CN103467755A - 一种药物缓释水凝胶及其制备方法与用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种药物缓释水凝胶及其制备方法与用途，本发明采用高压静电液滴法制备单分散含药物的海藻酸钙微球，实现生长因子直接包封，保持药物活性，同时，将载药海藻酸钙微球置入水凝胶网状结构中，实现药物缓控释放。所述的水凝胶基质含有羧甲基壳聚糖和聚乙烯醇，所述的羧甲基壳聚糖溶液和聚乙烯醇溶液的体积比为n:（6-n），0＜n≤4，通过不同的体积比调控药物的释放速率。

Description

一种药物缓释水凝胶及其制备方法与用途

技术领域

本发明属于高分子技术领域以及药物缓释技术领域。特别涉及一种药物缓释水凝胶及其制备方法。

背景技术

生长因子具有促进创伤及溃疡愈合的功能，可用于创伤、烧伤、溃疡等疾病的治疗,但FGF-2的给药途径多用水剂或喷雾剂,导致生产成本较高、易被伤口蛋白酶降解、换药次数多、创面停留时间短、对创面无保护作用、使用不方便等问题，在临床使用上受到很大限制。为提高其生物利用度，开发具有缓释作用FGF-2新制剂有着广阔的前景，可提高这类病人的伤口愈合速度和质量，进而提高患者的生活质量。透皮治疗***是药物缓控释的一种特例，可产生持久、恒定、可控的血药浓度，提高生物利用度，减轻注射用药的痛苦，用药及停药方便，可减少给药次数和剂量。如何采用相对温和的条件包裹生长因子保持其长效活性，实现可控释放，并且透皮制剂易拆换，可吸收少量皮肤渗液，是目前烧烫伤皮肤局部透皮制剂研究的一个重要方向。

水凝胶是亲水性聚合物通过化学键或物理作用力形成的三维交联网络结构，不溶于水但能吸收大量的水而溶胀同时保持固定形态，具有良好的溶胀性能、力学性能、生物相容性等特性，在药物缓释和皮肤创伤敷料中得到了广泛的应用。

海藻酸是从褐藻获得的天然聚合物，由于它的生物相容性、低毒性、无免疫原性和与钙离子交联成凝胶而广泛用于药物释放和组织工程。然而，海藻酸钙微球内部结构存在较大的间隙结构和较大的溶胀药物，使得药物早期突释严重，无法实现长效释放。

聚乙烯醇是由聚乙酸乙烯酯合成的高分子，采用反复冷冻解冻法制备的聚乙烯醇水凝胶不涉及到交联剂等有机化学试剂的使用。这种方法制备的水凝胶在室温下比较稳定，而且具有高弹性。

羧甲基壳聚糖是一种水溶的壳聚糖衍生物，由于它独特的化学、物理和生物性质，尤其是良好的生物相容性，已经被广泛的应用到诸如伤口敷料、人工骨组织和皮肤、抗菌、抗凝血试剂等生物医学应用中。

中国专利申请号为201110239757.2公开了一种联合高压静电液滴法和层层自组装法制备自组装载药微球的方法，该发明以含有生长因子的海藻酸钠水溶液为原料液，以氯化钙溶液为凝胶浴，在高压静电场中制备微胶囊，使生长因子均匀分布于微凝胶中，然后再用静电纳米层层自组装技术在微凝胶表面组装多层高分子聚电解质膜，得到自组装载药微球，该技术中的高分子聚电解质膜所用的壳聚糖和右旋糖酐溶液需要在酸性条件下溶解使用，因此，为了降低酸性溶液对蛋白药物造成的影响，实验前每次都需要调节溶解壳聚糖酸性溶液的PH，同时，在酸性溶液条件下，该溶液可能会对碱性蛋白药物的活性产生影响。而且，该技术制备出来的药物缓释体系缺乏应用载体。

中国专利申请号200810001455.X公开了一种释放负离子聚乙烯醇水凝胶及其制备，通过改变负离子的百分比进而改变产品的负离子浓度，但并未对负离子的释放速率和时间进行研究，而且凝胶中使用稀土助剂可能造成一定的细胞毒性，对皮肤产生影响。该产品也无法达到本发明所要应用的烧伤、烫伤等皮肤修复的目的。

