生物藥物制劑學(xué)第二講微囊與微球

第四節(jié)微囊與微球武敬亮生物制藥學(xué)教研室Microcapsulesandmicrospheres2

本節(jié)學(xué)習(xí)要求：1.微囊、微囊化的概念2．藥物微囊化的目的3．單凝聚法和復(fù)凝聚法制備微囊的原理4．液中干燥法制備微囊機(jī)理5．微囊中藥物的釋放機(jī)理一、概述1.微囊（microcapsules）天然的或合成的高分子材料(囊材,wallmaterials)，將固體或液體藥物（囊心物,substance）包囊而成的直徑為1~250μm的封閉微小膠囊。2.微囊化（microencapsulation）微囊示意圖（鑲嵌型和膜殼型）3.微球（microsphere）天然的或合成的高分子材料(囊材,wallmaterials)，若藥物溶解和（或）分散在高分子材料中，形成的骨架型微小球狀實(shí)體。MicrocapsulesMicrosphereMicrocapsulesMicrosphere藥物微囊化是可以直接給藥，如口服、肺吸入；也可以作為中間體制備片劑、膠囊劑和注射劑。對(duì)分討論1？與片劑、顆粒劑相比，微球、微囊制劑的優(yōu)勢(shì)？4.藥物微囊化的目的①掩蓋藥物的不良?xì)馕逗涂谖盯谔岣咚幬锓€(wěn)定性③防止藥物在胃內(nèi)失活或減少對(duì)胃的刺激性④使液態(tài)藥物固體化，便于應(yīng)用和儲(chǔ)存⑤減少復(fù)方藥物的配伍變化⑥可制備緩釋或控制制劑⑦使藥物濃集于靶區(qū)，提高藥效⑧將活細(xì)胞生物活性物質(zhì)包裹二、微囊和微球的載體材料(1)

Wallmaterials囊材:用于包囊所需的材料(2)Substances囊心物：主藥，附加劑（穩(wěn)定劑，稀釋劑，促進(jìn)劑)囊材的一般要求性質(zhì)穩(wěn)定，有適宜的釋藥速度。無毒無刺激，能與藥物配伍，不影響藥物的藥理作用及含量測(cè)定。有一定的強(qiáng)度及可塑性，能完全包封囊心物，具有符合要求的粘度，滲透性，親水性，溶解性等特性。天然高分子材料半合成高分子材料合成高分子材料囊材的載體材料1、天然高分子天然高分子材料是最常用的囊材與載體材料，因其穩(wěn)定、無毒、成膜性或成球性較好。(1)明膠gelatin

(Mav15000~25000)

A型明膠；B型明膠

(2)阿拉伯膠

甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物，唯一的天然聚陽離子多糖水不溶性，溶于稀酸(3)殼聚糖

(Chitosan)(4)海藻酸鹽多糖化合物，常用稀堿從褐藻中提取而得。水溶性，海藻酸鈣不溶于水，故海藻酸鈉可用CaCl2固化成囊?？膳c殼聚糖或聚賴氨酸合用作復(fù)合材料。海藻酸鹽結(jié)構(gòu)海藻酸鈣凝膠蛋格結(jié)構(gòu)的形成海藻酸鈣微球的制備方法將海藻酸鈉溶液滴入CaCl2/殼聚糖混合液中海藻酸鹽為多聚陰離子，同為多糖類的殼聚糖是一種陽離子聚合物二者通過靜電力的結(jié)合可謂天作之和海藻酸鈣－殼聚糖微球的制備方法海藻酸鈣－殼聚糖微球人血清白蛋白牛血清白蛋白(5)蛋白類

(6)其他：淀粉衍生物羥乙基淀粉羥甲基淀粉常采用熱固化法制備普通的淀粉不能滿足控釋的要求2、半合成高分子材料主要為纖維素衍生物，毒性小、粘度大(1)羧甲基纖維素鹽CMC-Na(2)纖維素法酯CAP(3)乙基纖維素EC(4)羥丙甲纖維素HPMC

在強(qiáng)酸中不溶解可溶于pH>6的水溶液最常用腸溶衣材料

陰離子型的高分子電解質(zhì)遇水溶脹，體積可增大10倍常與明膠配合作復(fù)合囊材也單獨(dú)作囊材。

不溶于水緩釋阻滯材料溶于水薄膜衣材料3、合成高分子材料生物不可降解材料生物可降解材料聚維酮PVP聚乙烯醇PVA聚乳酸PLA乳酸羥基乙酸共聚物PLGA三、微囊的制備方法物理化學(xué)法物理機(jī)械法化學(xué)法單凝聚法復(fù)凝聚法液中干燥法溶劑非溶劑法1、物理化學(xué)法（1）單凝聚法singlecoacervation

