第五节 纳米粒 Nanoparticles 药剂教研室 张娜

本节要求 1.纳米粒、纳米球、纳米囊的基本概念 2.纳米粒制备方法 3.纳米粒质量标准 4.纳米粒在靶向制剂中的地位

Main Contents 1. Introduction 2. Materials 3. Preparation 4. Distribution 5. Application

一、纳米粒的概念与特点 纳米粒(nanoparticles)是一类以天然或合成高分子材料为载体的固态载药胶体微粒，一般粒径为10-1000nm。纳米粒是纳米球和纳米囊的总称。 纳米囊(nanocapsules)属药库膜壳型，由聚合材料外壳和液状核构成，药物主要溶解在液状核中，这种纳米囊主要适于包裹脂溶性药物。 纳米球(nanospheres)属基质骨架型，属于实心的球或微粒，药物吸附在其表面或包裹、溶解在其内部。 纳米囊和纳米球均可分散在 水中形成近似胶体溶液。

纳米球扫描电镜照片

纳米粒具有以下特点： 1.与微球比较，其物理稳定性好，便于加热灭菌和储存； 2.由于其属胶体系统，临床上，较混悬型微球制剂容易给药； 3.由于其粒径小，表面能大，有利于在粘膜、角膜等处滞留，有利于药物的吸收和提高药物的生物利用度；

纳米粒具有以下特点： 4.可制成骨架型缓释制剂； 5.可被MPS系统摄取，被动到达肝脏、脾脏和骨髓靶向给药的效果； 纳米囊和纳米球可经静脉注射，一般被单核-巨噬细胞系统摄取，主要分布于肝(60~90%)、脾(2~10%)、肺(3~10%)，少量进入骨髓。

纳米粒具有以下特点： 7.可改变药物对生物膜的透过性，有利于药物透皮吸收和胞内靶向传输。 6. 可对其表面进行修饰，从而达到主动靶向分布的目的； 7.可改变药物对生物膜的透过性，有利于药物透皮吸收和胞内靶向传输。

纳米粒

纳米粒

二、 纳米粒的载体材料 纳米粒的载体材料与微球、微囊基本相同， 主要有： 生物不降解材料：这类材料多为合成高分子材料。如聚苯乙烯、二乙氨乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯类、N，N—亚甲基双丙酰胺等。 这类载体材料制备纳米粒类工艺较简单，但载体材料本身毒性较大。

二、 纳米粒的载体材料 生物降解材料：有天然与合成高分子材料两类。 天然大分子物质如蛋白质、明胶、桃胶、甲壳素等，由于许多药物易与蛋白质亲和，所以载药容易。 主要缺点是制备工艺复杂，有时用于人体具有抗原反应。

二、 纳米粒的载体材料 生物降解材料：有天然与合成高分子材料两类。 合成高分子材料主要有氰基丙烯酸酯、聚乳酸等。 这类载体材料时制备工艺简单，由于所得纳米粒为多孔性的，故载药量高，同时，毒性较非生物降解材料低得多。

三、纳米粒的制备 纳米粒 微球 (一)单体聚合法 1．胶束聚合法 2．乳化聚合法 3．界面缩聚法 (二)高分子材料分散法 1．凝聚法 2．液中干燥法

制备方法 1、乳化聚合法 以水作连续相的乳化聚合法是目前制备纳米球(囊)的主要方法之一 一个固态的纳米球(囊)通常由103~105个聚合物分子组成。

(1)聚氰基丙烯酸烷酯(polyalkylcyano-acrylate,PACA)纳米球(囊) 聚合引发剂：水中OH-离子。 通常制得的聚合物平均分子量低，纳米球也软且易粘连，需应用稳定剂，如右旋糖酐。 影响粒径的重要因素：溶液的pH值和单体的浓度。 本法制得的纳米囊或纳米球中药物的收率在15%~90%范围内，亲脂性药物收率较高。

影响因素 氰基丙烯酸烷酯单体聚合在室温进行 无需γ辐射或外加化学引发剂 水中OH-离子作引发剂 故pH值对聚合反应速率影响较大 碱性溶液反应快

PACA PACA聚合反应

影响因素 溶液的pH 值及单体的浓度 是影响粒径的重要因素。 以0. 5 %右旋糖酐为稳定剂的聚氰基丙烯酸丁酯纳米粒 pH 2 时粒径最小(130 nm) pH 1 或3 时粒径约增大50 %(pH 值再高反应太快不易成球)

600 r/ min 及3000 r/ min 分别得126nm 及161 nm 的平均粒径,粒径增大的同时粒径分布也变宽 影响因素 2 %的单体制得纳米粒的粒径最小 较低或较高浓度制得的粒径都较大 搅拌速率增高粒径可变大 600 r/ min 及3000 r/ min 分别得126nm 及161 nm 的平均粒径,粒径增大的同时粒径分布也变宽

