超临界流体技术在靶向给药系统中的应用

郭文勇(解放军第175医院，厦门大学附属东南医院，福建漳州363000)

超临界流体技术在靶向给药系统中的应用

郭文勇*(解放军第175医院，厦门大学附属东南医院，福建漳州363000)

超临界流体(supercritical fluid，SCF)具有与液体相近的密度(对溶质的溶解度大)，黏度、自扩散系数与气体接近，表面张力接近零，其性质随温度和压力的改变可产生很大的变化，对物质的溶解性可以从不溶解到溶解到一定的程度，这使得SCF具有较大的可操作性，从而衍生出各种各样的技术，称之为超临界流体技术(SFT)。SFT在药剂学方面的应用，特别是在靶向给药系统制备方面的应用是当前药剂学研究的热点之一。应用SFT制备药物载体具有如下优点:(1)超临界流体具有多种多样的操作技术，可根据药物的性质选择相应的方法;(2)超临界制备过程可以避免或尽量减少使用有机溶剂，并可以最大程度的除去有机溶剂，得到无溶剂残留的产品;(3)超临界流体的高度分散性能够使制备的聚合物含药颗粒的的浓度在所要求的范围;(4)超临界制备过程条件温和，特别适合热不稳定药物包括生物大分子药物;(5)没有毒性和环保方面的意义使得超临界流体技术更加令人关注。本文综述了SFT制备脂质体、纳米粒或纳米囊、微球或微囊等靶向给药系统的研究，具体报告如下。

1 SFT在靶向给药系统中的应用

1.1 制备脂质体

脂质体(liposome，LS)是将药物包封于类脂质双分子层内形成的微型泡囊，具有靶向性、可提高药物稳定性、延长药物疗效、缓解毒性等特点，在临床得到较多的应用［1］。然而传统制备脂质体的方法仍存在着易于聚集、融合及不适于工业化规模制备等缺点。

孙君社等［2］应用SCF作为抗溶剂应用的气体反溶剂技术(gas anti-solvent，GAS)制备了磁性SOD脂质体，为多层脂质体，平均粒径为3.85 μm，磁响应性较好，定位率约95%。李爽等［3］采用超临界二氧化碳沉析技术制备紫杉醇脂质体，在压强为20 Mpa、温度为45℃、时间为30 min、卵磷脂∶胆固醇为3∶1、乙醇质量分数为20%、原药与膜材质量比为1∶20条件下，制得的脂质体包封率为76.18%。Frederiksen等［4］研究了一种应用SFT改良乙醇注入法制备脂质体的方法，制备得到的脂质体的平均粒径为200 nm。提示SFT能将有机溶剂的量降到最小，并且CO2的非极性利于将亲脂性药物包封进脂质体中。Otake等［5］应用超临界逆向蒸发法(SCRPE)制备脂质体的研究，在充分搅拌下，在后来的降压过程中引入一定量的水进入SC-CO2/L-α-二棕榈酰磷脂酰胆碱/乙醇的均匀混合物中形成乳剂，然后可以获得脂质体的水分散体。大都是粒径0.1～1.2 μm的大单室脂质体，并且能对如D-(+)-葡萄糖的水溶性物质和如胆固醇这样的脂溶性物质达到高的包封率。这些结果显示，SCRPE对于一步制备脂质体是一种很好的技术。Otake等［6］又在原有SCRPE的基础上发展出改进的超临界逆向蒸发法(ISCRPE)，使用超临界CO2作为有机溶剂的替代品，操作更方便。这种方法，在不使用包括乙醇的有机溶剂的情况下，用20 mM的L-R-二油酰磷脂酰胆碱(DOPC)对葡萄糖的最大包封率达到36%，用ISCRPE方法制备的脂质体在室温下可以在1个月内高度稳定。实验表明用这种方法制备的脂质体是松弛的填充磷脂的单室脂质体，将N2与超临界CO2比较发现，CO2的存在对于脂质体的制备是必需的。在对SCRPE制备脂质体的研究中，通过对包封率、浊点、动态光散射和渗透水转运的测量考察了磷脂结构、制备压力和乙醇的量对于脂质体物化性质的影响，结果表明SCRPE可以一步就对脂质体的粒径、粒径分布、包封率和层数等物化性质进行有效的控制。

