专利名称：一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，属于功能材料和生物材料领域。
背景技术：
药物缓释就是将小分子药物与高分子载体以物理或化学方法结合，在体内通过扩散、渗透等控制方式，将小分子药物以适当的浓度持续地释放出来，从而达到充分发挥药物功效的目的。作为药物缓释载体的材料，是药物缓释体系的重要组成部分，是调节药物释放速度的重要物质，也是影响药效的主要因素。需要具有生物相容性和生物可降解性，也就是能在体内降解为小分子化合物，从而被机体代谢、吸收或排泄，对人体无毒副作用，并且降解过程发生的时机要合适。药物缓释能够减少给药次数，增加药物治疗稳定性，延长药物作用时间。有利于提高药物疗效、降低毒副作用，可减轻患者多次用药的痛苦，对于提高临床用药水平来说具有重大意义。药物缓释 载体材料按照其在体内的反应分为生物降解型和不可降解型。可降解的高分子材料，具有生物降解性的同时还需要具有良好的生物相容性，能在体内降解为小分子化合物，从而被机体代谢、吸收或排泄，对人体无毒副作用，目前正在开发的生物降解型药物缓释用高分子材料主要是天然高分子、半合成高分子、合成高分子。天然高分子材料主要是蛋白质类和植物胶类，具有稳定、无毒、成膜性或成球性好、生物适应性、能大量分离和纯化、具有已知的结构、物理或化学特性等特点，常用的有明胶、海藻酸盐、壳聚糖，蛋白类(胶原、白蛋白)等。海藻酸(Alginate)是存在于和藻类中的一类天然多糖，广泛存在于各类棕色海藻中，由D-甘露糖醛酸(M单元)残基(离解常数pKa = 3. 38)和L-古洛糖醛酸(G单元)残基(pKa = 3. 65)两种结构单体单元组成的一类线形无分枝的链状阴离子聚合物。海藻酸钠可与多价阳离子形成凝胶，成胶条件温和，该凝胶在生物体内以酶解方式生成甘露糖醛酸和葡萄糖醛酸，对机体无毒性、无免疫原性，具有良好的生物相容性、可生物降解性，适合作为释放或包埋药物、蛋白质与细胞的微胶囊。海藻酸钠具有以上特性，己被大量用作药物载体材料,一般有海藻酸钠凝胶药物载体材料、海藻酸钠共混药物载体材料、海藻酸钠化学改性药物载体材料。Rastogl等利用乳化法制备包裹异烟腆的海藻酸钠微球，包裹效率可高达91 %，通过控制聚合物浓度、交联剂的量以及交联时间，可对微球的粒径以及包裹效率进行控制。但是海藻酸钠亲水性强，凝胶孔径大，对疏水性药物负载量不高，释放速度较快并容易发生突释，从而限制了在药物方面的进一步应用Biomaeromoleeules，2006，7 :147-148。许多工作者对海藻酸钠进行改性，利用不同的外界条件来控制药物的释放速率，还提高其疏水性能，尽量防止药物的突释。倪才华等制备了一种含无机物和疏水性高分子的星型聚合物，再利用超声分散技术将这种自制的聚合物通过超声分散到海藻酸钠溶液中，用滴液法获得同时具备疏水性和亲水性海藻酸钙杂化凝胶。疏水性药物布洛芬在其中有较高的包埋率，达到90%以上，并具有较好的缓释作用，克服了海藻酸钠因亲水性强，对疏水性药物负载量不高，释药前期容易发生突释等问题。CN201010147038. 3。随着生物制药技术的发展，近年来蛋白类药物使用呈现上升趋势，它们大多为内源性物质，临床使用剂量小，药理活性高，副作用少，无过敏反应。但是，蛋白药物具有分子量大及空间结构复杂的特点，稳定性差，在酸碱环境或体内酶的存在下极易失活，同时由于其分子量大，还时常以多聚体形式存在，很难透过胃肠道粘膜的上皮细胞层，故吸收差，生物利用度低，不能口服给药，一般只能注射给药，给需长期用药的病人造成了极大的不便。因此，对蛋白质多肽类生物活性药物的保护、缓释控释的研究具有重要意义。