殼聚糖微球制備方法及其在醫藥應用的研究進展

王 西，吳修利，趙 珺

(長春大學 食品科學與工程學院，長春130022)

0 引言

甲殼素在自然界中大量存在，其經乙酰化處理的產物—殼聚糖，分子結構中包含游離的氨基，能夠與酸分子結合，從而成為天然多糖中僅有的堿性多糖。由于具有很強的生理適應性、可完全分解性、可再生性等優異的特性，使其可應用于生物學界、醫學界及化工等工業、農業及環保等不同領域，殼聚糖的研究與應用受到了越來越廣泛的關注［1－3］。

與傳統的藥劑相比較，以殼聚糖作為載體制備成納米顆粒的優點較為明顯，可以降低服藥的次數、延長藥物的生理活性及減少藥物本身的刺激性氣味，并且可以降低藥物的成本等，故具有比普通藥物制劑較為明顯的優越性能，近年來殼聚糖的研究與應用受到了越來越多科技人員的廣泛關注。本文針對殼聚糖基載藥納米微球的制備方法進行了深入的研究。

1 殼聚糖微球的制備

以甲殼素/殼聚糖衍生物為原料，有多種不同的納米粒子制備方法包括共價交聯法、大分子復合法、離子交聯法、反相膠束法、沉淀析出法、自組裝法、乳滴聚結法、化學修飾法等。選擇何種方法取決于所需粒子尺寸的大小、活化劑熱化學穩定性、藥動學釋放的重現性、生成產物的穩定性及毒素殘留，通過對所制備的甲殼素/殼聚糖納米微球的尺寸及其性能的要求，進而選擇適合的制備方法。

圖1 乳化交聯制備殼聚糖微球流程圖

1.1 乳化－交聯法

該方法是利用殼聚糖氨基活性與活性劑的醛基進行交聯作用，如圖1 所示，在包埋親脂性藥物時，首先將親脂性藥物溶解于油相中制備成油相O，殼聚糖溶于稀酸溶液中制備成水相W，然后將油相通過一定的乳化方式分散于水相中制備成W/O 型乳化液，當加入醛類交聯劑后，使交聯劑擴散進入殼聚糖水相，將殼聚糖交聯固化成微小粒子。

Tam 等［4］發現用海藻酸－聚賴氨酸－海藻酸微球包裹間質細胞可促進睪丸激素的產生，可用于治療荷爾蒙缺乏癥和前列腺癌等疾病。但聚賴氨酸目前主要依賴進口，價格昂貴，且與聚賴氨酸之海藻酸鹽間的化學鍵容易斷裂，在微囊團出現纖維化現象［5－6］。故研究人員嘗試采用天然陽離子材料殼聚糖代替或修飾制備海藻酸基，通過聚磷酸鹽或聚磷酸等聚陰離子與殼聚糖發生離子相互作用而制備凝膠網絡微球，可作為抗癌藥物的釋放載體［5］。

于海峰等［6］對乳化交聯法制備恩諾沙星殼聚糖微球進行了優化，發現當油水相為4.2:1，殼聚糖濃度2%，交聯時間3.5 h 的條件下，制得的微球粒徑均一，球形圓整，粒徑平均7.21μm，包封率61.34%，載藥量70.12%。樣品在24 小時內能夠有效的長時釋放藥物，從而達到優良的緩釋效果，解決了恩諾沙星半衰期較短，給藥頻繁帶來的問題。

2.2 離子凝膠法(離子交聯法/離子誘導法)

離子凝膠法是目前殼聚糖納米微球制備中使用最廣泛的方法。該法條件較為溫和，可保持藥物的活性，而且工藝操作簡單、條件可控性好，可通過調節控制工藝條件獲得納米粒的各項參數指標［7－9］。常用無副作用的多聚陰離子與殼聚糖氨基發生分子間或內部交聯，對其進行離子誘導凝膠化來制得納米粒。離子凝膠法反應條件較為溫和，無需使用有機溶劑，能得到穩固性好、粒徑均一的殼聚糖納米，殼聚糖在酸性溶液中發生氨基質子化是殼聚糖納米形成的關鍵條件［10，11］。

圖2 離子凝膠法制備殼聚糖微球流程圖

發現離子凝膠法制備殼聚糖納米粒的主要影響因素為殼聚糖濃度、殼聚糖/TPP 質量比和殼聚糖溶液pH 值。殼聚糖濃度和殼聚糖/TPP 質量比對殼聚糖納米粒粒徑影響顯著。

殼聚糖溶液pH 值以3.5－5.0 為宜，這與吳振宇等［12］研究結果一致。殼聚糖溶液pH 值為6.0 時，加入TPP 即刻發生沉淀，這可能與殼聚糖溶解性降低和陽性電價發生改變有關，與殼聚糖濃度無關。而pH 值≤3.0 時，TPP 的磷酸基團被氫離子占據，殼聚糖－TPP 間的靜電吸引受影響，而無法形成乳溶液。

曹力凡等［13］通過離子凝膠法制備了小檗堿殼聚糖納米載藥微球，測定包封率，觀察測定其掃描電鏡圖及紅外光譜。實驗表明殼聚糖包裹的小檗堿納米顆粒具有均一的粒徑和優良的包封率，為小檗堿靶向給藥和緩釋用藥設計提供理論及實驗參考。

