分析聚乳酸纳米颗粒的制备与表征

分析聚乳酸纳米颗粒的制备与表征
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1 前言
聚乳酸[Poly(lactic Acid), PLA]是一种高分子聚合物，分子式为(C3H4O2)n. 美国食品药品监督管理局(FDA)已批准聚乳酸为药用辅料，其在生物医药领域的应用被广泛地研究. 聚乳酸具有良好的生物可降解性和生物相容性，能被降解为CO2和水，中间产物乳酸也是体内正常的糖代谢产物，不会在重要器官聚集，在生物医学领域有广泛的应用，如用于骨折手术固定材料、手术缝合线、药物递送系统等. 近年来，基于纳米技术的药物输送方法引起了科学界和企业界的极大关注，纳米颗粒已成为具有巨大应用前景的新型药物或基因递送载体，可将药物定向输送到器官、组织或细胞，为恶性肿瘤、心脑血管疾病，神经系统疾病的治疗提供新的解决方案.
某些纳米颗粒还可通过毛细管渗透穿越生理屏障，使药物在体内特定部位累积，改变药物在体内的分布，降低药物的毒副作用，同时提高药物的治疗效率. 另外，纳米颗粒可作为抗原递送与佐剂系统，显
著增强机体对抗原的特异性免疫应答水平，并能改变抗原提呈途径，显著增强细胞免疫应答水平. 目前，PLA 纳米颗粒通常采用乳化溶剂挥发法制备，用二氯甲烷溶解PLA，通过高速搅拌、均质、超声制备乳液，溶剂挥发后得到PLA纳微颗粒. 采用该法制备PLA 纳米颗粒时，通常需要超声波制备乳液，能量消耗高，且不易规模化制备;以二氯甲烷为有机溶剂，存在溶剂残留;制备过程中加入乳化剂，增加了后期去除步骤;所制纳米颗粒粒径分布宽，收率较低. 本研究采用改良的纳米沉淀技术制备PLA 纳米颗粒，使用毒性较低的乙醇和丙酮作为油相，提高了纳米颗粒应用的安全性;不添加任何乳化剂或沉淀剂，省去了去除杂质过程，提高了收率. 利用PLA在溶剂中溶解性能的改变使其从溶剂中析出形成纳米颗粒. 油相加入水相时，油相中的水溶性有机溶剂向水相中扩散，迅速穿透油水界面，在界面形成湍流，降低表面张力，使液滴不断变小. 不溶于水的聚合物向界面迁移、沉积并固化，形成纳米级颗粒. 采用响应面分析法[13,14]对影响纳米颗粒制备的因素进行了优化，得到了最佳工艺条件.
2 实验
材料与试剂聚乳酸(相对分子质量约10 Da，山
东医疗器械研究所)，无水乙醇(20℃时密度为g/mL，相对分子质量为，纯度≥%，国药集团化学试剂有限公司)，丙酮(20℃密度为g/mL，相对分子质量为，纯度≥%，北京化工厂)，尼罗红(北京索莱宝科技有限公司)，Alexa635-鬼笔环肽(Invitrogen 公司)，去离子水实验室自制. 实验设备和分析仪器RT10 磁力搅拌器(德国IKA 公司)，SB25-12DTD超声波清洗器(宁波新芝生物科技股份有限公司)，Zetasizer Nano ZS 动态光散射粒度仪(英国Malvern Instruments 公司)，Ultrospec 2100 pro 紫外分光光度计[安玛西亚(中国)有限公司]，ABJ 220-4M 分析天平(德国KERN 天平公司) ，JSM-6700F 扫描电子显微镜和JEM-2100 透射电子显微镜(日本JEOL 公司)，3 cm 长条形搅拌磁子，TCS SP 5 激光共聚焦显微镜(德国Leica公司).
实验方法
聚乳酸在混合油相中的溶解性测定选择丙酮与乙醇混合油相溶解PLA. 称取100 mg PLA，置于样品瓶中，油相总体积为10 mL. 改变油相中乙醇体积比，用紫外分光光度计测定油相溶液在680 nm 下的透过率，观测聚乳酸在油相中的溶解性.
聚乳酸纳米颗粒的制备采用纳米沉淀法制备PLA 纳米颗粒，流程如图1所示. 称取一定量PLA，
加入混合油相中，置于超声清洗器中超声10 min使其充分溶解. 量取90 mL去离子水置于250 mL 的烧杯中，烧杯置于磁力搅拌器上，调整磁力搅拌速度为400 r/min，用滴管将油相缓慢滴加到水相中，持续匀速磁力搅拌，使有机试剂挥发，形成粒径均一的纳米颗粒.
聚乳酸纳米颗粒制备工艺优化采用响应面法(Response Surface Methodology, RSM)对制备工艺条件进行优化，采用Design Expert软件进行优化实验设计，依据中心组合实验设计原理，通过前期考察，以PLA 质量(A)、油相中乙醇含量(B)及油相体积(C)作为因素，以纳米颗粒的粒径为指标，实验因子与水平设计见表聚乳酸纳米颗粒粒径测定PLA 纳米颗粒粒径采用动态光散射粒度仪测定. 取1 mL PLA 纳米颗粒悬浮液加入样品池中，置于动态光散射粒度仪的样品槽中，测定PLA 颗粒的粒径及其分布.
3 结果与讨论
聚乳酸在混合油相中的溶解性能物质的内聚性质用内聚能表征，单位体积材料的内聚能为内聚物密度，其平方根为溶度参数，可衡量两种材料是否共溶. 当聚合物与有机试剂的溶度参数相近时，二者可共混且共溶性良好.
响应面法优化纳米颗粒制备工艺通过Design Expert 软件设计响应面实验，考察聚乳酸用量(A)、油相中乙醇体积分数(B)及油相体积(C)三个因素对聚乳酸纳米颗粒制备的影响，以纳米颗粒粒径最小为指标进行评价，实验方案与结果见表 2.
4 结论通过纳米沉淀法制备聚乳酸(PLA)纳米颗粒，采用响应面分析法建立数学模型对制备工艺进行优化，由研究结果得到如下结论：(1)当混合溶剂中乙醇的体积分数大于65%时，PLA不能很好地溶解于混合溶剂中. (2)采用响应面法优化得到的最优制备条件为：PLA用量mg，油相中乙醇体积分数%，油相体积mL. 该条件下所制PLA颗粒粒径为nm，多分散系数PDI 值为，与预测值偏差较小. (3)所制PLA 纳米颗粒与巨噬细胞共培养，巨噬细胞将大量PLA 纳米颗粒吞噬，表明PLA 纳米颗粒有望后续作为免疫佐剂。

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