用无毒，生物相容性好，可降解的天然聚合物作为蛋白质药物控释载体，可提高蛋白质药物在临床医学上的应用，这一方法近年来引起研究者的广泛关注Biochemical and BiophysicalResearch Communications, 2004, 323 :1321-1327] 传统的海藻酸钠缓释蛋白质的技术主要是将蛋白质和海藻酸钠溶液按一定比例混合，然后滴加到氯化钙溶液中进行交联，将交联后的聚合物放在溶剂中进行蛋白质的释放，由于蛋白质和海藻酸钠之间弱的相互作用，会导致这种方法固定的蛋白质释放速度过快，不能满足蛋白质缓释要求，并且形成的凝胶的强度难以保证。WilliPaul等人用锌改良的磷酸钙粒子加入到海藻酸钠中，并研究了这种材料对膜岛素的释放Process Biochemistry, 2012,47 :882-886] C. C. Ribeiro 等人使用磷酸I丐粒子，用四种方法对牛血红蛋白进行固定释放实验Biomaterials, 2004, 25 4363-4373。这种加入无机纳米粒子的方法虽然可以在一定程度上改善凝胶的机械强度和缓释效果，但效果并不特别明显。本发明提供了一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法。首先制备海藻酸钙水凝胶，然后将海藻酸钙水凝胶浸泡入一定浓度的磷酸三钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、硅酸钠、碳酸钠和草酸钠等无机盐溶液中溶胀一定时间，随后将溶胀后的海藻酸钙水凝胶浸泡入含一定浓度钙离子的药物或蛋白质水溶液中交联一定时间，得到药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶。海藻酸钙水凝胶为膜、微球、微囊、纤维等多种形态。本发明方法操作简单，不使用任何有毒有害溶剂，固定化蛋白质的活性高，材料本身生物相容性好，具有很好的缓释性能，在组织工程、控制释放、医药卫生等领域有很好的应用前景
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是海藻酸钙凝胶亲水性强、水凝胶中药物发生突释、水凝胶中蛋白质缓释困难等问题。本发明解决所述海藻酸钙凝胶亲水性强、水凝胶中药物发生突释、水凝胶中蛋白质缓释困难等问题的技术方案是设计一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶。本发明提供了一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，其特征是包括以下步骤a)配制质量百分比为0. 5% -5%的海藻酸钠和质量百分比为0-4%的水溶性高分子添加剂的混合水溶液，静置消泡后待用；同时配制质量百分比浓度为0. 5% -15%的氯化钙及质量百分比浓度为0. 05% -10%的药物或蛋白质的混合水溶液；b)采取悬浮分散或刮膜或静电纺丝的方法，将步骤a)得到的海藻酸钠和水溶性高分子的混合水溶液分散成微球，或形成液膜，或得到纳米纤维的形态，然后将成型后的海藻酸钠和水溶性高分子的混合水溶液立即用步骤a)配制的氯化钙水溶液交联固化0. 5-12小时，用去离子水冲洗3-5遍，得到海藻酸钙水凝胶，形态包括微球、膜或纳米纤维；c)配制质量百分比为O. 05% -5%的无机盐水溶液，将步骤b)得到的海藻酸钙水凝胶浸泡到上述无机盐水溶液中O. 1-12小时，将凝胶取出后用去离子水冲洗3-5遍，然后立即将其浸泡到步骤a)配制的氯化钙及药物或蛋白质的混合水溶液中，吸附交联O. 1-24小时，将重新钙离子交联并吸附药物或蛋白质的海藻酸钙水凝胶用去离子水冲洗3-5遍，得到药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶。本发明所述的水溶性高分子添加剂为聚氧乙烯醚、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、羧甲基壳聚糖、水溶性淀粉、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种以上混合物。本发明所述的悬浮分散的方法，是采用乙基纤维素质量百分比浓度为