1.2 制备微粒和纳米粒

传统制备微粒的方法包括物理和化学法都不理想，寻求制备粒度均匀、流动性好及具有精确粒径的超微粒子的方法成为研究热点。近年来，SFT在制备超细微粒、控缓释微球、纳米球及纳米囊方面的研究对此提供了很好的尝试。

1.2.1 制备微球:陈畅等［7］采用超临界反溶剂技术(supercritical anti-solvent，SAS)，分别研究了压力、温度、溶液流速和溶液浓度对微粒形态、粒径和粒径分布的影响，以二氯甲烷-丙酮为溶剂，制备出了平均粒度为0.8～4 μm的以聚乳酸(PLA)微粒，符合吸入式给药微粒粒径的要求。陈岚等［8］采用超临界流体快速分散溶液技术(solution enhanced dispersion by supercritical fluids，SEDS)制备了生物可降解L-聚乳酸(PLLA)微粒，微粒平均粒径为5～26 μm，呈球形;微粒粒径和粒径分布随压力的升高而减小，随浓度的增大而增大，温度对微粒粒径的影响不显著。Moshashaee等［9］采用SEDS法对溶菌酶进行蛋白质预处理，将鸡蛋中的溶菌酶溶于二甲亚砜(DMSO)中，用SC-CO2作反溶剂，实验证明溶菌酶经SEDS处理后其生物活性没有大的改变。Ghaden等［10］采用RESS法制备了氢化可的松的3种聚酯类高分子材(DL-PLGA、L-PLA、DL-PLA)微球，3种材料制得的微球粒径均小于10 μm，采用N2和CO2混合物比单用CO2可取得更高的分散度，空白微球和包封氢化可的松微球的粒径大小无明显变化，氢化可的松得率为40%。Matsuyama等［11］利用RESS法制备了聚酯微球，制备的聚酯微球光滑、均匀(1～3 μm)，可通过调节聚合物浓度、预膨胀压力及温度等控制微粒的粒径大小。Badens等［12］分别采用RESS过程和SAS过程从大豆卵磷脂中制备磷脂微粒，克服了传统方法的有机溶剂残留问题，且微粒大小均匀一致。因磷脂在CO2中溶解度低，故采用RESS法时需通过共溶来加速其过程，另外还需要48 MPa以上的高压，而用乙醇作辅助性溶剂的SAS过程能形成1～40 μm的微粒，并且经近红外分析无有机溶剂残留。张严之等［13］考察了SEDS法制备52氟尿嘧啶-吲哚美辛-PLA缓释微球，粒径分布为0.5～5 um，52氟尿嘧啶载药量为17.73%，吲哚美辛载药量为1.26%，制得的微球具优良的缓释效果。

1.2.2 制备微囊:陈岚等［14］通过对超临界流体制备的阿莫西林缓释、黏附微囊的研究，找到了制备微米级缓释药物微囊的新方法。以乙基纤维素为包囊材料、卡波谱为黏附材料，采用SEDS制备了阿莫西林微囊，并对药物的包合情况、微囊的载药量、平均粒径和释药度等进行了研究，制得的微囊粒径小于10 μm。张岩等［15］利用GAS法从乙基纤维素和丙酮溶液中制得了乙基纤维素微囊，考察了温度、压力、溶液浓度和搅拌速度等工艺参数对物性的影响，试验结果表明，GAS法可用于食品材料的微囊制粒，所得乙基纤维素微囊的粒径在2.66～9.49 μm之间;随着温度和溶液浓度的增加，颗粒粒径及其粒径分布增加;随着压力和搅拌速度的增加，颗粒粒径及其粒径分布减小。Bennoit等［16］将药物微粉混悬在聚合物的有机溶液中，通入超临界CO2，可以制备得到药物-聚合物微囊。Shine等［17］发明制备微囊的新方法，先将聚合物与药物混合均匀，然后用超临界流体将聚合物液化，突然减压，超临界流体膨胀气化，留下药物-聚合物包和物。此方法的特点是需要的超临界流体量少，药物与聚合物可以任意比例混合，药物可以是结晶、无定型固体、液体、溶液、混悬液等形式。

