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微射流均质机应用于制备PEG-PLGA纳米颗粒案例

作者:www.willnano.com 日期:2022-11-26 点击:486
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本研究的目的是以乙酸乙酯为溶剂,开发均匀分布的100-200nm的聚(乙二醇)-聚(乙酸乙醇酸)(PEG-PLGA)纳米颗粒。在多乳液溶剂蒸发法中,采用微射流高压均质工艺生产多乳液。本研究采用无毒的乙酸乙酯来溶解PEG-PLGA。得到的纳米颗粒的平均尺寸小于180 nm。粒径和粒径分布取决于微射流均质处理条件。平均粒径从3次的121 nm稳步增加到微射流均质处理器20次的172 nm,表明过度加工可能对使用该技术制备的PEG-PLGA纳米颗粒有害。差示扫描量热研究表明,PEG-PLGA基质没有明显的变化。

 

博德迈尔和麦金和Ogawa等人(1988)关于多重乳液溶剂蒸发法制备聚乳酸(PLA)和PLGA可降解纳米颗粒的早期报道开始出现在1980年代的文献中。该方法随后被一些不同的研究小组改进并应用于蛋白质和其他小分子药物的传递。这种方法生产纳米颗粒的主要挑战是控制颗粒尺寸的参数和小颗粒均匀尺寸分布的结果,即100-200nm或更小的颗粒。最近,Astete和萨布利奥夫(2006)的一篇综述讨论了研究人员用来控制颗粒尺寸和获得狭窄分布尺寸的各种方法。最近,Gaumet等人(2007)。回顾了研究人员确定的针对各种组织的纳米颗粒的尺寸要求。由于非常小的颗粒(520-30nm)很容易被肾脏排泄清除,而较大的颗粒被单核吞噬细胞系统(MPS)吸收,颗粒大小控制是静脉注射纳米药物中一个极其重要的问题。用亲水聚乙二醇(PEG)对PLA或PLGA纳米颗粒进行表面改性,形成二-PEG-PLA或二-PEG-PLGA共聚物,已被证明可以提供更长的循环时间(Stolnik et al. 1994)。聚乙二醇在纳米颗粒表面的存在阻止了它们对血浆蛋白的吸附,从而阻止了它们被多磺酸多糖识别并随后被去除(Otsuka et al. 2003,Avgoustakis 2004)。本研究利用一种聚乙二醇化聚合物,展望未来的体内生物分布研究,同时探索微射流高压均质处理是否适用于使用这种符合已定义的验收标准的聚合物生产纳米颗粒。


先前关于亚微米乳液体系开发的研究报道了微射流均质处理过程在获得更高程度的乳液稳定性方面的有效性(Pinnamaneni等,2003年)。在本研究中,为了实现小而稳定的W/O/W乳剂的液滴尺寸,我们采用了微射流高压均质处理技术。从文献综述来看,最常用的多乳化液(W/O/W)溶剂蒸发技术是利用二氯甲烷来溶解聚合物。一些研究人员(Yoncheva等2003,Lee等2003,董和冯2007)研究了使用微射流均质机制备的PLA/PLGA纳米颗粒的性质,这些研究是使用二氯甲烷作为聚合物的溶剂进行的。二氯甲烷是一种2类溶剂,由于其潜在毒性,在药物制剂中使用存在问题(杂质:残留溶剂指南2007年);因此,本研究项目选择了乙酸乙酯,一种相对无毒的3类溶剂,更适合用于药物应用。另一种常见的3类溶剂丙酮没有被选择,因为它的低沸点(56.5±C)和低闪点(20±C)产生高多孔颗粒,最终促进药物的释放。此外,由于丙酮的高可燃性,其加工必须非常小心。尽管一组研究人员报告使用乙酸乙酯溶解PLGA油相(布兰科和阿隆索1997,索普皮马特和阿米纳巴维2002,韦森博克等。2004)在主要W/O乳剂制备纳米颗粒,他们的应用不涉及微射流高压均质处理作为制备过程的一部分。因此,本工作的目的是开发一种新的方法来制备采用高压微射流均质处理工艺的纳米颗粒,并以乙酸乙酯作为油相聚合物的溶剂。

 

制备方法:

纳米颗粒的制备。将200 mg的PEG-PLGA聚合物溶解在15 ml乙酸乙酯中,加入1 ml水,然后通过涡旋3 min乳化,形成W/O初级乳液。将初级乳液加入250 ml PVA 2.0% w/v水溶液(外相)中,用超uturrax搅拌器(IKA,USA)混合30 s,制备W/O/W乳液。合成的粗多乳液通过微射流均质处理m110L(MFIC)处理,在室温和相互作用室中18000psi的气压下运行。微射流均质处理器的流体输出被全部收集起来,并循环再处理,而不是通过微射流均质处理器进行连续循环。被处理的乳液体积的完整微射流均质处理循环被称为“pass”。在1、3、5、8、10、15和20次时收集处理过的乳液,以比较合成的纳米颗粒的粒径和特性。将微射流均质处理器的不锈钢毛细管线圈浸入流动的冷水中,以分散微射流均质处理过程中产生的热量,以避免不受控制的热变量影响本研究的结果。为了在保持乳液滴流化的同时缓慢溶剂蒸发,输出乳液馏分在真空罩中使用硅胶SL2T高速均质机,东朗梅多,MA)在6400 rpm下均化4小时。使用金属筛网过滤器(孔径500 mm)去除任何潜在的大聚合物质量或聚集物,滤液在260,000 g下离心(BeckmanL8-80,70.1Ti转子)1小时。弃用上清液,用水清洗纳米颗粒塞两次。将纳米颗粒用1 mL的水重新悬浮,以进行颗粒分级。将0.5 ml的纳米颗粒悬液冻干(不使用任何冷冻保护剂),并保留用于差示扫描量热法研究。表1和图1中的结果代表了在不同天数制备的三个不同批次配方的SEM平均值。除非另有说明,所有的实验都是一式三份进行的。