影响因素 温度高过20 ℃,粒径变大且粒径分布变宽 无乳化剂制得的纳米球在贮放时易粘连。 碱性药物可起引发剂的作用,且药物也结合进入聚合物链中,亦可在聚合后再加入药物。

PACA纳米球

(2)聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)纳米球(囊) 聚合反应引发：γ射线辐射或化学引发剂(如过硫酸钾)。 聚合物的平均分子量及纳米囊或纳米球的粒径均随单体浓度的增大、引发剂浓度的降低及温度的降低而增大。 制备PMMA纳米球时一般不加乳化剂，但加入高分子保护胶如蛋白质可使粒径分布变窄。

聚甲基烯酸甲酯（PMMA）为高分子生物材料， 在20世纪30年代开始就已用作假牙、晶状体、骨水泥等人体植入材料。

2、天然高分子凝聚法 白蛋白微球 天然高分子材料可由化学交联、 加热变性 或盐析脱水法凝聚成纳米囊或纳米球。 单凝聚法制备明胶微囊

(1)白蛋白纳米球 水相(白蛋白和药物)+油相→乳化→乳状液→滴加到热油(100~180℃)中→白蛋白变性形成纳米球→乙醚分离、洗涤。 加热变 性固化 水相(白蛋白和药物)+油相→乳化→乳状液→滴加到热油(100~180℃)中→白蛋白变性形成纳米球→乙醚分离、洗涤。

(1)白蛋白纳米球 常用油相有液体石蜡或棉籽油。 白蛋白纳米球的粒径及其分布，基本上不受白蛋白浓度、乳化时间、超声波的强度、水/油两相体积比等因素的影响。

白蛋白纳米球

(2)明胶纳米球 将W/ O 型乳状液中的明胶乳滴 冷却至胶凝点以下 用甲醛交联固化 可用于对热敏感的药物

明胶纳米球 将300 g/ L 的明胶溶液3 ml (含有1. 8mg 丝裂霉素) 在3 ml 芝麻油中乳化。 将形成的乳状液在冰浴中冷却,使明胶乳滴完全胶凝,再用丙酮稀释,用50 nm 孔径的滤膜滤过,弃去粒径较大的。

明胶纳米球 用丙酮洗去纳米球( ≤50 nm) 上的油 加10 %甲醛的丙酮溶液30 ml 使纳米球交联10 min 丙酮洗,干燥,即得粒径范围100～600 nm、平均粒径280 nm 的单个球形纳米球

明胶纳米球

(3)多糖纳米球 0.2mol/L磷酸盐缓冲液(多糖+药物水相) +丙烯酸环氧丙酯(或加有偶联剂) → 室温搅拌，反应10天 →离心，分离，即得。

(3)多糖纳米球 用壳聚糖作囊材,先将壳聚糖溶于醋酸溶液中,调节pH到5 左右,磁力搅拌下加入胶凝剂三聚磷酸钠,壳聚糖凝聚成纳米粒。此法称为胶凝法。 药物可用二步法浸吸入纳米粒内。可得到包封率为97. 57 %,平均粒径75 nm(跨距1. 653) 的米托蒽醌纳米粒。

Preparation Process of GD-nanoCP by Emulsion Coalescence Technique

3、液中干燥法 将微囊（球）材料溶于可挥发且在水中可适当溶解的有机溶剂中 药物溶解或者分散在材料溶液中 加入连续相（水）及乳化剂溶液 制成乳浊液 挥发除去材料溶剂，分离得微球

4、液中干燥法 乳化—溶媒挥发法根据其成乳体系不同可分为 O/W型 W/O型 复乳型

液中干燥法（O/W型） 囊材溶液 材料＋易挥发有机溶剂 → → 加入药物使溶解或分散 → 加水及乳化剂 → 加热挥散有机溶剂 O/W乳剂 → 纳米囊或纳米球

液中干燥法（O/W型） 药物 水 乳化剂 囊材＋有机溶剂

3、液中干燥法 纳米球或纳米囊的粒径取决于溶剂蒸发之前形成的乳滴的粒径 通过搅拌速率、 分散剂的种类和用量、 有机相及水相的比例、粘度、 容器及搅拌器的形状和温度等因素 可以调节纳米球或纳米囊的粒径

曲安奈德聚乳酸(PLA) 纳米粒 曲安奈德20 mg 与PLA 400 mg 溶于2 ml 氯仿中为油相, 与0. 5 %明胶溶液40 ml 在15 ℃以下超声乳化45 min制得O/ W型乳状液, 再升温至40 ℃缓慢蒸发氯仿,

曲安奈德聚乳酸(PLA) 纳米粒 再超声蒸发45 min 除尽氯仿, 离心,水洗后将纳米粒混悬于水, 冻干。 纳米粒平均粒径为476 nm ,纳米粒收率79.2 %,其中药物收率71 %,载药量4.5 %。