O.05%-O. 1%，醋酸丁酯与蓖麻油按照1: 3-1 I的体积比混合的有机物做连续相，在搅拌下将步骤a)得到的海藻酸钠和水溶性高分子的混合水溶液分散成粒径在O. 5-500 μ m的液滴微球。本发明所述的刮膜的方法，是将步骤a)配制的海藻酸钠和水溶性高分子的混合水溶液倒在干净的玻璃板上，用模具厚度为20-1000 μ m的刮膜棒刮平。本发明所述的静电纺丝的方法，是采用聚氧乙烯醚或聚乙烯醇作为水溶性高分子添加剂，在4-36KV的电压下得到直径在50_800nm的纳米纤维。

本发明所述的无机盐为磷酸三钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、硅酸钠、碳酸钠和草酸钠中一种或两种以上混合物。本发明所述的药物为柔红霉素、阿霉素、水溶性维生素、沙星类、非留体类、磺胺类药物中一种或两种以上混合物。本发明所述的蛋白质为牛血清白蛋白、牛血红蛋白、肌红蛋白、卵白蛋白、胃蛋白酶、溶菌酶、细胞色素C、过氧化氢酶、Y球蛋白、胰岛素中一种或两种以上混合物。本发明方法操作简单，材料本身生物相容性好，药物和蛋白质具有很好的缓释性能，得到的缓释材料形态多样，在控制释放、组织工程、医药卫生等领域有很好的应用前景。
具体实施例方式下面介绍本发明的具体实施例，但本发明不受实施例的限制。实施例1. 一种阿霉素缓释磷酸/海藻酸钙杂化凝胶膜的制备方法a)配制质量百分比为O. 5%的海藻酸钠和质量百分比为O. 5%的聚乙烯醇的混合水溶液，静置消泡后待用；同时配制质量百分比浓度为O. 5 %的氯化钙及质量百分比浓度为O. 05%的阿霉素的混合水溶液；b)采取刮膜的方法，将步骤a)配制的海藻酸钠和聚乙烯醇的混合水溶液倒在干净的玻璃板上，用模具厚度为ΙΟΟΟμπι的刮膜棒刮平，然后立即用步骤a)配制的氯化钙水溶液交联固化12小时，用去离子水冲洗3-5遍，得到海藻酸钙水凝胶膜；c)配制质量百分比为O. 05%的磷酸氢二铵水溶液，将步骤b)得到的海藻酸钙水凝胶浸泡到上述磷酸氢二铵水溶液中12小时，将凝胶取出后用去离子水冲洗3-5遍，然后立即将其浸泡到步骤a)配制的氯化钙及阿霉素的混合水溶液中，吸附交联24小时，将重新钙离子交联并吸附阿霉素的海藻酸钙水凝胶用去离子水冲洗3-5遍，得到一种阿霉素缓释磷酸/海藻酸钙杂化凝胶膜。
实施例2. —种水溶性维生素缓释碳酸/海藻酸钙杂化凝胶膜的制备方法a)配制质量百分比为5%的海藻酸钠和质量百分比为4%的聚乙二醇的混合水溶液，静置消泡后待用；同时配制质量百分比浓度为15%的氯化钙及质量百分比浓度为1%的水溶性维生素的混合水溶液；b)采取刮膜的方法，将步骤a)配制的海藻酸钠和聚乙二醇的混合水溶液倒在干净的玻璃板上，用模具厚度为ΙΟΟΟμπι的刮膜棒刮平，然后立即用步骤a)配制的氯化钙水溶液交联固化O. 5小时，用去离子水冲洗3-5遍，得到海藻酸钙水凝胶膜；c)配制质量百分比为5%的碳酸钠水溶液，将步骤b)得到的海藻酸钙水凝胶浸泡到上述碳酸钠水溶液中O.1小时，将凝胶取出后用去离子水冲洗3-5遍，然后立即将其浸泡到步骤a)配制的氯化钙及水溶性维生素的混合水溶液中，吸附交联O.1小时，将重新钙离子交联并吸附水溶性维生素的海藻酸钙水凝胶用去离子水冲洗3-5遍，得到一种水溶性维生素缓释碳酸/海藻酸钙杂化凝胶膜。