高壓均質(zhì)技術(shù)在納米制劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

高壓均質(zhì)技術(shù)在納米制劑生產(chǎn)中的應(yīng)用

在藥物研究領(lǐng)域，納米顆粒通常定義為粒徑為1.1000納米的顆粒，分為納米載體和納米藥物。納米載體指溶解或分散有藥物的納米粒,荷藥納米粒一般具有緩釋作用、在體內(nèi)分布上具有選擇性、降低藥物毒性及改善藥物在體內(nèi)外的穩(wěn)定性等優(yōu)良性能,在緩控釋、靶向制劑等方面發(fā)揮著重要的作用。納米藥物指直接將藥物加工成納米顆粒,可提高藥物特別是難溶成分的溶出速度從而提高藥物的生物利用度和藥效。目前納米制劑的上市產(chǎn)品如:前列腺素E1脂質(zhì)納米粒、柔紅霉素脂質(zhì)體、紫衫醇脂質(zhì)體、芽膽子油納米乳和環(huán)孢素(新山地明)自微乳膠嚢等。納米顆粒的大小是衡量納米制劑質(zhì)量的重要指標,對其體內(nèi)外的性能有十分重要的影響,直接影響藥物的釋放、生物利用度、載藥量、有機溶劑殘留及體內(nèi)分布與靶向性等。因此納米制劑制備的關(guān)鍵是控制粒子的大小和獲得較窄且均勻的粒度分布。影響粒徑和分布的因素很多,如處方配比、穩(wěn)定劑的用量等,而采用的制備工藝和分散設(shè)備也是關(guān)鍵因素。許多研究表明,新型分散設(shè)備——高壓均質(zhì)機較傳統(tǒng)的高速攪拌機、超聲波儀、乳勻機等制備的納米制劑中微粒粒徑較小,且粒度分布均勻和穩(wěn)定性好。同時高壓均質(zhì)機更新?lián)Q代很快,新一代的超高壓納米均質(zhì)機(high-pressurehomogenizer,HPH)和微射流均質(zhì)機(Microfluidizer)性能更加優(yōu)良,應(yīng)用更廣泛。1高壓均質(zhì)機高壓均質(zhì)機由高壓泵和均質(zhì)閥兩部分組成,作用原理是原料被高壓泵導(dǎo)入可調(diào)縫隙的均質(zhì)閥,瞬間失壓的物料以極高的流速噴出,碰撞在閥組件之一的碰撞環(huán)上,產(chǎn)生剪切、撞擊和空穴3種效應(yīng),達到細化和均質(zhì)的作用。近年來開發(fā)的新型均質(zhì)機——微射流均質(zhì)機或稱高速射流均質(zhì)機主要組成部分為高壓泵和振蕩頭,其原理是高壓泵使流體產(chǎn)品被加速至極高的流速,流體被導(dǎo)經(jīng)由陶瓷和人造金剛石復(fù)合材料制成的微管通道而進入沖擊區(qū),形成一個強勁而均勻的反應(yīng)場,全部液流都通過反應(yīng)場并由此產(chǎn)生空化作用,同時伴隨而來的強剪切和沖擊力使顆粒外徑減縮而得到納米級大小一致的超細顆?；蛞旱巍Ｄ壳皯?yīng)用較多的高壓均質(zhì)機設(shè)備品牌有加拿大AVESTIN公司、意大利NiroSoavi公司、丹麥APV公司、美國MICROFLUIDIC等,國內(nèi)也有生產(chǎn)廠家。為提高均質(zhì)機的剪切力和均質(zhì)效率,各公司紛紛推出超高壓納米均質(zhì)機,均質(zhì)壓力高達150~200MPa,細化效果可達粒徑100nm,甚至以下。微射流均質(zhì)機的生產(chǎn)廠家只有美國MICROFLUIDIC公司等幾家,其工藝流程穩(wěn)定但價格高昂。本實驗室擁有美國MICROFLUIDIC公司的MH110EH型微射流均質(zhì)機,均質(zhì)壓力可達170MPa。