1.2.3 制备纳米球:当前制备纳米粒的技术存在形成的粒子粒径分布宽、较难达到纳米级，应用液体抗溶剂过程难以控制粒子的生长、难以消除药物粒子中的残留溶剂等缺陷。SFT利用了超临界流体的特性，可使溶液达到极高的过饱和度，瞬间膨胀从而可沉析出纳米级的微粒。通过调节操作参数，SFT能够更准确地得到平均粒径小且粒度分布窄的微粒;并能够快速除去残留的痕量级的有机溶剂。Godinas等［18］通过对超临界流体快速膨胀技术(rapid expansion of supercrtical fluids solution，RESS)的改进，把不溶于水的药物溶解在含有表面修饰剂的SCF中，通过RESS过程将溶液膨胀到含有另外一种表面修饰剂的水溶液中，制备了平均粒径为200 nm的非诺贝特悬浮液等，并申请专利。孙丽君等［19］采用SAS制备负载白藜芦醇的玉米蛋白纳米粒，为均匀球形颗粒，玉米蛋白与白藜芦醇形成Matrix结构，降低了白藜芦醇的释放速度。Elvassore等［20］采用SAS成功地制备出了平均粒度为400～600 nm的以PLA为载体、其内部分别嵌埋有胰岛素、胰岛素与聚乙二醇(PEG)混合物的纳米球，产品中的胰岛素活性可保持在80%以上。姜茹等［21］采用SAS成功地制备叶酸介导吡柔比星葡聚糖纳米粒，平均粒径为(178±15.8)nm，载药量为7.73%，包封率为33.2 %。Chattopadhyay等［22］在SAS的基础上引入超声振动雾化技术对灰黄霉素进行了微粉化，制备出了平均尺寸为130 nm的球形纳米粒子，并采用这种技术成功地制备了平均粒径为125 nm的四环素纳米粒子［23］。

1.2.4 制备纳米囊:Mohammed等［24］制备了一种核-壳纳米囊，其中清蛋白是作为包衣衣料。将AgNO3溶解于超临界氨中，并且超临界流体是以RESS喷雾方式喷入包含牛血清蛋白的水溶液中，得到了平均粒径为6.3 nm的颗粒(标准误差为1.6 nm)，并且显示得到了由柔软的材料包围的分散良好的Ag2S纳米粒，总直径达到20～30 nm。Wang等［25］采用了SAS过程制备了由硅和丙烯酸树脂形成的纳米囊。将丙烯酸树脂溶解在丙酮中得到聚合物溶液，按预期的聚合物-硅比例将硅纳米粒混悬于这种溶液中，通过SAS方法用超临界CO2处理使聚合物以球形硅纳米粒为胞核成核。最初的硅纳米粒直径范围为16～30 nm，得到的纳米囊的直径范围为50～100 nm。Zhang等［26］在W/O反胶团中合成了Ag纳米粒并在液体溶液中加入PS，然后SC-CO2被加入用以消除液体溶剂，并且加入表面活性剂来诱导聚合物在Ag纳米粒上的沉降，使Ag纳米粒陷入或是包埋在聚合物中，随着压力及温度的增加复合纳米粒的粒径减小。

1.3 制备固体脂质纳米粒

固体脂质纳米粒(solid lipid nanoparticles，SLN)是新型固体胶粒给药系统，主要适合于载亲脂性药物，亦可先将亲水性药物通过酯化等方法制成脂溶性较强的前体药物后，再制备SLN。此外，SLN的水分散系统可以进行高压灭菌，具有长期的物理化学稳定性，也可通过冻干或喷雾干燥法制成固体粉末，然后加工成片剂、胶囊剂、丸剂等剂型，以改善患者的顺应性［27］。目前制备SLN的方法有超声分散法、高压乳匀法、溶剂挥发法和微乳分散法等，主要的是通过高压乳匀法制备，又分为热乳匀法和冷乳匀法。在高或低温度下，脂质和药物的活性成分在高压下会变质，并且，这种技术能够生产出的是需要低压冻干的固体脂质纳米粒在水中的分散体，在冷冻和再溶解时会遇到不稳定的问题。

