗略地打碎獲得的產物。在燒杯的光亮表面可以看到苯酚的數目眾多的針形結晶，產生的部分苯酚有助于凝聚產物。
用水洗滌該產物以除去未反應的環糊精，然后在索格利特中用丙酮洗滌以除去產生的苯酚和剩余的DPC。
獲得的產物是不溶于水和常見有機溶劑的細小白色粉末。
實施例6將10g(0.0088mols)的無水β-CD和9.416g(0.044mols)的碳酸二苯酯在100ml的燒杯中混合。使用在19kHz處可提供最大功率250W的超聲探頭，在環境溫度在19kHz處將混合物聲波振蕩5h。
將反應混合物放置至冷，粗略地打碎獲得的產物。在燒杯的光亮表面可以看到苯酚的數目眾多的針形結晶，產生的部分苯酚有助于凝聚產物。
用水洗滌該產物以除去未反應的環糊精，然后在索格利特中用丙酮洗滌以除去產生的苯酚和剩余的DPC。
獲得的產物是不溶于水和常見有機溶劑的細小白色粉末。
實施例7將實施例1的0.25g聚合物加入到被19ppm的氯苯污染的10ml水中。隨時抽取各個樣本，通過紫外-可見分光光度法分析每一個樣本。發現氯苯的濃度在30分鐘后為8.2ppm，在180分鐘后為3.1ppm。
在3小時后發現減少了約84％。
實施例8將實施例3的2g聚合物加入到被氯苯(820ppb)、4-氯甲苯(830ppb)、2，6-二氯甲苯(770ppb)、1，3，5-三氯苯(540ppb)和六氯苯(225ppb)的混合物污染的50ml水中。隨時抽取各個樣本，每一個樣本通過氣相色譜法-質譜法進行分析。在50分鐘后有機物的總濃度為180ppb，減少了約94％。
就單個組分而言，對于氯化程度高的化合物具有高效性，減少的程度可高于97％。
實施例9將實施例4的2g聚合物加入到被316ppb的PCB(可購得的混合物Aroclor 1242)污染的50ml水中。
隨時抽取各個樣本，每一個樣本通過氣相色譜法-質譜法進行分析。在50分鐘后PCB的總濃度為32ppb，減少了約90％。
實施例10將實施例3的100mg納米海綿加入到含有20mg的氟比洛芬的3ml水中。在環境溫度下磁力攪拌一夜。在結束時過濾并回收和凍干固相。100mg的納米海綿結合10mg的氟比洛芬。
將凍干物質在3℃并攪拌的pH 7.4緩沖液中進行釋放實驗。圖3給出了獲得的結果，可以清楚地看到被結合的活性成分的逐步和恒定的釋放。
實施例11將實施例3的50mg納米海綿加入到含有3mg的阿霉素的3ml水中。在環境溫度下磁力攪拌一夜。在結束時過濾并回收和凍干固相。該凍干物質結合1％重量百分比的阿霉素。將凍干物質在兩種不同的水性緩沖液中進行釋放實驗。圖4給出了獲得的結果，可以清楚地看到被結合的活性成分的逐步和恒定的釋放。應該注意的是，釋放主要取決于所用的pH。在酸性pH(胃環境)下釋放的動力學是緩慢的。在pH 7.4時釋放是相當大的，具有較快的釋放動力學。該實驗證明納米海綿可攜帶活性成分，并且可以無變化地通過人胃的胃環境并在腸中釋放活性成分。所以納米海綿可以作為活性成分的載體。鑒于納米海綿的低溶血性(這一點在實施例12中詳述)，所以該可控和延時釋放的結果極為重要。
實施例12為了確定溶血性，將取自供血者的250μl血液加入到NANO-CD的量遞增的一系列試管中，然后加入PBS 10mM pH＝7.4的無菌緩沖液使之為1ml。所測定的NANO-CD的量為0.5mg、1.0mg、1.5mg、2.0mg、2.5mg、5.0mg、7.5mg、10.0mg、15.0mg、20.0mg和25.0mg。對于這一系列的試管，一支試管中加入250μl血液和750μl PBS 10mM pH＝7.4的無菌緩沖液作為對照管，同時另一支試管含有250μl血液和750μl PBS 10mM pH＝7.4的無菌緩沖液并加入過量氯化銨以獲得紅血球總溶血值。
然后將這些試管在37℃孵育90分鐘。在90分鐘后以2000rpm離心10分鐘；取250μl的上清液，并將其放置在含有2.5ml的10mM pH7.4無菌磷酸鹽緩沖液的石英比色皿中。使用血液樣本作為參比，通過在其中加入氯化銨獲得總溶血值。然后將所有的樣本在543nm處在分光光度計(Lambda 2，Perkin Elmer)上進行分析。由于在上清液中存在血紅蛋白，從吸光度可以計算出溶血百分數。100％的溶血對應于完全溶血樣本(參比)在543nm處的吸光度。
即使在高至6mg/ml的濃度下也沒有出現任何溶血性。
權利要求
1.基本上為球形的納米海綿，可通過將天然環糊精在不存在溶劑和在聲波振蕩的條件下與作為交聯劑的有機碳酸酯進行反應而獲得。
2.根據權利要求
1的類似球體的形狀和大小小于5微米的納米海綿。
3.根據權利要求
1或2的納米海綿，其中的環糊精是β-環糊精，碳酸酯為碳酸二苯酯。
4.權利要求
1、2或3的納米海綿作為藥物活性成分、食物、化妝品和土地產出物(植物藥)的載體的用途。
5.權利要求
1或2的納米海綿作為多氯聯苯(PCB)、氯化和芳族有機溶劑、苯二甲酸酯、持久性有機污染物(POP)、PAH和無機類物質的去污劑的用途。
6.組合物，該組合物包含被包括在權利要求
1-3的納米海綿中的活性成分。
專利摘要
本發明描述了基本上為球形的納米海綿，其可通過將環糊精和它們的副產物在沒有溶劑的條件下與作為交聯劑的有機碳酸酯進行交聯并進行超聲而獲得。
文檔編號B01J20/285GK1993380SQ20058002055
公開日2007年7月4日 申請日期2005年6月22日
發明者F·特羅塔, R·卡瓦利, W·圖米亞蒂, O·澤爾比納蒂, C·羅杰羅, R·瓦萊羅 申請人:W.圖米提希馬克尼技術兩合公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan