《材料化学实验》案例之聚乳酸载药微球的制备*

2022-11-09孙钦星李伟娜刘清芝

广州化工 2022年19期

孙钦星，李伟娜，刘清芝

(青岛农业大学化学与药学院，山东青岛 266109)

材料化学实验作为材料类专业，特别是材料化学、功能材料、材料科学基础等专业的必修课，具有开设范围广、实验多、注重综合性的特点。对于大部分材料化学实验，开设在大二下学期或大三，学生基本化学实验素养已经养成，不需要单独开设培训类型的实验，侧重于综合性实验是材料化学实验的特色[1-2]。同时，大二或大三学期学生大量接触专业基础课和选修课，如何做到材料化学实验和专业课程的相互交融也成为一种重点探索方向。材料大类专业学习课程范围广，设计高分子材料、金属材料、无机非金属材料，而材料化学实验课时量较少，基本上6～8综合实验，因此，综合实验最好涉及复合材料，一个实验就可以让学生了解多种材料、多种工艺[3-]。

聚乳酸是一种极具开发前景的绿色高分子材料，具有人体内部降解的特性，可以作为人体内部缓释药物的载体。羟基磷灰石作为人体骨骼的主要无机成分，具有良好的生物相容性和生物活性。对于人体硬组织癌症而言，手术后依然需要大量服药，但口服或静脉注射药物，一方面给病人带来负担，另一方面药物作用被浪费。通过聚乳酸/羟基磷灰石载药微球作为一个药物载体，特别适合硬组织癌症手术的药物控释。考虑到癌症药物原药价格昂贵，其具有较大的毒性。在开设材料化学实验采用布洛芬代替，布洛芬价格低廉，毒性很小，适合聚乳酸/羟基磷灰石载药微球的载药介质[5]。

1 实验目的

(1)了解载药微球的含义，学习载药微球的制备方法；

(2)了解利用光学显微镜和紫外可见分光计光度计等设备的使用方法。

2 实验原理

载药微球是将药物分散或者吸附在高聚物、生物陶瓷的球体内部，利用微球的降解特点，从而完成药物的缓释。载药微球(载药微囊)粒径在1～200 μm之间，相比于传统给药方式，载药微球具有如下特点：延长药物半衰期、可以控制药物缓释浓度、缓释时间、降低药物毒副作用、掩盖药物的味道。

乳液法是指利用两种互不相溶的溶剂告高速搅拌下形成均匀的乳液，从乳液液滴中析出新相，新相的反应、成核、生长等过程局限在微乳液球中，从而可形成球形新相。利用加热挥发、过滤等手段分离最终获得球形样品。本实验利用二氯甲烷为油相、去离子水为水相，经高速搅拌获得微乳液，二氯甲烷挥发完成后获得载药微球。载药微球采用聚乳酸为原材料，药物选择安全性高、价格低廉的布洛芬原药作为控释药物。

紫外-可见分光光度计是基于紫外可见分光光度法原理，利用物质分子对紫外可见光谱区的辐射吸收来进行分析的一种分析仪器。本实验利用紫外-可见分光光度计测量载药微球的药物负载率、缓释效果。

3 试剂与仪器

3.1 实验仪器

SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵,巩义市予华仪器有限责任公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器,深圳市瑞鑫达化玻仪器有限公司;电子分析天平,奥豪斯仪器(上海)有限公司;TU-1901双光束紫外可见光分光光度计,北京普析通用仪器有限公司。

其他仪器：布氏漏斗；注射器；各型号移液管；量筒；玻璃棒；容量瓶；各型号烧杯和锥形瓶；100 mL离心管；电子光学显微镜。

3.2 实验药品

表1 主要实验药品Table 1 The main experimental medicine

4 实验内容

(1)油相制备：准备100 mL规格的烧杯一个，准确称取0.40 g聚乳酸和0.04 g布洛芬放入烧杯中；用移液管准确的量取二氯甲烷30 mL加入烧杯中。保鲜膜封口，磁力搅拌器搅拌，常温将聚乳酸搅拌至完全溶解，并超声1 min；

