專利名稱：：一種生物可降解高分子納米粒子及其專用聚合物和它們的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一類具有多種形貌的生物可降解高分子納米粒子、專用聚合物和它們的制備方法。
背景技術(shù)：
：納米粒子一般是指顆粒大小在1100nm范圍的粒子。由于納米粒子的尺寸特別小、比表面特別大，因此納米粒子具有一般材料所沒(méi)有的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等奇特的物理性能，以及明顯不同于一般體材料和單個(gè)分子的獨(dú)特性質(zhì)。例如在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面，由于納米粒子具有比一般微球更好的物理穩(wěn)定性，因此納米制劑可比一般微球制劑具有更好的耐加熱滅菌性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性；由于納米粒子屬膠體系統(tǒng)，因此臨床應(yīng)用時(shí)納米制劑就可比混懸型微球制劑更容易給藥；又由于納米粒子粒徑小、表面能大、易于在粘膜、角膜等處滯留，因此納米制劑更利于藥物的吸收、使藥物的生物利用度得到提高。此外，由納米粒子制成的骨架型緩釋制劑，可被MPS系統(tǒng)攝取而到達(dá)肝臟、脾臟和骨髓，達(dá)到被動(dòng)靶向給藥的效果；而通過(guò)對(duì)納米粒子表面進(jìn)行修飾又可達(dá)到主動(dòng)靶向給藥的目的，從而改變藥物對(duì)生物膜的透過(guò)性、有利于藥物透皮吸收和細(xì)胞內(nèi)靶向傳輸。納米粒子可由不同性質(zhì)的材料制成，其中包括金屬、金屬化合物、小分子的碳材料、無(wú)機(jī)材料、天然和合成的高分子材料，以及小分子和高分子組成的復(fù)合材料等等。納米粒子的材質(zhì)不但直接關(guān)系到納米粒子最終可以應(yīng)用的領(lǐng)域，同時(shí)也直接關(guān)系到納米粒子適宜的制備方法和工藝。不同材質(zhì)的納米粒子一般需用不同的方法來(lái)制備，而制備納米粒子的關(guān)鍵是控制納米粒子的大小、獲得粒度分布較窄且粒子大小均勻的納米粒子，以及減少或消除納米粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象，這對(duì)將納米粒子用作生物醫(yī)用制劑時(shí)保證制劑的有效性、安全性和穩(wěn)定性尤有重要的影響。納米粒子的制備方法總的可分為機(jī)械粉碎法、物理分散法和化學(xué)合成法三種，而根據(jù)制備納米粒子的基材不同，又可分為以小分子材料為基材的固相法、氣相法和包括沉淀法、溶膠一凝膠法和包括電解法在內(nèi)的液相法；以及以高分子聚合物為基材的溶劑揮發(fā)與抽提方法、納米沉積方法、鹽析法、超臨界流體法、嵌段共聚物的自聚集方法，以及由單體聚合制備聚合物納米粒子的納米粒子制備方法。以小分子材料為基材制備納米粒子的方法一般對(duì)技術(shù)設(shè)備要求很高、納米粒子的制備條件也十分苛刻。而通過(guò)對(duì)溶膠一凝膠法、沉淀法、蒸發(fā)溶劑熱解法、氧化還原法、溶劑熱法、噴霧法、乳液法以及輻射化學(xué)合成法等方法加工工藝和加工條件的控制，可以得到空芯囊泡形納米粒子、實(shí)芯球形納米粒子、棒狀納米粒子、薄片狀納米粒子、管狀納米粒子、膠束狀納米粒子、線狀納米粒子等等具有不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的納米粒子，從而供電子學(xué)、光學(xué)、化工、陶瓷、生物醫(yī)藥等不同領(lǐng)域的應(yīng)用。例如在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用納米粒子粒度小、可以有效地穿透腫瘤以及各種體內(nèi)物理屏障而達(dá)到特定的部位，最終又可被肝、脾、骨髓等網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的巨噬細(xì)胞吞噬的性能，納米粒子已成為重要的新靶向給藥體系的載體，使對(duì)癌癥等頑癥的治療達(dá)到了明顯的高療效；在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的其它方面納米粒子也有著良好的應(yīng)用前景。