发明内容

 针对现有技术不足，本发明的目的之一在于提供一种药物缓释水凝胶。本发明将载药水凝胶微球与水凝胶基质复合，通过调节水凝胶基质组成的体积比来调控药物的释放速率。高压静电液滴法制备单分散含药物的海藻酸钙微球，实现生长因子直接包封，保持药物活性。将载药海藻酸钙微球置入水凝胶网状结构中，实现药物缓控释放；并且水凝胶复合体系具有良好的吸水保水性能，给予伤口湿环境，加快伤口愈合速度，易拆换，不会有任何材料残留在伤口内。

本发明的目的之二在于提供目的之一的药物缓释水凝胶的制备方法。

本发明的目的之三在于提供目的之一的药物缓释水凝胶的用途。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

本发明的微球-凝胶复合药物缓释载体材料是由水凝胶基质负载载药水凝胶微球所得到的。所述的凝胶基质是羧甲基壳聚糖与聚乙烯醇共混水凝胶，载药微球是海藻酸钙微球。羧甲基壳聚糖作为壳聚糖的衍生物同时具有良好的抗菌性能。所制备的水凝胶在保证皮肤湿润的情况下，使释放的有活性的生长因子能够促进皮肤的再生。

所述的水凝胶微球采用高压静电成囊技术制备所述的，水凝胶基质采用循环冷冻解冻法制备。循环冷冻-解冻法容易使水凝胶成型，且能够使载药的水凝胶微球均匀的分散到水凝胶中，形成均匀的水凝胶微球-水凝胶基质载药体系。

所述的海藻酸钙微球制备如下：载药海藻酸钙微球的制备： 以CaCl₂水溶液为接收器，含药物的1~3%的海藻酸钠溶液在高压静电场中形成微小液滴落入0.5~6%的氯化钙溶液中固化5~15min，去离子水洗三次后形成海藻酸钙微球。实现生长因子的直接包封，得到表面光滑、圆整、均匀性好的微球，直径为100~600μm。

其中，所述含药物的海藻酸钠溶液中药物与藻酸钠的质量比m:（10-m），m为0~5，不同质量比的药物和海藻酸钠可以制备不同载药率的水凝胶微球。所述的高压静电场选用针头内径200~800μm，保持针尖与CaCl₂溶液的液面距为15~25 cm，电场电压为10 ~20kV。

所述的凝胶基质由羧甲基壳聚糖与聚乙烯醇通过循环冷冻解冻法制备，通过非共价键相互作用，可避免化学有机溶剂的使用。冻融法制备共混凝胶负载载药微球的的方法，包括如下步骤：

（1）将羧甲基壳聚糖溶于水中得到1~5wt%的羧甲基壳聚糖溶液，将聚乙烯醇在85~95℃下加热1~2h溶解于水中，得5~15wt%聚乙烯醇；

（2）在室温条件下将羧甲基壳聚糖溶液与聚乙烯醇溶液按体积比为n:（6-n），0＜n≤4混合，并搅拌均匀；

（3）将制备的海藻酸钙微球加入到羧甲基壳聚糖溶液与聚乙烯醇的混合溶液中，将海藻酸钙微球分散均匀，冷冻-解冻循环多次3~7形成复合水凝胶。

由于羧甲基壳聚糖分子中有氨基和羧基使得其具有PH敏感性，调节PH值至酸性或碱性能够改变水凝胶的溶胀率，从而改变水凝胶中的药物累计释放率。

所述循环冷冻-解冻法，将制备的溶液先在-10~-80℃下冷冻8~23h，再在4~25℃下解冻1~4h，循环冷冻解冻的次数为3~7次。通过增加循环冻融次数来增加其结晶度，降低冷冻温度、降低解冻温度，从而增加水凝胶的机械强度；同时部分羧甲基壳聚糖的加入会降低水凝胶的机械强度。湿凝胶的机械强度为1~5MPa，干凝胶的机械强度为10~50MPa。

所述的药物为蛋白药物、酸性敏感药物、抗生素药物、钙拮抗剂药物等。海藻酸盐具有易于成囊、便宜易得等优点，由于包裹过程不涉及有机溶剂、化学试剂，使其适合于包载蛋白药物；包裹过程在中性溶液中形成，使得其适合于包载酸性敏感药物；由于大部分抗生素药物、钙拮抗剂药物都是水溶性的，使得海藻酸盐在成囊过程中容易实现包封。

由上述制备方法制备的的药物缓释水凝胶具有一定的药物缓释作用和良好的生物相容性，可用作烧伤烫伤敷料。所述水凝胶微球的直径为100~600μm，所述水凝胶基质的厚度为1~5mm。