在高分子囊材溶液中加入凝聚劑以降低高分子材料的溶解度而凝聚成囊的方法定義明膠強(qiáng)親水性非電解質(zhì)乙醇、丙酮強(qiáng)親水性電解質(zhì)NaSO4凝聚劑為強(qiáng)親水性非電解質(zhì)或強(qiáng)親水性電解質(zhì)，能奪走囊材膠粒上水合膜中的水這種凝聚是可逆的，可使凝聚過程反復(fù)多次，直至制成滿意的微囊。最后利用囊材的某些物化性質(zhì)，使凝聚囊固化，形成穩(wěn)定的微囊Gelatin(明膠)+甲醛/戊二醛交聯(lián)固化固體或液體藥物

3%~5%明膠溶液混濁液（或乳濁液）加50℃10%醋酸溶液調(diào)至pH3.5~3.8稀釋液

滴加60%硫酸鈉溶液凝聚囊取600g/L硫酸鈉溶液，在不斷攪拌下滴入藥物中，在顯微鏡下觀察成囊，根據(jù)消耗的硫酸鈉的體積數(shù)，計(jì)算體系中硫酸鈉的濃度硫酸鈉稀釋液的濃度，應(yīng)比成囊體積中硫酸鈉的濃度增加15g/L，用量為成囊體系的3倍以上，液溫15℃加稀釋液沉降囊固化囊（用20%NaOH調(diào)至pH8~9）37%甲醛溶液（15℃以下）制劑水洗至無甲醛微囊Gelatinmicrocapsules成囊條件①凝聚系統(tǒng)的組成：水、明膠、NaSO4

單凝集三元相②材料溶液的濃度與溫度影響膠凝的主要因素就是膠液的濃度、溫度及電解質(zhì)溫度越低越易膠凝濃度越高越易膠凝陰離子較好SO42-＞Cl-③藥物的性質(zhì)：要求藥物在水中極微溶解，但也不能很疏水。微囊化的難易取決于明膠同藥物的親和力，親和力強(qiáng)的易被微囊化。成囊條件④凝聚囊的流動(dòng)性及其與水相間的界面張力：為了得到良好的球形微囊，凝聚囊應(yīng)有一定的流動(dòng)性。⑤交聯(lián)固化：交聯(lián)的最佳pH8~9成囊條件（2）復(fù)凝聚法complexcoacervation

復(fù)凝聚法是利用帶相反電荷的兩種聚合物做為復(fù)合囊材，在一定條件下交聯(lián)并復(fù)合成囊的方法明膠和阿拉伯膠阿拉伯膠帶負(fù)電荷調(diào)節(jié)PH4.5以下明膠帶正電荷維生素A油5%阿拉伯膠

40~50℃乳化1~2min

初乳

(O/W型)5%明膠VitAmicrocapsulation攪拌乳狀液乳狀液

45~50℃5%醋酸溶液(5ml)

使pH4.1凝聚囊

30~40℃D.W.750ml（防止粘連）沉降囊

5~10℃37%甲醛溶液,7ml20%NaOH溶液調(diào)pH8左右固化囊水洗至中性無甲醛味微囊制劑除明膠與阿拉伯膠可采用復(fù)凝聚法外，海藻酸鹽和殼聚糖(或聚賴氨酸)明膠和CMC-Na(或CAP)等（3）液中干燥法從乳狀液中除去分散相中的揮發(fā)性溶劑以制備微囊（微球）的方法稱為液中干燥法又稱為乳化—溶劑揮發(fā)法。常用于PLA、PLGA等微球的制備。將微囊（球）材料溶于可揮發(fā)且在水中可適當(dāng)溶解的有機(jī)溶劑中藥物溶解或者分散在材料溶液中加入連續(xù)相（水）及乳化劑溶液制成乳濁液揮發(fā)除去材料溶劑，分離得微球（3）液中干燥法—過程乳化—溶劑揮發(fā)法根據(jù)其成乳體系不同可分為O/W型W/O型復(fù)乳型液中干燥法（O/W型）藥物水乳化劑囊材＋有機(jī)溶劑O/W型法制備微球?qū)嵗?/p>

工藝過程稱取模型藥物和PLGA適量，溶于有機(jī)溶劑中，在攪拌條件下滴入一定濃度的PVA溶液快速攪拌10min后將轉(zhuǎn)速降至300rpm，加入40ml水繼續(xù)攪拌4h，使有機(jī)溶劑揮發(fā)完全過篩,洗滌,真空五氧化二磷干燥48h，即得。

實(shí)例SEMpictureofPLGA15000microspherespreparedbyO/Wemulsionsolventevaporationmethod

