壳聚糖微球制备方法及其在医药应用的研究进展

王 西，吴修利，赵 珺

(长春大学 食品科学与工程学院，长春130022)

0 引言

甲壳素在自然界中大量存在，其经乙酰化处理的产物—壳聚糖，分子结构中包含游离的氨基，能够与酸分子结合，从而成为天然多糖中仅有的碱性多糖。由于具有很强的生理适应性、可完全分解性、可再生性等优异的特性，使其可应用于生物学界、医学界及化工等工业、农业及环保等不同领域，壳聚糖的研究与应用受到了越来越广泛的关注［1－3］。

与传统的药剂相比较，以壳聚糖作为载体制备成纳米颗粒的优点较为明显，可以降低服药的次数、延长药物的生理活性及减少药物本身的刺激性气味，并且可以降低药物的成本等，故具有比普通药物制剂较为明显的优越性能，近年来壳聚糖的研究与应用受到了越来越多科技人员的广泛关注。本文针对壳聚糖基载药纳米微球的制备方法进行了深入的研究。

1 壳聚糖微球的制备

以甲壳素/壳聚糖衍生物为原料，有多种不同的纳米粒子制备方法包括共价交联法、大分子复合法、离子交联法、反相胶束法、沉淀析出法、自组装法、乳滴聚结法、化学修饰法等。选择何种方法取决于所需粒子尺寸的大小、活化剂热化学稳定性、药动学释放的重现性、生成产物的稳定性及毒素残留，通过对所制备的甲壳素/壳聚糖纳米微球的尺寸及其性能的要求，进而选择适合的制备方法。

图1 乳化交联制备壳聚糖微球流程图

1.1 乳化－交联法

该方法是利用壳聚糖氨基活性与活性剂的醛基进行交联作用，如图1 所示，在包埋亲脂性药物时，首先将亲脂性药物溶解于油相中制备成油相O，壳聚糖溶于稀酸溶液中制备成水相W，然后将油相通过一定的乳化方式分散于水相中制备成W/O 型乳化液，当加入醛类交联剂后，使交联剂扩散进入壳聚糖水相，将壳聚糖交联固化成微小粒子。

Tam 等［4］发现用海藻酸－聚赖氨酸－海藻酸微球包裹间质细胞可促进睾丸激素的产生，可用于治疗荷尔蒙缺乏症和前列腺癌等疾病。但聚赖氨酸目前主要依赖进口，价格昂贵，且与聚赖氨酸之海藻酸盐间的化学键容易断裂，在微囊团出现纤维化现象［5－6］。故研究人员尝试采用天然阳离子材料壳聚糖代替或修饰制备海藻酸基，通过聚磷酸盐或聚磷酸等聚阴离子与壳聚糖发生离子相互作用而制备凝胶网络微球，可作为抗癌药物的释放载体［5］。

于海峰等［6］对乳化交联法制备恩诺沙星壳聚糖微球进行了优化，发现当油水相为4.2:1，壳聚糖浓度2%，交联时间3.5 h 的条件下，制得的微球粒径均一，球形圆整，粒径平均7.21μm，包封率61.34%，载药量70.12%。样品在24 小时内能够有效的长时释放药物，从而达到优良的缓释效果，解决了恩诺沙星半衰期较短，给药频繁带来的问题。

2.2 离子凝胶法(离子交联法/离子诱导法)

离子凝胶法是目前壳聚糖纳米微球制备中使用最广泛的方法。该法条件较为温和，可保持药物的活性，而且工艺操作简单、条件可控性好，可通过调节控制工艺条件获得纳米粒的各项参数指标［7－9］。常用无副作用的多聚阴离子与壳聚糖氨基发生分子间或内部交联，对其进行离子诱导凝胶化来制得纳米粒。离子凝胶法反应条件较为温和，无需使用有机溶剂，能得到稳固性好、粒径均一的壳聚糖纳米，壳聚糖在酸性溶液中发生氨基质子化是壳聚糖纳米形成的关键条件［10，11］。

图2 离子凝胶法制备壳聚糖微球流程图

发现离子凝胶法制备壳聚糖纳米粒的主要影响因素为壳聚糖浓度、壳聚糖/TPP 质量比和壳聚糖溶液pH 值。壳聚糖浓度和壳聚糖/TPP 质量比对壳聚糖纳米粒粒径影响显著。

壳聚糖溶液pH 值以3.5－5.0 为宜，这与吴振宇等［12］研究结果一致。壳聚糖溶液pH 值为6.0 时，加入TPP 即刻发生沉淀，这可能与壳聚糖溶解性降低和阳性电价发生改变有关，与壳聚糖浓度无关。而pH 值≤3.0 时，TPP 的磷酸基团被氢离子占据，壳聚糖－TPP 间的静电吸引受影响，而无法形成乳溶液。

曹力凡等［13］通过离子凝胶法制备了小檗碱壳聚糖纳米载药微球，测定包封率，观察测定其扫描电镜图及红外光谱。实验表明壳聚糖包裹的小檗碱纳米颗粒具有均一的粒径和优良的包封率，为小檗碱靶向给药和缓释用药设计提供理论及实验参考。