本发明具有如下优点：

(1)本发明选用羧甲基壳聚糖与聚乙烯醇为水凝胶基质材料，采用冻融法制备共混凝胶，具有良好的弹性、吸水保水、透气透水等优良性能，防止粘连伤口，对创面具有很好地保护作用。

(2)调节水凝胶基质中羧甲基壳聚糖溶液与聚乙烯醇溶液的体积比，可以调控药物的释放速率。

(3)本发明制备的微球凝胶复合载体，可实现药物直接包封，有效保护药物生物活性，具有药物缓释性能。

(4)本发明所使用的载体材料制备简单，条件温和，制备成本低。

(5)本发明中的水凝胶微球-水凝胶基质体系不会对酸性或碱性蛋白药物的活性产生影响。同时，采用水凝胶微球-水凝胶基质使得药物释放需要经过两种凝胶以达到药物缓释的效果，且制备方法简单，利于实现产业化，制备出来的载药凝胶也适合储存。

说明书附图

图1：为BSA累计释放曲线图

图2：为水凝胶微球-水凝胶基质复合体系的溶胀率图

图3：为水凝胶微球-水凝胶基质复合体系的凝胶分数图。

具体实施方式

实施例1

实验材料：海藻酸钠（25℃时2%水溶液的粘度为250cps），Sigma公司；聚乙烯醇（醇解度：99.8~100%），阿拉丁公司；羧甲基壳聚糖（脱乙酰度：≥90，羧化度：≥80%），广州菲博生物科技有限公司；肝素钠（＞170单位/毫克），百灵威公司；牛血清白蛋白（BSA），Genview公司；碱性成纤维生长因子（bFGF），暨南大学生物医药基地。

高压直流电源（DW-P503-4ACCD），天津三川公司；微量注射器泵（LSP01-1A），保定兰格公司；数显气浴恒温振荡器（CHA-S），江苏金坛有限公司；注射器（2.5ml），浙江京环医疗用品公司；聚苯乙烯孔板（6、24孔），耐思生物科技有限公司。

实验内容：采用高压静电液滴法制备海藻酸钙微球，以含10mg/ml的BSA和2wt%的海藻酸钠水溶液为原料液，3%（w/v）的CaCl₂水溶液为接收器，选用针头内径200μm，保持针尖与CaCl₂溶液的液面距为20 cm，电场电压为10kV。固化10min，去离子水洗三次。用滤纸滤掉微球表面的水分，称取100mg的海藻酸钙微球分别加入到两个已均匀混合的水凝胶基质中，水凝胶基质中包含了2%羧甲基壳聚糖和10%聚乙烯醇溶液，其体积比分别为2:4、3:3和4:2，涡旋数秒使其分散均匀。将含海藻酸钙微球的水凝胶置于-20℃中冷冻20h，再在25℃下解冻4h，循环冷冻解冻的次数为3次。

将上诉所得复合水凝胶置于10ml的PH=7.4的PBS溶液中，37℃，40rpm恒温振荡器中进行体外药物释放，特定的时间取1ml上清液，加入相同体积的新鲜PBS，BCA试剂盒测试BSA含量，计算药物累积释放率，绘制BSA累计释放曲线。

药物累积释放率%=（t时间药物释放总量/实际载药量）%。

图1为BSA累计释放曲线，Ⅰ代表药物海藻酸钙微球，Ⅱ代表羧甲基壳聚糖与聚乙烯醇溶液体积比为2:4的药物水凝胶、Ⅲ代表羧甲基壳聚糖与聚乙烯醇溶液体积比为3:3的药物水凝胶, Ⅳ代表羧甲基壳聚糖与聚乙烯醇溶液体积比为4：2的药物水凝胶。

由图1可知，海藻酸钙微球中的药物有比较明显的突释。将载药的海藻酸钙微球复合到羧甲基壳聚糖和聚乙烯醇的共混凝胶后，在两周内，药物在水凝胶微球-水凝胶基质中有明显的缓释作用。同时，可以看出，降低水凝胶基质中的羧甲基壳聚糖的含量可以提高药物的累计释放率。

图2,3是羧甲基壳聚糖与聚乙烯醇溶液不同体积比下，水凝胶微球-水凝胶基质复合体系的溶胀率和凝胶分数，图中1、2、3、4分别代表羧甲基壳聚糖（CMCS）与聚乙烯醇(PVA)溶液体积比为0:6、2:4、3:3、4:2的水凝胶。