 

纳米粒形状检测表征

纯化后的纳米颗粒重新悬浮在水中,必要时在一次性试管中稀释。使用贝克曼库尔特N4 Plus贝克曼库尔特,迈阿密,F粒径分析仪(贝克曼库尔特)的动态光散射技术确定粒径。粒径和多分散性指数报告为平均粒径(nm)的平均标准误差(SEM,nm)。用扫描电子显微镜(Philips XL30ESEM)研究了将稀释后的纳米颗粒悬浮液放在存根上干燥并镀金后的颗粒表面形貌。


微射流处理次数对纳米粒子粒径与多分散性指数的影响

表1 微射流处理次数对纳米粒子多分散性指数的影响

图 1 微射流均质次数对PEG-PLGA纳米颗粒粒径的影响。


如下所述,微射流均质处理化批次产生的平均粒径范围在100-200nm之间。数据的单向方差分析表明,纳米颗粒的平均尺寸和多分散性指数取决于微射流均质处理通过的次数。如图1所示,微射流均质处理化显著降低了粗乳液的粒径,使合成的纳米颗粒的粒径减小了3次。更重要的是,多分散性指数显著降低(多分散性指数0.59±0.19),表明颗粒的尺寸分布窄而均匀。各处理次数的多分散性指数如表1所示;多分散性指数值为1或更小,表明存在单峰尺寸总体,这是质量控制的一个重要特征,特别是批到批的变化。

 

虽然液滴尺寸从通过1(126±14 nm)减少到通过3(1214 nm)没有显著差异,但多分散性指数的改善和通过3的平均标准误差的显著降低表明有正收益。微射流均质处理器在1-3次加工通道之间产生的剪切应力可能有利于乳化液滴的粒径缩小和纳米颗粒的粒径缩小。有趣的是,经过第3次(第5-20次)的进一步处理,颗粒尺寸并没有进一步的减少或多分散性指数特性的改善。事实上,观察到一个反转趋势,在20次通过(17214 nm,多分散性指数为1.320.26)时,微射流均质处理批次中获得了最大的粒径。除第15次数据外,第5-20次数据的粒径与多分散性指数值之间没有统计学差异。粒径的增加和多分散性指数的恶化可能表明了在加工过程中内相液滴的聚结。然而,乳剂老化1周后,不同批次的颗粒大小没有产生任何有统计学意义的变化(数据未提供),这表明颗粒的聚结可能是自限制的,依赖于剪应力的数量,而在性质上不是渐进的。因此,观察到的行为可能与热力学变量相关,而不是动力学变化。


图2 PEG-PLGA纳米粒子在三次微射流处理后的扫描电子显微图。

图2 PEG-PLGA纳米粒子在三次微射流处理后的扫描电子显微图。

 

图3 PEG-PLGA纳米粒子在20次微射流处理后的扫描电子显微图。

图3 PEG-PLGA纳米粒子在20次微射流处理后的扫描电子显微图。


扫描电镜显示,在3-5次微射流均质处理过程中,从分散体中获得的纳米颗粒呈球形,表面偶尔可见孔隙(图2)。由于在纳米颗粒形成过程中,乳化液液滴中有机相的扩散被认为会导致基质中孔的形成(Sah 1997),控制溶剂蒸发速率可以有效控制多孔基质中孔的程度。由于本研究采用了缓慢蒸发过程,目的是最小化孔隙数,图2的观察结果与有机溶剂的缓慢蒸发可以减少纳米颗粒基体中的孔隙数的发现是一致的。

 

就粒径和形貌而言,扫描电子显微图为观察到的随着颗粒剪应力增加的粒径和多分散性指数的反转模式提供了重要线索。对于超过5次的微射流均质处理批次,观察到从小颗粒(5100 nm)到大颗粒(4500 nm)的纳米颗粒的合并质量,这解释了它们增加的平均直径以及多尺寸种群的多分散性指数。在最大剪应力下,在20次通过时,除了纳米颗粒聚集外,还观察到细长的聚合物链,这似乎是破碎的纳米颗粒基质(图3)。这提供了确凿的证据,表明过度处理和施加的过度剪应力可能不利于聚合物颗粒的尺寸分布和形态。尽管微射流均质处理化非常有利于液滴的减小和狭窄的尺寸分布,但这些研究表明,最少的通道可能在聚合物颗粒形成中产生最好的结果。


对多乳液溶剂蒸发过程中形成的W/O/W乳液进行控制微流控,成功制备了120 nm范围内均匀的PEG-PLGA纳米颗粒。扫描电镜证明,纳米颗粒的形态是均匀的。差示扫描量热法没有显示聚合物特性对微射流高压均质处理引起的剪切应力有任何显著变化。利用这种新技术,本研究以无毒的乙酸乙酯为溶剂,成功制备了PEG-PLGA纳米颗粒,未来可能静脉注射这种表面修饰的纳米颗粒载体。还需要注意的是,除了外相PVA外,这些纳米颗粒没有使用任何其他细胞膜不稳定表面活性剂,这些物质可能在静脉注射纳米颗粒时对红细胞和相关组织产生有害影响。微射流均质处理的独特特性的技术制备PEG-PLGA纳米颗粒是: (1)平均大小120纳米,(2)低多分散性,表明纳米粒子的单峰分布人口三通过和(3)使用无毒溶剂,乙酸乙酯,溶解PEG-PLGA,因此不需要额外的处理,以确保去除残留的有毒溶剂。



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