离子凝胶法反应条件较为温和，无需使用有机溶剂，能得到稳固性好、粒径均一的壳聚糖纳米，壳聚糖在酸性溶液中发生氨基质子化是壳聚糖纳米形成的关键条件［14，15］。

图3 凝聚沉淀法制备壳聚糖微球流程图

2.3 凝聚—沉淀法

壳聚糖在碱性溶液中不溶，需通过压缩空气将壳聚糖醋酸溶液压入NaOH 溶液或NaOH－乙醇溶液，形成凝聚体，制备过程中可改变气压及喷嘴截面积进而控制粒径大小，向混合液中加入交联剂固化粒子来控制药物释放，具体机制如图3 所示。

凝聚—沉淀法制备的粒子较大。刘慧等［16－18］对该方法进一步改进，在壳聚糖的醋酸溶液中，加入表面活性剂吐温－80，将硫酸钠溶液缓慢滴入不断磁力搅拌的壳聚糖醋酸溶液中，经超声波处理后获得纳米壳聚糖。还拟通过选择相对分子质量不同的壳聚糖，并调节搅拌速率及超声强度来制备不同粒径的纳米微球颗粒。

常用交联剂有甲醛、戊二醛。甲醛在pH8－9 条件下固化完全，戊二醛在中性条件下可以固化完全，因此较适合碱性条件不稳定药物。宋晓燕等［19］利用凝聚法制备了壳聚糖水凝胶微球(CHM)。交联程度在酸性条件下对溶胀度有较大影响，且溶胀度与戊二醛用量成反比，CHM 的粒径与戊二醛用量成正比。体外释放实验表明CHM 对双氯灭痛的累积释放量与交联程度成反比关系;结果证明CHM 可作为双氯灭痛优良的载体。

图4 乳滴聚结法制备壳聚糖微球流程图

2.4 乳滴聚结法

乳滴聚结法将交联和沉淀的原理相结合制备壳聚糖粒子［20］。该法并不采用交联剂进行交联沉淀，而是采用NaOH溶液进行沉淀得到壳聚糖微粒。首先分别制备稳定的W/O型壳聚糖微乳液和W/O 型NaOH 微乳液;将两种乳剂在高速搅拌条件下混合，使NaOH 乳滴和壳聚糖乳滴在碰撞中逐渐凝聚，最后固化壳聚糖纳米粒，如图4:

Tokumitsu 等将含药物的液体石蜡的壳聚糖与蒸馏水混均形成稳定的乳液，用相同的方法获得含有NaOH 的壳聚糖溶液。将两种乳液在高速搅拌条件下相互混合，乳滴随机碰撞后交联，获得的纳米粒径约为460nm［21，22］。

2.5 反相胶束法

反相胶束法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的乳液，剂量小的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成独立的微泡，微泡的表面是由表面活性剂组成，从微泡中生成固相可使整个反应过程局限在一个微小的球形液滴内，在形成球形颗粒过程中避免了颗粒之间的团聚现象。如图5:

图5 反相胶束法制备壳聚糖微球流程图

首先将表面活性剂与有机相溶形成胶束，将溶有药物的壳聚糖溶液加到匀速搅拌的有机相中，调整水相的用量使溶液呈透明的微乳状态;再在恒速搅拌条件下加入交联剂，直到体系由透明转变为半透明时挥去溶剂，加入适量蒸馏水再分散;然后加入适当的无机盐，离心后取上清液，透析纯化，冷冻干燥。如图5 所示。

Mitra 等用反相胶束法制备了阿霉素(DXR)偶联右旋糖酐(DEX)的壳聚糖纳米粒，体外试验结果显示，DEX—DXR 壳聚糖纳米粒的毒副作用明显小于单纯的DXR，且有效增加了DXR 的抗肿瘤效应。

孙庆元等以可溶性淀粉为原料，环氧氯丙烷为交联剂，植物油为油相，Span60 为乳化剂，采用反相胶束法合成淀粉微球，以吸附量为指标进行正交试验，得到淀粉微球的最佳合成条件，利用红外光谱和电子显微镜对产物进行表征，结果证明了可溶性淀粉与环氧氯丙烷发生了交联反应［35］。

壳聚糖纳米微粒是一类具有广阔应用前景的药物控释载体［36］，但现今对于反向胶束的研究还仅限于少数的微乳体系，各种新材料的合成多数尚处于实验阶段。对反相胶束中的颗粒形成的机理、动力学过程、纳米反应器反应性能、化学工程问题及其组成与结构还需要不断的进行更深一步的研究［37］。

3 结论

随着科学技术的不断发展，人们对药物治疗作用的要求也逐渐提高，药物经纳米化处理后，药物的吸收率、靶向性、溶解率均明显提高，而且还能有效控制释放，减少了药物的使用剂量的同时，不仅改善治疗效果，而且解决了药物残留等问题，采用纳米技术在医药领域的应用可以从根本上解决目前因药物的大量使用而带来的种种不良后果。纳米技术在医药研发领域不断的进行渗透及扩大影响，在未来的发展中定在药物研究方面带来巨大的改变。由此可见，作为生物医用新材料将壳聚糖纳米粒作为药物载体的研究也将成为今后研究的热点课题。

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