PLA 纳米球

4、自动乳化法 自动乳化的基本原理是：在特定性条件下，乳状液中的乳滴由于界面能降低和界面骚动，而形成更小的纳米级乳滴，接着再固化、分离，即得到纳米球。

那法瑞林( nafarelin acetate , NA ) 纳米球 120 mg PLGA 3 mg ,NA 混悬于1. 5ml水中, 加混合溶剂(15 ml 丙酮、0. 5 ml二氯甲烷) , 倒入抽气减压、中等速度搅拌的50 ml PVA 水溶液(20 g/ L) 中,形成O/ W型乳状液

那法瑞林( nafarelin acetate , NA ) 纳米球 O/ W型乳状液中丙酮迅速扩散进入水相 使水相及有机相间的界面张力明显降低 同时,界面的骚动增大了界面积,使有机相乳滴粒径进一步减小 形成纳米球大小的乳滴。

那法瑞林( nafarelin acetate , NA ) 纳米球 丙酮进一步扩散出而水扩散入乳滴 引起聚合物的沉积形成纳米球 纳米球表面吸附的PVA 分子可阻止搅拌时纳米球的粘连与合并 经3～4 h ,二氯甲烷从混合溶剂中挥发 纳米球在水中进一步固化。

NA 纳米球

5 固体脂质体纳米粒的制备 1、定义 固体脂质体纳米粒(solid lipid nanospheres, SLN )系指以生物相容的高熔点脂质为骨架材料制成的纳米球。 常用的高熔点脂质有饱和脂肪酸甘油酯、硬脂酸、混合脂质等。

2、 SLN的特点 SLN既具有聚合物纳米球的物理稳定性高、药物泄漏少、缓释性好的特点，又兼有脂质体毒性低、易大规模生产的优点。

3、SLN的制备方法 (1)熔融-匀化法(melt-homogenization) 本法常有药物析出。

(2)冷却-匀化法(cold-homogenization) 此法系将药物与高熔点脂质混合熔融并冷却后、与液氮或干冰一起研磨，然后和表面活性剂溶液在低于脂质熔点5~10℃的温度进行多次高压匀化。 本法适用于对热不稳定的药物，但得到的SLN粒径较大。

(3)纳米乳法 此法系先在熔融的高熔点脂质中加入磷脂、助乳化剂与水制成纳米乳或亚纳米乳，再倒入冰水中冷却即得纳米粒。 本法的关键是选用恰当的助乳化剂。 助乳化剂应为药用短链醇或非离子型表面活性剂，其分子长度通常约为乳化剂分子长度的一半。

喜树碱固体脂质纳米粒 取喜树碱、豆磷脂和硬脂酸, 在通氮条件下加热至(80 ±5) ℃, 搅拌下加入相同温度含甘油和poloxamer 188 的水溶液制成初乳, (80 ±5) ℃和通氮条件下在高压乳匀机41. 4 MPa 压力下乳匀5 次, 充氮分装, 迅速冷却形成喜树碱纳米球混悬液

喜树碱固体脂质纳米粒 粒径范围30～330 nm , 平均粒径为196. 8 nm , 载药量4. 77 % , 包封率99. 53 %。 在小鼠体内药物的分布,血液、心、脑中的靶向效率高于单核吞噬细胞丰富的肝与脾,在肾脏中分布最低。

喜树碱固体脂质纳米粒

Insulin SLN

Three drug incorporation models (solid solution model (left), core-shell models with drug-enriched shell (middle) and drug-enriched core (right)

Remaining ratio of insulin after incubation of SLN in pepsin solution Insulin SLN在胃酶中的稳定性 Remaining ratio of insulin after incubation of SLN in pepsin solution

Remaining ratio of insulin after incubation of SLN in trypsin solution Insulin SLN在胰酶中的稳定性 Remaining ratio of insulin after incubation of SLN in trypsin solution

对高血糖小鼠的降血糖作用 Effect of WGA on the serum glucose levels (%) after oral administration of insulin solution and insulin-liposomes in diabetic mice

制备纳米时，应根据材料和药物性质及使用要求选择合适的制备方法和制备工艺。 6 影响纳米粒的包封率、收率及载药量的因素 制备纳米时，应根据材料和药物性质及使用要求选择合适的制备方法和制备工艺。 指标有粒径和形态、释药特性、收率、包封率、载药量、微粉特性、稳定性、水中分散性、吸湿性等。