生物可降解高分子納米粒子作為納米粒子的新成員，由于能在有水存在的環(huán)境下由于酸、堿或酶、微生物等生物物質(zhì)的促進(jìn)而加速降解、分子鏈斷裂，最終降解成為單體或小分子，從而或被機(jī)體吸收或被代謝排出體外，由此可以避免在體內(nèi)積聚、成為異物、造成危害的可能，因此不但可以實(shí)現(xiàn)非生物降解納米粒子所不可能實(shí)現(xiàn)的藥物恒速釋放，而且可以避免非生物降解納米粒子長(zhǎng)期存留在體內(nèi)所存在的潛在的生物安全性和生物相容性隱患，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有更為重要的用途。鑒于納米粒子的性能和可能的應(yīng)用除了同納米粒子的材質(zhì)和尺寸大小有關(guān)外，還同納米粒子的形貌有著密切的關(guān)系。例如，由于相同體積下的非球形納米粒子比球形納米粒子具有更大的比表面，且隨著非球形納米粒子的長(zhǎng)徑比(粒子長(zhǎng)度/粒子直徑)增加比表面也增大，而非球形納米粒子比球形納米粒子具有更高的表面敏感度，因此可更有利于對(duì)粒子進(jìn)行表面修飾。由于不同形貌納米粒子的比表面大小的不同，使同樣重量的不同形貌納米粒子具有不同的藥物釋放行為，因此可以通過(guò)控制納米粒子的形貌來(lái)調(diào)節(jié)納米粒子的藥物釋放行為，使納米粒子在藥物釋放領(lǐng)域有不同的應(yīng)用。又由于非球形納米粒子具有明顯的各向異性，可以增加藥物與病灶部位的接觸面積、可有利于藥物高效傳遞和提高藥物的利用率等，使其在某些醫(yī)療領(lǐng)域具有特殊的應(yīng)用。正是基于非球形納米粒子在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛在用途，各種非球形納米粒子，例如棒狀納米粒子、線狀納米粒子、多邊形納米粒子以及膜狀納米器件已經(jīng)問(wèn)世，有望在細(xì)胞傳感器、臨床醫(yī)學(xué)以及藥物釋放體系等領(lǐng)域得到應(yīng)用。目前，非球形納米粒子大都是由金屬、金屬化合物、小分子的碳材料或無(wú)機(jī)材料所制得，個(gè)別非球形高分子納米粒子也是由聚苯乙烯一聚丙烯酸(PS-b-PAA)或聚苯乙烯一聚乙二醇(PS-b-PEG)等非生物可降解高分子材料制得，因此在用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域時(shí)不僅不可能實(shí)現(xiàn)藥物的恒速釋放，而且還存在極大的潛在生物安全性和生物相容性危害。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是具有多種形貌的生物可降解高分子納米粒子、專用聚合物和它們的制備方法。本發(fā)明所提供的聚(乙交酯/丙交酯)一聚乙二醇一聚(乙交酯/丙交酯)聚合物，其結(jié)構(gòu)式如式I所示，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(式1)式中b表示為嵌段聚合物；GA為乙交酯LA為丙交酯<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>ml、m2為10—80的整數(shù)，nl、n2為10—90的整數(shù)；m=ml+m2，n=nl+n2;m/n=10/9080/20;p=0454的整數(shù)；(m+n):p=100:0400。該聚(乙交酯/丙交酯)一聚乙二醇一聚(乙交酯/丙交酯)聚合物的制備方法，是由乙交酯、丙交酯和聚乙二醇在催化劑存在和真空、加熱條件下進(jìn)行開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)而制備得到的；其中，催化劑為鈦酸丁酯或異辛酸亞錫。其中，催化劑用量為乙交酯和丙交酯總重量的0.010.15%;聚乙二醇的數(shù)均分子量為200—20000;乙交酯與丙交酯的摩爾比為10/9080/20，乙交酯和丙交酯的總摩爾數(shù)與聚乙二醇的結(jié)構(gòu)單元的摩爾數(shù)之比為100:0400。開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)的真空度不高于15Pa;反應(yīng)溫度為130180°C;反應(yīng)時(shí)間為2070小時(shí)。