實(shí)例4、液中干燥法（W/O法）準(zhǔn)確稱取明膠、胰島素溶于55℃的蒸餾水中，快速攪拌下滴入含span80的液體石蠟中，攪拌形成穩(wěn)定的w/o型乳劑冰浴迅速降溫至2℃，攪拌30min后加入戊二醛0.1ml，攪拌下固化，停止攪拌后于4℃下繼續(xù)固化24h用適量NaHCO3洗掉戊二醛，再依次用乙醚、石油醚、蒸餾水洗滌，抽濾，真空干燥，得淡黃色流動(dòng)性粉末狀微球。

實(shí)例模型藥物含藥明膠微球?qū)嵗?、液中干燥法（O/O法）根據(jù)石杉?jí)A甲的溶解性質(zhì)，采用O/O型液中干燥法制備微球。目前這種方法主要用于難溶性藥物微球的制備實(shí)例外O相司盤-液體石蠟石杉?jí)A甲PLGA

1mL乙腈－二氯甲烷（2：3）

內(nèi)O相攪拌滴加800rpm攪拌10min后,O/O乳劑實(shí)例轉(zhuǎn)速降至400rpm，25℃攪拌一定時(shí)間，停止攪拌，使微球沉降，然后用正己烷反復(fù)洗滌，除去微球表面的液體石蠟，真空干燥48h，即得。液中干燥法（O/O法）石杉?jí)A甲微球4、液中干燥法（復(fù)乳法）將一種水溶液的液滴分散于有機(jī)相溶液中，形成W/O乳劑，再與水相乳化形成W/O/W復(fù)乳，其中的有機(jī)溶劑可經(jīng)常壓或減壓去除，得到干燥粉末狀的微囊。MicrocapsulesmadebyW/O/W

doubleemulsionGM-1

50μL水

內(nèi)W相W/O乳劑1mLPLGA二氯甲烷、超聲20mLPVA水高速剪切15000rpmW/O/W乳劑持續(xù)攪拌揮發(fā)二氯甲烷水洗微球GM-1神經(jīng)節(jié)苷脂微球干燥過程干燥開始部分干燥完全干燥干燥工藝液中干燥法的干燥工藝包括兩個(gè)基本過程：溶劑萃取過程（兩液相之間）溶劑蒸發(fā)過程（液相和氣相之間）。按操作，可分為連續(xù)干燥法和間歇干燥法連續(xù)干燥法材料＋易揮發(fā)有機(jī)溶劑→囊材溶液→加入藥物使溶解或分散→加水及乳化劑→O/W乳劑→加熱揮散有機(jī)溶劑→微囊或微球間歇干燥法材料＋易揮發(fā)有機(jī)溶劑→囊材溶液→加入藥物使溶解或分散→加水及乳化劑→O/W乳劑→加熱揮散部分有機(jī)溶劑→加“新水”→加熱繼續(xù)揮散有機(jī)溶劑→微囊或微球連續(xù)干燥法間歇干燥法（4）溶劑－非溶劑法在某種囊材的溶液中（溶劑），加入一種對(duì)聚合物不溶的溶劑(非溶劑）引起相分離而將囊心物包成微囊的方法囊心物對(duì)溶劑、非溶劑均不溶解也不反應(yīng)表18-2process二甲苯EC石油醚VitC噴霧干燥法流化床包衣法超臨界流體法轉(zhuǎn)碟法2、物理機(jī)械法界面縮聚法輻射交聯(lián)法3、化學(xué)法與微囊制備方法基本相似主要采用乳化-溶劑揮發(fā)法和物理方法四、微球的制備方法五、影響粒徑的因素粒徑及其分布是衡量微囊/球的重要指標(biāo)影響藥物的釋放、生物利用度、有機(jī)溶劑殘留、載藥量要求微囊的粒徑約為10μm時(shí)，囊心物粒徑應(yīng)達(dá)到1~2μm；要求微囊的粒徑約50μm時(shí)，囊心物粒徑應(yīng)在6μm以下。對(duì)不溶于水的液態(tài)藥物，用相分離法制備微囊時(shí)，如先乳化再微囊化，可得小而均勻的微囊。（1）藥物的粒徑----囊心物的大?。?）載體材料的用量一般藥物粒子愈小，其表面積愈大，要制成囊壁厚度相同的微囊，所需囊材愈多。（3）制備方法微囊化方法及其適用性和粒徑范圍微囊化方法適用的囊心物微囊粒徑范圍(μm)

空氣懸浮固態(tài)藥物35-5000※相分離固態(tài)和液態(tài)藥物2-5000多孔離心固態(tài)和液態(tài)藥物1-5000噴霧干燥和凍凝固態(tài)和液態(tài)藥物5-600※