在乳化聚合法中，影响包封率、收率和载药量的因素有： (1)工艺和附加剂； (2)纳米粒表面的电性； (3)介质的pH值和离子强度。

7 纳米粒的质量评定 (1)形态、粒径及其分布； (2)再分散性； (3)包封率与渗漏率； 测定方法有透析法、凝胶柱法、低温超离心法等。 7 纳米粒的质量评定 (1)形态、粒径及其分布； (2)再分散性； (3)包封率与渗漏率； 测定方法有透析法、凝胶柱法、低温超离心法等。 (4)突释效应； 在开始0.5h内的释放量应低于40%。 (5)有机溶剂的残留量。

　8 纳米粒制剂的制备 (1) 　冷冻干燥 纳米粒在水溶液中不稳定,因其聚合物材料易发生降解,从而引起纳米粒形态变化和聚集,也可能引起药物泄漏和变质。 将纳米粒冷冻干燥,可明显提高其稳定性,通常冷冻温度应低于纳米粒与水共存的低共熔点10～20 ℃,10 Pa 压力下冷冻干燥24～90 h 。

为了避免冻干后纳米粒的聚集和粒径变化,常先加入冷冻保护剂,如葡萄糖、甘露醇、乳糖、NaCl等,它们在冷冻时促进大量微小冰晶生成,或使冻干品呈疏松状态,以利纳米粒保持原有形态并易于在水中再分散。 低共熔点可用电导法测定。

载体材料不同的纳米粒,要求的冻干保护剂也不同 如白蛋白纳米粒用5 %乳糖作冻干保护剂较好 类脂纳米粒用15 %蔗糖较好 壳聚糖纳米粒用10 %乳糖较好。

冻干品的含水量也是一个重要参数,水分过多会影响药物的稳定性或引起制剂的塌陷;而干燥过度可能使多肽蛋白药物的极性基团暴露(一般认为蛋白质分子被单层水分子包围时最稳定),因此含水量应加以控制(一般在3 %左右) 。 冻干品为不定型粉末疏松的块状物时,往往含水量适当,加水时溶解迅速而且澄清度好。

(2) 灭菌 纳米粒常用于制备注射剂,一般还要进行灭菌, 并测定灭菌后纳米粒的质量是否变化。 (2) 　灭菌 纳米粒常用于制备注射剂,一般还要进行灭菌, 并测定灭菌后纳米粒的质量是否变化。 例如两性霉素B 的聚乳酸(PLA) 纳米粒,经煮沸灭菌30 min 出现絮凝现象,而两性霉素B 的胆固醇纳米粒同样煮沸却无此现象,经扫描电镜观察亦未见纳米粒形态的变化 故前者经不住煮沸灭菌,须采用其它方法(如过滤灭菌或辐射灭菌) ,而后者可以采用煮沸灭菌。

(3) 贮存 纳米粒的贮存稳定性与所用的载体材料有关。 (3) 　贮存 纳米粒的贮存稳定性与所用的载体材料有关。 两性霉素B 的PLA 纳米粒于37 ℃贮存3 个月后扫描电镜观察纳米粒形态,发现纳米粒形状不规则且变大(由79 nm 变为略小于1μm) ,4 ℃贮存数月后发现纳米粒聚集,说明其贮存稳定性差。

PLA 纳米粒聚集

两性霉素B 胆固醇纳米粒溶液稳定性考察 贮存温度 贮存时间 原粒径 现粒径 37 ℃ 3个月 103 nm 339 nm 4 ℃ 1个月

两性霉素B 胆固醇纳米粒溶液稳定性考察说明该纳米粒溶液的贮存稳定性不高。 经冻干处理后,于室温放置1 个月,用扫描电镜观察其形态无变化,故以冷冻干燥后贮存为宜。

9 纳米粒的技术问题 (1)载药量(包裹率)； (2)纯化(一般为注射用)； (3)贮存稳定性； (4)灭菌降解等。

四、体内的分布与消除 纳米粒可经静脉注射，一般被单核-巨噬细胞系统摄取，主要分布于肝(60％-90％)、脾(2％-10％)、肺(3％-10％)，粒径小于50nm的纳米粒易进入骨髓。有些纳米粒具有在某些肿瘤中聚集的倾向，有利于提高抗肿瘤药物的疗效。

五、纳米粒制剂的应用 纳米粒用作药物载体已用于抗肿瘤药物、抗生素、多肽、疫苗、酶类、抗肝炎药物、抗炎药物、抗寄生虫药物、抗风湿药物等。 纳米粒给药途径有静脉注射、肌肉注射、皮下注射、腹腔注射、关节内注射、口服、滴眼等等。

2、应用 (1)作为抗肿瘤药物的载体； (2)提高抗生素和抗真菌、抗病毒药物治疗细胞内细胞感染的功效； (3)作为口服制剂，可防止多肽、疫苗类等药物在消化道失活，提高药物口服稳定性，提高生物利用度； (4)作为粘膜给药载体。

思考题 纳米粒、纳米球、纳米囊的 基本概念 制备方法，质量标准 及在靶向制剂中的地位。

谢谢