实施例3. —种牛血清白蛋白 缓释草酸/海藻酸钙杂化凝胶微球的制备方法a)配制质量百分比为1. 5%的海藻酸钠和质量百分比为O. 5%的羧甲基壳聚糖的混合水溶液，静置消泡后待用；同时配制质量百分比浓度为5%的氯化钙及质量百分比浓度为10%的牛血清白蛋白的混合水溶液；b)采用悬浮分散的方法，乙基纤维素质量百分比浓度为O. 1%，醋酸丁酯与蓖麻油按照1: 3的体积比混合的有机物做连续相，在搅拌下将步骤a)得到的海藻酸钠和羧甲基壳聚糖的混合水溶液分散成粒径在O. 5-500 μ m的液滴微球，然后立即倒入步骤a)配制的氯化钙水溶液，继续搅拌交联固化O. 5小时，用去离子水冲洗3-5遍，得到海藻酸钙水凝胶微球；c)配制质量百分比为O. 05%的草酸钠水溶液，将步骤b)得到的海藻酸钙水凝胶浸泡到上述草酸钠水溶液中12小时，将凝胶取出后用去离子水冲洗3-5遍，然后立即将其浸泡到步骤a)配制的氯化钙及牛血清白蛋白的混合水溶液中，吸附交联12小时，将重新钙离子交联并吸附牛血清白蛋白的海藻酸钙水凝胶用去离子水冲洗3-5遍，得到一种牛血清白蛋白缓释草酸/海藻酸钙杂化凝胶微球。实施例4. 一种胰岛素缓释硅酸/海藻酸钙杂化凝胶纳米纤维的制备方法a)配制质量百分比为1. 5%的海藻酸钠和质量百分比为1%的聚氧乙烯醚的混合水溶液，静置消泡后待用；同时配制质量百分比浓度为5%的氯化钙及质量百分比浓度为
O.05%的胰岛素的混合水溶液；b)采用静电纺丝的方法，在36KV的电压下得到直径在200_800nm的纳米纤维，然后将其浸泡入步骤a)配制的氯化钙水溶液，交联固化12小时，用去离子水冲洗3-5遍，得到海藻酸钙水凝胶纳米纤维；c)配制质量百分比为O. 05%的硅酸钠水溶液，将步骤b)得到的海藻酸钙水凝胶浸泡到上述硅酸钠水溶液中O. 5小时，将凝胶取出后用去离子水冲洗3-5遍，然后立即将其浸泡到步骤a)配制的氯化钙及胰岛素的混合水溶液中，吸附交联2小时，将重新钙离子交联并吸附胰岛素的海藻酸钙水凝胶用去离子水冲洗3-5遍，得到一种胰岛素缓释硅酸/海藻酸钙杂化凝胶纳米纤维。
权利要求
1.一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，其特征是包括以下步骤a)配制质量百分比为O.5% -5%的海藻酸钠和质量百分比为0-4%的水溶性高分子添加剂的混合水溶液，静置消泡后待用；同时配制质量百分比浓度为O. 5% -15%的氯化钙及质量百分比浓度为O. 05% -10%的药物或蛋白质的混合水溶液；b)采取悬浮分散或刮膜或静电纺丝的方法，将步骤a)得到的海藻酸钠和水溶性高分子的混合水溶液分散成微球，或形成液膜，或得到纳米纤维的形态，然后将成型后的海藻酸钠和水溶性高分子的混合水溶液立即用步骤a)配制的氯化钙水溶液交联固化O. 5-12小时，用去离子水冲洗3-5遍，得到海藻酸钙水凝胶，形态包括微球、膜或纳米纤维；c)配制质量百分比为O.05% -5%的无机盐水溶液，将步骤b)得到的海藻酸钙水凝胶浸泡到上述无机盐水溶液中O. 1-12小时，将凝胶取出后用去离子水冲洗3-5遍，然后立即将其浸泡到步骤a)配制的氯化钙及药物或蛋白质的混合水溶液中，吸附交联O. 1-24小时， 将重新钙离子交联并吸附药物或蛋白质的海藻酸钙水凝胶用去离子水冲洗3-5遍，得到药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶。
2.如权利要求1所述的一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，其特征是所述的水溶性高分子添加剂为聚氧乙烯醚、聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、羧甲基壳聚糖、水溶性淀粉、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯基吡咯烷酮中的一种或两种以上混合物。