應(yīng)用本發(fā)明聚(乙交酯/丙交酯)一聚乙二醇一聚(乙交酯/丙交酯)聚合物可以得到多種形貌可控的生物可降解高分子納米粒子，這也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。該生物可降解高分子納米粒子的制備方法，是將該聚(乙交酯/丙交酯)—聚乙二醇<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>一聚(乙交酯/丙交酯)聚合物溶解于水溶性有機(jī)溶劑中形成有機(jī)相，然后，將所述有機(jī)相滴加到水相中，攪拌、固化，得到所述生物可降解高分子納米粒子。其中，水溶性有機(jī)溶劑為二氧六環(huán)、四氫呋喃或丙酮，所述有機(jī)相中所述聚(乙交酯/丙交酯)—聚乙二醇—聚(乙交酯/丙交酉旨)聚合物濃度為46mg/ml。水相為水，或者質(zhì)量濃度為2~8%的乙醇、甲醇、四氫呋喃、丙酮或二氧六環(huán)水溶液；所述水相體積為有機(jī)相體積的8~30倍。攪拌固化的溫度為20—3(TC。本發(fā)明具有多種形貌的生物可降解高分子納米粒子的基材成分聚(丙交酯/乙交酯)(PLGA)和聚乙二醇(PEG)都具有優(yōu)良的生物降解性和生物相容性、也都是各國(guó)食品藥物監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)可用于人體內(nèi)的成分，因此PLGE納米粒子可以用于體內(nèi)、并且在體內(nèi)降解，不但可能實(shí)現(xiàn)藥物的恒速釋放，而且可以避免生物安全性和生物相容性的隱患。由于聚(乙交酯/丙交酯)同親水性聚乙二醇共聚，不僅使聚(乙交酯/丙交酯)鏈段的結(jié)晶性得到降低，而且使PLGE的親水性得到改進(jìn)，所以PLGE具有優(yōu)良的生物降解性、良好的藥物通透性、生物相容性和無(wú)毒性，可以滿足各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的需要。成核一殼結(jié)構(gòu)的PLGE納米粒子有很好的穩(wěn)定性。PLGE納米粒子能干燥成粉末狀，可以干燥保存；而構(gòu)成PLGE納米粒子外殼的親水性PEG鏈段又可使PLGE納米粒子在水中很容易地分散、且不發(fā)生團(tuán)聚。因此PLGE納米粒子具有很好的保存和使用性能。本發(fā)明PLGE納米粒子在制備方法中不使用乳化劑，具有工藝簡(jiǎn)單、流程短、利于大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)；PLGE納米粒子具有純度高、生物可降解、良好的藥物通透性、生物相容性和生物安全性；PLGE納米粒子可以干燥成粉末、又很容易在水中分散、不發(fā)生團(tuán)聚，具有優(yōu)良的保存和使用性能，可滿足各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的需要。圖1為各種形態(tài)的生物可降解PLGE納米粒子照片。具體實(shí)施方式本發(fā)明聚(乙交酯/丙交酯)—聚乙二醇一聚(乙交酯/丙交酯)(PLGA-PEG-PLGA，簡(jiǎn)稱PLGE)聚合物，當(dāng)不含有聚乙二醇(PEG)段時(shí)，即為乙交酯/丙交酯的共聚物;當(dāng)含有PEG段時(shí)，即為一個(gè)三嵌段共聚物，其中，PLGA段為乙交酯和丙交酯的無(wú)規(guī)共聚物，乙交酯和丙交酯結(jié)構(gòu)單元的摩爾比為10/9080/20。PLGA段是該三嵌段共聚物PLGE的疏水段，數(shù)均分子量范圍為1900—35000;PEG段是該三嵌段共聚物PLGE的親水段，數(shù)均分子量為200—20000;以結(jié)構(gòu)單元計(jì)，PEG段結(jié)構(gòu)單元(-(CH2CH20)-)的總數(shù)與PLGA段乙交酯和丙交酯結(jié)構(gòu)單元的總數(shù)之比小于3:1。簡(jiǎn)單的，可以下式表述-[(l/2GA)ml(l/2LA)nl]-H(CH2CH20)pH-[(l/2GA)m2(l/2LA)n2]_式中b表示為嵌段聚合物；GA為乙交酯二H2CH'00、/C"jCH3oml、m2為10—80的整數(shù)，nl、n2為10—90的整數(shù)；m=ml+m2，n=nl+n2;m/n=10/9080/20;p=0454的整數(shù)；(m+n):p=100:0400。