最大的粒徑可以超過5000μm(超過250μm的已屬于小丸范圍)（4）制備工藝的影響工藝的影響

溫度攪拌速度附加劑（乳化劑）的濃度材料相的粘度在一定程度下高速攪拌，微囊/球粒徑小，低速攪拌粒徑大。血紅蛋白微囊在800r／min時(shí)得微囊平均粒徑為19.2μm，而用乳勻機(jī)，由于轉(zhuǎn)速高，得平均粒徑為4.9μm的微囊。但如果無限制地提高攪拌速度，微囊、微球可能因碰撞合并而粒徑變大。

六、藥物的釋放機(jī)理1、擴(kuò)散：藥物穿過囊壁擴(kuò)散，是物理過程。2、囊膜或骨架的溶解：物理化學(xué)過程。3、囊膜或骨架的消化與降解：在酶作用下的生化過程。溶蝕擴(kuò)散溶蝕擴(kuò)散降解和溶解微囊的釋藥機(jī)制有擴(kuò)散、材料溶解和材料的降解三種溶擴(kuò)蝕散囊材的降解有兩種本體降解表面降解Microspheresdegradation溶蝕擴(kuò)散溶蝕擴(kuò)散溶蝕擴(kuò)散溶蝕擴(kuò)散微囊的粒徑囊壁的厚度囊壁的物理化學(xué)性質(zhì)藥物的性質(zhì)介質(zhì)的pH與離子強(qiáng)度影響藥物釋放速率的因素

1．粒徑微囊、微球粒徑愈小表面積愈大，釋藥速率也應(yīng)愈大。例如磺胺嘧啶微囊累積釋放速率隨粒徑減小而增高。但是，微囊的釋藥還與囊壁組成、性質(zhì)有關(guān)苯巴比妥鈉的乙基纖維素大微囊的囊膜較厚，其膜的密度卻比小的微囊低，說明大微囊的囊膜含較多孔；小微囊(雖然膜較薄)釋藥的表觀擴(kuò)散系數(shù)較低，其膜的密度較高，故其小微囊反而釋放較慢。

影響藥物釋放速率的因素2.微囊囊壁的厚度囊壁材料和結(jié)構(gòu)相同時(shí)，囊壁愈厚釋藥愈慢；也可以說，囊心物與囊壁的重量比愈小，釋藥愈慢。3．載體材料的物理化學(xué)性質(zhì)

不同的囊材形成的囊壁具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)（降解速度）。明膠>乙基纖維素>苯乙烯馬來酐共聚物>聚酰胺。微球中載體材料是否溶蝕及溶蝕的情況，對(duì)釋放有很大的關(guān)系（囊膜結(jié)構(gòu)）。凡溶蝕愈快的，釋藥也愈快。不同生物降解材料的降解速率不同，使微球形成孔隙的多少和大小不同，從而表現(xiàn)不同的釋藥速率。藥物的溶解度與藥物釋放速率有密切關(guān)系，在材料等條件相同時(shí)，溶解度大的藥物釋放較快。如用乙基纖維素為囊材，分別制成巴比妥鈉、苯甲酸及水楊酸微囊。三種藥物在37℃水中溶解度分別為255、9、0.63g/L，以巴比妥鈉的溶解度最大，而藥物釋放速率也是巴比妥鈉最大。4．藥物的性質(zhì)介質(zhì)的pH值不同時(shí)，生物降解材料的降解速率不同，釋放速率也就不同。如以殼聚糖-海藻酸鹽為囊材的尼莫地平微囊，在pH7.2的釋藥明顯快于pHl.4時(shí)，這是由于囊材中的海藻酸鹽在pH較高時(shí)可緩慢溶解以致微囊破裂。熒光素尼龍微囊，在離子強(qiáng)度0.8、1.0、1.2的磷酸鹽緩沖液中1h釋放分別為38%、64%、71%。

5．釋放介質(zhì)的pH值和離子強(qiáng)度七、質(zhì)量控制和評(píng)價(jià)方法(一)形態(tài)與粒徑(二)載藥量與包封率

(三)藥物釋放速率

(四)有機(jī)溶劑殘留(五)體內(nèi)分布實(shí)驗(yàn)(六)穩(wěn)定性

(七)表面性質(zhì)(八)生物相容性和生物可降解性(一)形態(tài)與粒徑及其分布微囊、微球外觀應(yīng)為圓整球形或橢圓形、流動(dòng)性好的粉末，微囊應(yīng)為封閉囊狀物，微球應(yīng)為球狀實(shí)體。粒徑小于2μm的用掃描或透射電鏡觀察，粒徑較大的用光學(xué)顯微鏡觀察，均應(yīng)附形態(tài)照片。PLA微球光鏡照片（×160）

PLA微球電鏡照片(×2000)

可觀察表面性質(zhì)不同制劑對(duì)粒徑有不同的要求。注射劑的微囊、微球粒徑應(yīng)符合《中國藥典》中混懸注射劑的規(guī)