从图2,3可以看出，增加羧甲基壳聚糖的含量会降低水凝胶的凝胶分数，但同时会增加水凝胶的溶胀率。羧甲基壳聚糖在水凝胶中能够遇水迅速水化膨胀，具有较好的溶胀性能。随着羧甲基壳聚糖的含量增加，凝胶的交联强度降低，凝胶分数降低；同时，凝胶网络孔径增大，溶胀率增加。而未交联的部分从溶液中渗出，使复合水凝胶中表面积相应增加，从而使得药物的溶出速率减慢，降低了药物的释放速率。而且，随着羧甲基壳聚糖的含量增加，会阻隔药物从海藻酸酸钙微球的释放，导致药物累积释放率的降低。从释放曲线中看出，当羧甲基壳聚糖与聚乙烯醇的体积比越大，药物累计释放率越低，因此，我们可以通过降低羧甲基壳聚糖与聚乙烯醇的体积比从而提高药物的累积释放率。当甲基壳聚糖与聚乙烯醇的体积比为4:2时，其药物累积释放率为42%，低于50%，而当羧甲基壳聚糖与聚乙烯醇的体积比为0:6时，释放液中很难检测到药物，这可能是因为聚乙烯醇本身具有较高的结晶度使凝胶表面非常致密。所以为了保证凝胶的具有较好的物理性能和释放性能，凝胶中羧甲基壳聚糖和聚乙烯醇的体积比X的最佳范围：(0:6)＜X≤（4:2）

实施例2

采用高压静电液滴法制备海藻酸钙微球，以1.17μg/ml含碱性成纤维生长因子（bFGF）的1wt%肝素水溶液和2wt%的海藻酸钠水溶液为原料液，3%（w/v）的CaCl₂水溶液为接收器，选用针头内径200μm，保持针尖与CaCl₂溶液的液面距为20 cm，电场电压为10kV。固化10min，去离子水洗三次。用滤纸滤掉微球表面的水分，称取50mg的海藻酸钙微球分别加入到两个已均匀混合的水凝胶基质中，水凝胶基质中包含了2%羧甲基壳聚糖和10%聚乙烯醇溶液，其体积为2:4，涡旋数秒使其分散均匀。将含海藻酸钙微球的水凝胶置于-20℃中冷冻20h，再在4℃下解冻4h，循环冷冻解冻的次数为3次。

Claims (9)

1. 一种药物缓释水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 制备载药海藻酸钙微球；

S2.水凝胶基质的制备： 1~5%的羧甲基壳聚糖溶液和5~15%的聚乙烯醇溶液按体积比n:（6-n），0＜n≤4，混合，搅拌均匀；

S3.缓释水凝胶的制备：将S1制备的载药海藻酸钙微球加入S2制备的水凝胶基质中，使载药海藻酸钙微球分散均匀，经3~7次循环冷冻-解冻形成水凝胶。

2. 根据权利要求1所述的药物缓释水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的载药海藻酸钙微球制备如下：含药物的1~3%的海藻酸钠溶液在高压静电场中形成微小液滴落入0.5~6%的氯化钙溶液中固化5~15min形成海藻酸钙微球。

3. 根据权利要求2所述的药物缓释水凝胶的制备方法，其特征在于，所述含药物的海藻酸钠溶液中药物与海藻酸钠的质量比m:（10-m），m为0~5。

4. 根据权利要求2所述的药物缓释水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的高压静电场选用针头内径200~800μm，保持针尖与CaCl₂溶液的液面距为15~25 cm，电场电压为10 ~20kV。

5. 根据权利要求1所述的药物缓释水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的5~15%的聚乙烯醇溶液制备如下：将所述的聚乙烯醇在85~95℃下加热1~2h溶解于水中。

6.根据权利要求1所述的药物缓释水凝胶的制备方法，其特征在于，所述循环冷冻-解冻法是将制备的溶液先在-10~-80℃下冷冻8~23h，再在4~25℃下解冻1~4h。

7. 根据权利要求1所述的药物缓释水凝胶的制备方法，其特征在于，所述的药物为蛋白药物、酸性敏感药物、抗生素药物或钙拮抗剂药物。

8. 一种权利要求1~7所述的药物缓释水凝胶制备方法下制备的药物缓释水凝胶，其特征在于，所述水凝胶微球的直径为100~600μm，所述水凝胶基质的厚度为1~5mm。

9. 权利要求8所述的药物缓释水凝胶在制备烧伤烫伤敷料中的应用。

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