壳聚糖微粒制备:喷雾干燥法

Véronique Maquet, Sandrine Gautier
KitoZyme, Rue Haute Claire 4, 4040 Herstal, Belgium

 

 介绍

在药物递送和生物医药领域,大小形状可控的微粒一直为人所关注。这项研究的目的就是评估操作参数对于控制壳聚糖微粒大小和大小分布的效果,目标直径在1-10 µm。为此人们研究了模式蛋白作为封闭牛血清白蛋白(BSA)和交联剂三磷酸钠(TPP)的效果。

 

 材料和方法

这项研究使用平均粘度分子量67,000 g/mole和乙酰度16 mole %的壳聚糖(Aldrich货号740063)。准备了含/不含BSA的不同组份溶液。在某些配方中,三磷酸钠(TPP,Aldric货号238503)被用作交联剂。浓度为1体积%的乙酸(HAc)被用作壳聚糖的溶剂。(过夜溶解,室温)

本研究中配方组分报告见表1

表1:溶液(F1-F5)组分,包含牛血清白蛋白(BSA)、三磷酸钠(TPP)和乙酸(HAc)。

配方 壳聚糖浓度
(wt :v %)
BSA浓度
(wt :wt %)
TPP浓度
(wt :wt %)
F1 1% 溶于1%HAc中 无 BSA 无 TPP
F2 1% 溶于1%HAc中 无 BSA 12
F3 1% 溶于1%HAc中 0.5 无 TPP
F4 1% 溶于1%HAc中 0.5 12
F5 0.1% 溶于1%HAc中 无 BSA 无 TPP

 

微粒使用BUCHI小型喷雾干燥仪(B-290)制备。雾化过程参数见表2

表2:喷雾干燥过程条件

参数 进气温度
(°C)
泵速
(mL/min)
空气压力
(mmHg)
喷气流连
(L/hr)
P1 160 9.5 600 600
P2 160 4.75 60 1740

P1参数用于配方F1-F4,P2参数测试配方F1和F5。

使用扫描电镜(SEM)为不同配方形成的微粒成像,使用电镜型号为JSL-840A。使用激光衍射法分析颗粒大小分布。所用仪器是装有Hydrosizer2000模块astersizer2000激光粒度分析仪(Malvern Instruments, UK)。

 

 结果

2种放大倍数下的SEM图表明使用配方1溶液(没有BSA和TPP),按照P1组参数制备的微颗粒呈表面微皱的球体(图1)。

图1:使用配方F1、P1组参数制备的壳聚糖微颗粒SEM:a)2,000 x放大;b)5,000 x放大。

使用配方F2在P1参数条件下制备壳聚糖-TPP微颗粒,这是为了观察TPP交联剂的效果。SEM分析表明加入TPP并没有改变获得的微颗粒的形状和大小,见图2。

图2:使用配方F2,P1组参数制备的壳聚糖-TPP微颗粒SEM图:a)2,000 x放大;b)5,000 x放大。

使用配方3、P1参数组测试装载有模式药物的壳聚糖微颗粒,没有TPP交联剂。图3显示加入BSA 影响颗粒形状和大小。

图3:使用配方F3、P1组参数制备的壳聚糖-BSA微颗粒SEM图:a)2,000 x放大;b)5,000 x放大。

使用配方F4、参数组P1,TPP存在条件下在壳聚糖微粒中加入BSA。当同时存在TPP和BSA时,微粒形状稍偏离球形(图4

图4:使用配方F4、P1组参数制备的壳聚糖-BSA-TPP微粒SEM图:a)2,000 x放大;b)5,000 x放大。

使用配方F5(壳聚糖浓度为F1的十分之一)和P2参数组制备,得到的壳聚糖颗粒形状更偏离球形,容易形成更小颗粒的凝聚(图5)。

图5:使用配方F5、P2组参数制备的壳聚糖微粒SEM图:a)2,000 x放大;b)5,000 x放大。

如表3所示,配方F1-F3的微粒大小分布都很相似,平均颗粒直径D(0.5)都在3.2-3.5 µm,63 – 65 %颗粒大小范围在 0.5 – 5 µm,23-25 %颗粒大小范围在5-10 µm。加入BSA和TPP稍稍改变颗粒大小分布。配方F1-F3 0.5-5 µm范围内颗粒小幅度减少,5-10 µm范围内增多,导致D(0.5)为4.3 µ。当使用P2参数组时,F1配方得到的颗粒比用P1参数组的要小。

 

表3: 使用表1配方和表2参数制备的颗粒大小分布

配方/参数组

D (0.5)
(µm)

颗粒体积大小0.5-5 µm

(%)

颗粒体积大小5-10 µm

(%)

F1/P1
3.5 63.6 25.4
F2/P1
3.2 65.2 22.9
F3/P1
3.4 64.2 31.3
F4/P1
2.5 81.7 9.62
F5/P2
ND* ND* ND*

*样本数量太小无法分析。

 

 结论

这些实验表明在不同环境不同条件下制备得到的壳聚糖微粒会有不同。单是壳聚糖和TPP交联或加入BSA并不改变壳聚糖颗粒形态和大小分布,平均直径维持在3.2 – 3.5 µm。但当同时加入BSA和TPP后,颗粒大小增加到 4.3 µm,大小分布范围也更广。

当使用稀释后的壳聚糖溶液(0.1 %壳聚糖vs 1%壳聚糖),微粒依然能够形成但更多是多分散形式。这些颗粒变得更大而且包含小颗粒凝聚体。

另一个影响颗粒形成特性的因素雾干燥参数。喷雾干燥过程影响了颗粒形状和大小分布。使用相同溶液(1 wt.% 壳聚糖溶液在 1 v.%乙酸中),两组不同的喷雾干燥参数显示产生的颗粒大小直径不同:一组参数是3.5 µm(F1/P1),另一组是 2.5 µm(F1/P2)。