3.如权利要求1所述的一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，其特征是所述的悬浮分散的方法，是采用乙基纤维素质量百分比浓度为O. 05% -O. 1%，醋酸丁酯与蓖麻油按照1: 3-1 I的体积比混合的有机物做连续相，在搅拌下将步骤a)得到的海藻酸钠和水溶性高分子的混合水溶液分散成粒径在O. 5-500 μ m的液滴微球。
4.如权利要求1所述的一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，其特征是所述的刮膜的方法，是将步骤a)配制的海藻酸钠和水溶性高分子的混合水溶液倒在干净的玻璃板上，用模具厚度为20-1000 μ m的刮膜棒刮平，得到液膜。
5.如权利要求1所述的一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，其特征是所述的静电纺丝的方法，是采用聚氧乙烯醚或聚乙烯醇作为水溶性高分子添加剂，在 4-36KV的电压下得到直径在50-800nm的纳米纤维。
6.如权利要求1所述的一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，其特征是所述的无机盐为磷酸三钠、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、硅酸钠、碳酸钠和草酸钠中一种或两种以上混合物。
7.如权利要求1所述的一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，其特征是所述的药物为柔红霉素、阿霉素、水溶性维生素、沙星类、非留体类、磺胺类药物中一种或两种以上混合物。
8.如权利要求1所述的一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，其特征是所述的蛋白质为牛血清白蛋白、牛血红蛋白、肌红蛋白、卵白蛋白、胃蛋白酶、溶菌酶、细胞色素C、过氧化氢酶、Y球蛋白、胰岛素中一种或两种以上混合物。
9.如权利要求1所述的一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法，其特征是本发明方法操作简单，材料本身生物相容性好，药物和蛋白质具有很好的缓释性能，得到的缓释材料形态多样，在控制释放、组织工程、医药卫生等领域有很好的应用前景。
全文摘要
本发明提供了一种药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶的制备方法。制备方法是首先制备海藻酸钙水凝胶，然后将海藻酸钙水凝胶浸泡入一定浓度的磷酸三钠，磷酸氢二铵，硅酸钠，碳酸钠和草酸钠等无机盐溶液中溶胀一定时间，随后将溶胀后的海藻酸钙水凝胶浸泡入含一定浓度钙离子的药物和蛋白质水溶液中交联一定时间，得到药物和蛋白质缓释海藻酸盐杂化凝胶。本发明的海藻酸钙水凝胶形态为膜、微球、纤维等多种。本发明方法操作简单，不使用任何有毒有害溶剂，固定化蛋白质的活性高，材料本身生物相容性好，具有很好的缓释性能，在组织工程、控制释放、医药卫生等领域有很好的应用前景。
文档编号A61K47/34GK103040727SQ20131002067
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月21日 优先权日2013年1月21日
发明者赵孔银, 林贝贝, 魏俊富, 李思迪, 任彤, 胡欣萍 申请人:天津工业大学