離子凝膠法反應條件較為溫和，無需使用有機溶劑，能得到穩固性好、粒徑均一的殼聚糖納米，殼聚糖在酸性溶液中發生氨基質子化是殼聚糖納米形成的關鍵條件［14，15］。

圖3 凝聚沉淀法制備殼聚糖微球流程圖

2.3 凝聚—沉淀法

殼聚糖在堿性溶液中不溶，需通過壓縮空氣將殼聚糖醋酸溶液壓入NaOH 溶液或NaOH－乙醇溶液，形成凝聚體，制備過程中可改變氣壓及噴嘴截面積進而控制粒徑大小，向混合液中加入交聯劑固化粒子來控制藥物釋放，具體機制如圖3 所示。

凝聚—沉淀法制備的粒子較大。劉慧等［16－18］對該方法進一步改進，在殼聚糖的醋酸溶液中，加入表面活性劑吐溫－80，將硫酸鈉溶液緩慢滴入不斷磁力攪拌的殼聚糖醋酸溶液中，經超聲波處理后獲得納米殼聚糖。還擬通過選擇相對分子質量不同的殼聚糖，并調節攪拌速率及超聲強度來制備不同粒徑的納米微球顆粒。

常用交聯劑有甲醛、戊二醛。甲醛在pH8－9 條件下固化完全，戊二醛在中性條件下可以固化完全，因此較適合堿性條件不穩定藥物。宋曉燕等［19］利用凝聚法制備了殼聚糖水凝膠微球(CHM)。交聯程度在酸性條件下對溶脹度有較大影響，且溶脹度與戊二醛用量成反比，CHM 的粒徑與戊二醛用量成正比。體外釋放實驗表明CHM 對雙氯滅痛的累積釋放量與交聯程度成反比關系;結果證明CHM 可作為雙氯滅痛優良的載體。

圖4 乳滴聚結法制備殼聚糖微球流程圖

2.4 乳滴聚結法

乳滴聚結法將交聯和沉淀的原理相結合制備殼聚糖粒子［20］。該法并不采用交聯劑進行交聯沉淀，而是采用NaOH溶液進行沉淀得到殼聚糖微粒。首先分別制備穩定的W/O型殼聚糖微乳液和W/O 型NaOH 微乳液;將兩種乳劑在高速攪拌條件下混合，使NaOH 乳滴和殼聚糖乳滴在碰撞中逐漸凝聚，最后固化殼聚糖納米粒，如圖4:

Tokumitsu 等將含藥物的液體石蠟的殼聚糖與蒸餾水混均形成穩定的乳液，用相同的方法獲得含有NaOH 的殼聚糖溶液。將兩種乳液在高速攪拌條件下相互混合，乳滴隨機碰撞后交聯，獲得的納米粒徑約為460nm［21，22］。

2.5 反相膠束法

反相膠束法是利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成均勻的乳液，劑量小的溶劑被包裹在劑量大的溶劑中形成獨立的微泡，微泡的表面是由表面活性劑組成，從微泡中生成固相可使整個反應過程局限在一個微小的球形液滴內，在形成球形顆粒過程中避免了顆粒之間的團聚現象。如圖5:

圖5 反相膠束法制備殼聚糖微球流程圖

首先將表面活性劑與有機相溶形成膠束，將溶有藥物的殼聚糖溶液加到勻速攪拌的有機相中，調整水相的用量使溶液呈透明的微乳狀態;再在恒速攪拌條件下加入交聯劑，直到體系由透明轉變為半透明時揮去溶劑，加入適量蒸餾水再分散;然后加入適當的無機鹽，離心后取上清液，透析純化，冷凍干燥。如圖5 所示。

Mitra 等用反相膠束法制備了阿霉素(DXR)偶聯右旋糖酐(DEX)的殼聚糖納米粒，體外試驗結果顯示，DEX—DXR 殼聚糖納米粒的毒副作用明顯小于單純的DXR，且有效增加了DXR 的抗腫瘤效應。

孫慶元等以可溶性淀粉為原料，環氧氯丙烷為交聯劑，植物油為油相，Span60 為乳化劑，采用反相膠束法合成淀粉微球，以吸附量為指標進行正交試驗，得到淀粉微球的最佳合成條件，利用紅外光譜和電子顯微鏡對產物進行表征，結果證明了可溶性淀粉與環氧氯丙烷發生了交聯反應［35］。

殼聚糖納米微粒是一類具有廣闊應用前景的藥物控釋載體［36］，但現今對于反向膠束的研究還僅限于少數的微乳體系，各種新材料的合成多數尚處于實驗階段。對反相膠束中的顆粒形成的機理、動力學過程、納米反應器反應性能、化學工程問題及其組成與結構還需要不斷的進行更深一步的研究［37］。

3 結論

隨著科學技術的不斷發展，人們對藥物治療作用的要求也逐漸提高，藥物經納米化處理后，藥物的吸收率、靶向性、溶解率均明顯提高，而且還能有效控制釋放，減少了藥物的使用劑量的同時，不僅改善治療效果，而且解決了藥物殘留等問題，采用納米技術在醫藥領域的應用可以從根本上解決目前因藥物的大量使用而帶來的種種不良后果。納米技術在醫藥研發領域不斷的進行滲透及擴大影響，在未來的發展中定在藥物研究方面帶來巨大的改變。由此可見，作為生物醫用新材料將殼聚糖納米粒作為藥物載體的研究也將成為今后研究的熱點課題。

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