該P(yáng)LGE采用一步法進(jìn)行制備由乙交酯、L-丙交酯和聚乙二醇在催化劑存在和真空、加熱條件下直接開(kāi)環(huán)聚合而制備，催化劑為鈦酸丁酯或異辛酸亞錫，催化劑用量為乙交酯和丙交酯投料總重量的0.010.15%;聚合反應(yīng)真空度不高于15Pa;反應(yīng)溫度為130180°C，反應(yīng)時(shí)間為2070小時(shí)。以下以具體的實(shí)施例來(lái)描述該P(yáng)LGE聚合物的制備過(guò)程。實(shí)施例1~12:按表l所示反應(yīng)物料比，將乙交酯、L-丙交酯、聚乙二醇(PEG)，以及為乙交酯和L-丙交酯重量之和0.010.15。/。的催化劑(鈦酸丁酯或異辛酸亞錫)一起，在聚合管中混合均勻，然后在15Pa真空條件下于130180。C溫度反應(yīng)1070小時(shí)，得到一系列具有不同親/疏水鏈段長(zhǎng)度和比例的聚合物PLGE-1~PLGE-12。LA為丙交酯<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>表lPLGE聚合物的制備<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>上述PLGE聚合物的分子量分布在1.5—2.5之間。實(shí)施例13~24:PLGE是聚合物分子中既含親水性鏈段(PEG)、又含疏水性鏈段(PLGA)的雙親性嵌段共聚物，所以PLGE納米粒子可以采用雙親性嵌段共聚物分子特有的自乳化-溶劑擴(kuò)散自組裝方法制備。具體制備方法如下首先將PLGE聚合物溶解在水溶性有機(jī)溶劑中形成PLGE有機(jī)相，然后將PLGE有機(jī)相漸漸滴加到一定溫度的水相中20一3(TC，使有機(jī)溶劑自然擴(kuò)散到水相、而PLGE分子中的親水性PEG鏈段則向界面遷移富集、最終固化形成以疏水性PLGA鏈段為核、以親水性PEG鏈段為殼的具有核一殼結(jié)構(gòu)的PLGE納米粒子，該納米粒子的粒徑范圍為10—200nm。本發(fā)明中構(gòu)成PLGE有機(jī)相的水溶性有機(jī)溶劑是二氧六環(huán)、四氫呋喃或丙酮，PLGE濃度為4~6mg/ml;構(gòu)成水相的是蒸餾水，或含有乙醇、甲醇、四氫呋喃、丙酮或二氧六環(huán)的蒸餾水溶液(質(zhì)量濃度為2~8%)。由于PLGE分子中親水鏈段同疏水鏈段的比例對(duì)自聚集納米粒子的形成產(chǎn)生協(xié)調(diào)影響，因此可以不需改變納米粒子的制備方法，而只調(diào)節(jié)PLGE分子中疏水性PLGA鏈段同親水性PEG鏈段的比例(m/n及(m+n)/p)或鏈段長(zhǎng)度和分子量(p及PLGE分子量)，就可以采用上述的自聚集方法制得從球型、橢球型、短棒型、直至線型等不同形貌的一系列生物可降解高分子納米粒子。按表2所示的量，稱取一定量(Xmg)的聚合物(PLGE-1~PLGE-12)，溶解于46倍于聚合物量[(46)Xml]的有機(jī)溶劑，制成濃度為46mg/ml的有機(jī)相。有機(jī)溶劑可以是二氧六環(huán)、四氫呋喃或丙酮。在180-200rpm緩慢攪拌下將所制得的聚合物有機(jī)相緩慢地滴加到溫度為253(TC、體積為有機(jī)相體積830倍的水相中，形成聚合物乳液。水相可以是蒸餾水，或濃度為2~8%的乙醇、甲醇、四氫呋喃、丙酮或二氧六環(huán)水溶液。在253(TC下緩慢攪拌聚合物乳液，使乳滴中的有機(jī)溶劑擴(kuò)散到水相，固化后得到呈球(圖l-a)、橢球(圖l-b)、短棒(圖l-c)或線型(圖l-d)的生物可降解高分子納米粒子(NP-1~NP-12)。表2PLGE納米粒子的制備<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、聚(乙交酯/丙交酯)-聚乙二醇-聚(乙交酯/丙交酯)聚合物，其結(jié)構(gòu)式如式I所示，-[(1/2GA)m1(1/2LA)n1]-b-[(CH2CH2O)p]-b-[(1/2GA)m2(1/2LA)n2]-(式1)式中b表示為嵌段聚合物；GA為乙交酯LA為丙交酯id="icf0002"file="A2007101180280002C2.tif"wi="22"he="24"top="111"left="83"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>m1、m2為10-80的整數(shù)，n1、n2為10-90的整數(shù)；m＝m1+m2，n＝n1+n2；m/n＝10/90～80/20；p＝0～454的整數(shù)；(m+n)∶p＝100∶0～400。