气体饱和溶液沉析技术(precipitation from gas saturated solution，PGSS)在应用到生产SLN时显示出了很大的优势［28］。气体饱和脂质溶液的快速降压过程导致微米或是纳米级的脂质颗粒的产生，这些能够用于药剂学以及化妆品的应用。另一方面，PGSS过程能够成功地应用于获得有适当药剂学用途的干的微颗粒脂质系统。对于给定的实验设置，依赖于高压饱和容器温度和压力的脂质滴可能部分或全部凝固。此外，依赖于冷却和冷凝速度，还有它们暴露所处的温度梯度，脂质显示出了不同的多态性，这些条件引起最终产品的形态不同且对制剂配方的稳定性尤其重要。

2 展望

SFT在制备药物微粒、纳米粒、脂质体等被动靶向给药系统方面已有很多的研究，超临界制备过程条件温和，特别是在热不稳定药物包括生物大分子药物方面显示了较大的优势。SFT的一些基础研究还不够深入，工业化受到限制，大部分的SFT还只限于实验室阶段，主要问题有:生产成本较高，高压操作，对设备及操作要求高;高压下易分解或易降解的物质不宜采用此法等。但是由于其自身的特性使它在药剂学中具有很大的应用潜力，特别是在制备药物微粒、纳米粒、脂质体等靶向给药系统方面具有很好的发展前景。随着相关学科的发展和该技术的进一步研究，SFT必将有更广阔的前景。

［1］毕殿洲.药剂学［M］．第4版.北京:人民卫生出版社，1999:448-477．

［2］孙君社，王平渚，张中义，等.靶向脂质体的超临界流体技术制作及表征［J］．中国农业大学学报，2002，7(4):95-99．

［3］李爽，王海君.超临界二氧化碳法制备紫杉醇脂质体［J］．中国药业，2011，20(15):35-36．

［4］Frederiksen L，Anton K，van Hoogevest P，et al．Preparation of liposomes encapsulating water soluble compounds using supercritical carbon dioxide［J］．J Pharm Sci，1997，86(8):921-928．

［5］Otake K，Imura T，Sakai H.Development of a new preparation method of liposomes using supercritical carbon dioxide［J］．Langmuir，2001，17(13):3898-3901．

［6］Otake K，Imura T，Sakai H.Control of physicochemical properties of liposomes using a supercritical reverse phase evaporation method［J］．Langmuir，2003，19(6):2021-2025．

［7］陈畅，詹世平，张苗苗，等.应用超临界反溶剂技术制备吸入式给药微粒［J］．高校化学工程学报，2011，25(3):470-474．

［8］陈岚，乔培，高丹丹，等.超临界流体强化溶液分散法制备L-聚乳酸微粒［J］．中国医药工业杂志，2011，42(3):193-197．

［9］Moshashaée S，Bisrat M，Forbes RT，et a1.Supercritical fluid processing of proteins I:lysozyme precipitation from organic solution［J］．Eur J Pharm Sci，2000，11(3):239-245．

［10］Ghaderi R，Artursson P，Carlfors J.A new method for preparing biodegradable microparticles and entrapment of hydrocortisone in DL-PLG microparticles using supercritical fluids［J］．Eur J Pharm Sci，2000，10(1):1-9．

［11］Matsuyama K，Mishima K，Umemoto H，et al．Environmentally benign formation of polymeric microspheres by rapid expansion of supercritical carbon dioxide solution with a nonsolvent［J］．Environ Sci Technol，2001，35(20):4149-4155．

［12］Badens E，Magnan C，Charbit G.Microparticles of soy lecithin formed by supercritical processes［J］．Biotechnol Bioeng，2001，72(2):194-204．