(2)水相制备：准备一个250 mL的烧杯，准确称取0.20 g吐温60和1.00 g明胶，将80 mL蒸馏水注入到烧杯中， 40 ℃加热条件搅拌至溶液完全溶解；

(3)准备一个带针头的注射器，水相冷却到室温，随后，用注射器缓慢的将配置好的油相成珠的滴入快速搅拌的水相之中，如此搅拌1 h，致使二氯甲烷完全的挥发；

(4)化学反应结束后，从磁力搅拌器上取下烧杯，在室温下静置一段时间，等待溶液中的气泡完全的消失。随后，准备好布氏漏斗并将溶液在其上过滤完全，用蒸馏水反复洗涤微球表面，将乳化剂去除，得到固态的微球；

(5)将布洛芬载药微球用二氯甲烷溶解，利用264 nm的紫外分光光度计下测定上述溶液吸光度，与布洛芬标准曲线并对比后，求得布洛芬-聚乳酸载药微球的吸光度、实际浓度和载药率。将制得的组布洛芬-聚乳酸载药微球试样，分别浸泡1 h，2 h，3 h，后，将浸泡获得水样利用紫外分光光度计下测定吸光度，研究布洛芬载药微球的缓释能力。

5 实验结果

图1 聚乳酸微球放在光学显微镜下观察其成球的状况Fig.1 The formation of polylactic acid microspheres under light microscope

图1表面制备的聚乳酸载药微球制备成功，光学显微镜下基本上呈现球形，粒径分布均一，个别聚乳酸微球呈现空心情况，有一定的团聚现象，经不同实验参数对比，聚乳酸原料添加量越大，其团聚倾向越大。

为测量聚乳酸载药微球布洛芬的负载情况，将紫外分光光度计的波长设置为264 nm，测得不同浓度下布洛芬水溶液的吸光度。根据表2不同浓度下溶液的吸光度，可得到布洛芬水溶液的标准曲线，如图2所示。根据标准曲线可得：

Y=0.12881X+0.11833,拟合因子R2=0.9991

表2 布洛芬水溶液的吸光度(264 nm下)Table 2 The absorbance of ibuprofen aqueous solution (at 264 nm)

图2 布洛芬水溶液的标准曲线图Fig.2 The standard curve of ibuprofen solution

表3为载药微球二氯甲烷溶解液的吸光度，通过带入标准曲线即可获得布洛芬-聚乳酸载药微球实际浓度和载药率，实验1到实验4是不同实验条件下结果，从结果可以看出，实验3是最佳的制备条件。

表3 布洛芬-聚乳酸载药微球的吸光度、实际浓度和载药率Table 3 The absorbance,actual concentration and drug loading rate of ibuprofen-PLA drug-loaded microspheres

从表4中可得，实验3的载药量最高。所以，在我们本次实验配置的布洛芬-聚乳酸载药微球中，选用实验3作为最佳配比进行研究。

表4 计算得布洛芬-聚乳酸微球缓释浓度Table 4 The sustained-release concentration of desibuprofen- polylactic acid microspheres calculated (mg/mL)

6 教学效果

聚乳酸载药微球的制备包含了油相、水相的制备，两相的混合，微乳液的制备和最终载药聚乳酸微球的合成。可以让学生熟悉微乳液法制备高分子微球的技术，同时，实验用到了抽滤设备、紫外可见分光光度计，让学生熟悉和掌握常见的化学分析设备，有助于学生未来科研和工作需求。同时聚乳酸微球的载药量、缓释效果的测定也有助于学生对药物缓释机制有一定的了解。

从时间上计算整个实验进程，油相水相的制备1 h左右，微乳液的制备和挥发实验进程1.5 h左右，载药微球的过滤和收集处理0.5 h左右，整体制备实验3 h左右，特别适合半天的实验。聚乳酸载药微球的紫外分析，需要标准曲线测定和绘制，从实验时间控制出发，本实验缓释曲线控制3 h，有利于材料化学实验的教学排课，整体测试时间3.5 h左右。制备和测试合计6～7 h，符合一个材料化学实验综合实验的时间要求。