2、權(quán)利要求1所述聚(乙交酯/丙交酯)一聚乙二醇一聚(乙交酯/丙交酯)聚合物的制備方法，是由乙交酯、丙交酯和聚乙二醇在催化劑存在和真空、加熱條件下進(jìn)行開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)而制備得到的；其中，催化劑為鈦酸丁酯或異辛酸亞錫。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述催化劑用量為乙交酯和丙交酯總重量的0.010.15%;所述聚乙二醇的數(shù)均分子量為200—20000;乙交酯與丙交酯的摩爾比為10/9080/20，乙交酯和丙交酯的總摩爾數(shù)與聚乙二醇的結(jié)構(gòu)單元的摩爾數(shù)之比為100:0400。4、根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于所述開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)的真空度不高于15Pa;反應(yīng)溫度為13018(TC;反應(yīng)時(shí)間為2070小時(shí)。5、生物可降解高分子納米粒子的制備方法，是將權(quán)利要求1所述聚(乙交酯/丙交酯)一聚乙二醇一聚(乙交酯/丙交酯)聚合物溶解于水溶性有機(jī)溶劑中形成有機(jī)相，然后，將所述有機(jī)相滴加到水相中，攪拌、固化，得到所述生物可降解高分子納米粒子。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述水溶性有機(jī)溶劑為二氧六環(huán)、四氫呋喃或丙酮，所述有機(jī)相中所述聚(乙交酯/丙交酯)一聚乙二醇一聚(乙交酯<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>/丙交酯)聚合物濃度為4~6mg/ml。7、根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的制備方法，其特征在于所述水相為水，或者質(zhì)量濃度為2~8%的乙醇、甲醇、四氫呋喃、丙酮或二氧六環(huán)水溶液；所述水相體積為有機(jī)相體積的830倍。8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于攪拌固化的溫度為20—3(TC。9、權(quán)利要求5—8任一制備方法得到的生物可降解高分子納米粒子。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了生物可降解高分子納米粒子及其專用聚合物和它們的制備方法。本發(fā)明所提供的聚(乙交酯/丙交酯)-聚乙二醇-聚(乙交酯/丙交酯)聚合物，其結(jié)構(gòu)式如式I所示，m1、m2為10-80的整數(shù)，n1、n2為10-90的整數(shù)；m＝m1+m2，n＝n1+n2；m/n＝10/90～80/20；p＝0～454的整數(shù)；(m+n)∶p＝100∶0～400。本發(fā)明PLGE納米粒子在制備方法中不使用乳化劑，具有工藝簡(jiǎn)單、流程短、利于大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)；PLGE納米粒子具有純度高、生物可降解、良好的藥物通透性、生物相容性和生物安全性；PLGE納米粒子可以干燥成粉末、又很容易在水中分散、不發(fā)生團(tuán)聚，具有優(yōu)良的保存和使用性能，可滿足各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的需要。-[(1/2GA)_m1(1/2LA)_n1]-b-[(CH₂CH₂O)_p]-b-[(1/2GA)_m2(1/2LA)_n2]-(式1)。文檔編號(hào)C08G81/00GK101333295SQ200710118028公開(kāi)日2008年12月31日申請(qǐng)日期2007年6月27日優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日發(fā)明者張漢威,王身國(guó),貝建中申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所