［13］张严之，李奎锋，黄婷，等.超临界流体技术制备52氟尿嘧啶-吲哚美辛-聚乳酸缓释微球［J］．复合材料学报，2011，28(1):21-25．

［14］陈岚，张岩，李保国，等.超临界流体技术制备阿莫西林缓释微囊的初探［J］．中国药学杂志，2004，39(11):842-844．

［15］张岩，陈岚，李保国，等.工艺参数对超临界CO2抗溶剂法制备乙基纤维素微囊的影响［J］．食品科学，2004，25(2):96-99．

［16］Benoit，Jean-Pierre(Avrille，FR)，Richard，et al.Method for preparing micro-capsules comprising active materials coated with a polymer and novel microcapsules in particular obtained according to the method［EB/OL］．US Pat 6183783.2 001-02-06.http://patft.uspto.gov/netacg-i/nph-Parser?Sect1=PTO2＆Sect2=HITOFF＆p=1＆u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearchbool.html＆r=20＆f=G＆l=50＆co1=AND＆d=PTXT＆s1=6183783＆OS=6183783＆RS=6183783．

［17］Shine，Annette Dudok(Newark，DE)Gelb Jr，Jack(Landenberg，PA).Microencapsulation process using supercritical fluids［EB/OL］．US Pat 5766637.1998-07-16．http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PT-O2＆Sec t2=HITOFF＆u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-adv.htm＆r=54＆f=G＆l=50＆d=PTXT＆p=1＆p=2＆S1=5766637＆OS=5766637＆RS=5766637．

［18］PACE Gary W(US)，VACHON G Michael(CA)，MISH-RA K Awadhesh(CA)，et al.Processes to generate submi-cron particlesofwater-insolublecompounds［EB/OL］．WO 9965469.1999-06-18.http://patentscope．wipo.int/sear-ch/en/detail.jsf?docId=WO1999065469＆recNum=1＆docAn=US1999013755＆queryString=FP:(9965469)＆maxRec=1．

［19］孙丽君，沈佩琼，赵亚平.超临界CO2抗溶剂法制备白藜芦醇-玉米蛋白纳米粒［J］．精细化工，2011，28(3):270-274．

［20］Elvassore N，Bertucco B，Caliceti P.Production of insulinloaded poly(ethylene glycol)/poly(l-lactide)(PEG/PLA)nanoparticles by gas antisolvent techniques［J］．J Pharm Sci，2001，90(10):1628-1636．

［21］姜茹，祖元刚，赵修华，等.超临界反溶剂法制备叶酸介导吡柔比星葡聚糖纳米粒的工艺研究［J］．中国药房，2011，22(21):1961-1964．

［22］Chattopadhyay P，Gupta RB.Production of griseofulvin nanoparticles using supercrieical CO(2)antisolvent with enhanced mass transfer［J］．Int J Pharm，2001，228(1-2):19-31．

［23］Chattopadhyay P，GuptaRB.Productionofantibiotic nanoparticles using supercritical CO(2)as antisolvent with enh-anced mass transfer［J］．Ind Eng Chem Res，2001，40:3530-3539．

［24］Mohammed JM，Harry WR，Lawrence FA，et al.Proteinprotected nanoparticles from rapid expansion of supercritical solution into aqueous solutions［J］．J Phys Chem B，2002，106(43):11178-11182．

［25］Wang Y，Dave RN，Pfeffer R.Polymer coating/encapsulation of nanoparticles using supercritical anti-solvent process［J］．J Supercrit Fluids，2004，28(1):85-99．

［26］Zhang J，Liu Z，Han B，et al.A novel method to synthesize polystyrene nanospheres Immobilized with silver nanoparticles by using compressed CO2［J］．Chem Eur J，2004，10(14):3531-3536．

［27］徐元龙，李学明，张琪，等.固体脂质纳米粒的研究新进展［J］．中国新药杂志，2005，14(7):838-843．

［28］Elvassore N，Flaibani M，Bertucco A，et al．Thermodynam-ic analysisofmicronizationprocessesfromgas-saturated solution［J］．Ind Eng Chem Res，2003，42(23):5924-5930．

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1672－2124(2012)08－0766－03

2012-07-10)

*主管药师。研究方向:药剂学、医院药学。E-mail:whenyounggo@126．com