2高壓均質(zhì)機條件選擇高壓均質(zhì)機在制藥領(lǐng)域中常用于制備納米乳劑、納米粒、脂質(zhì)體等,制備工藝一般為先進行初乳制備,再經(jīng)高壓均質(zhì)得到較小粒徑和均勻一致的制劑。高壓均質(zhì)機的可控設(shè)備參數(shù)有均質(zhì)壓力、循環(huán)次數(shù)(循環(huán)時間)和溫度等,制劑粒子大小和分布一般隨著均質(zhì)壓力增大和循環(huán)次數(shù)增多明顯下降,到達一定壓力和循環(huán)次數(shù)后漸趨平衡;也有的制劑當壓力和循環(huán)次數(shù)超過一定值后,粒徑和分布反而增大;在制備脂肪乳時需選擇合適的均質(zhì)溫度。由于高壓均質(zhì)過程對不同制劑性能的影響各異,因此不同處方和劑型的納米制劑應(yīng)對均質(zhì)參數(shù)進行優(yōu)化,以確定最佳工藝。2.1高壓均質(zhì)機對nb粒徑和粒度分布的影響指藥物溶解、吸附或包裹在高分子材料基質(zhì)中形成的微球。目前NP的制備研究多處于實驗室階段,開展大規(guī)模生產(chǎn)的報道很少,因此應(yīng)用高壓均質(zhì)法制備NP的報道也不多。高壓均質(zhì)法在降低NP粒徑和粒度分布時,往往也影響了制劑的載藥量和包封率及釋放速度,應(yīng)同時考慮多個指標以優(yōu)選工藝。如YONCHEVA等考察了均質(zhì)壓力和循環(huán)次數(shù)對鹽酸毛果蕓香堿-聚乙丙交酯-納米粒的粒徑、載藥量和釋藥方式的影響,并與未經(jīng)高壓均質(zhì)機的樣品比較。結(jié)論是NP粒徑與均質(zhì)壓力和循環(huán)次數(shù)密切相關(guān),均質(zhì)壓力增大和循環(huán)次數(shù)增多時NP粒徑和粒度分布均有顯著下降趨勢;在50MPa和3個循環(huán)的條件下,NP粒徑由寬分布的446.6~1802.7nm降到約300nm。而粒子的載藥量和包封率則略有下降,可能原因是高壓下NP粒徑減小或剪切力加快,藥物從粒子中擴散出來和外層水相性質(zhì)的改變。均質(zhì)壓力也是影響NP釋放的主要因素,壓力增大使釋放速度加快。LAMPRECHT等在研究高壓均質(zhì)時間對以聚丙交酯-乙交酯(PLGA)和聚已內(nèi)酸(PCL)為載體,載牛血清清蛋白NP性能影響時發(fā)現(xiàn),在0~3min范圍內(nèi),隨著高壓均質(zhì)時間的延長,NP的粒度分布下降而粒徑無顯著變化。當均質(zhì)時間超過3min,NP的粒度分布和粒徑反而逐漸增大,在壓力40MPa下均質(zhì)3min制得約300nm,粒度分布<0.11,包封率>80%的納米制劑。LAMPRECHTA等比較了高壓均質(zhì)乳化法(PHE)和改良自發(fā)乳化溶劑擴散法(SESD)制備咯利普蘭-聚己內(nèi)酯-納米粒,結(jié)果表明采用PHE法制得的NP包封率更高(>85%),且有一定的緩釋作用。另外有報道以去水山梨糖脂脂肪酸為穩(wěn)定劑,40MPa高壓均質(zhì)3個循環(huán)制備了200nm左右的氯哌拉米-聚丙交酯-納米粒。2.2水飛薊賓脂質(zhì)納米顆粒的制備它是20世紀90年代初發(fā)展的新型藥物載體體系,系指以固態(tài)的天然或合成類脂如卵磷脂、三酰甘油等為載體材料,將藥物包裹或內(nèi)嵌于類脂核中,制成粒徑50~1000nm的固體膠粒給藥系統(tǒng)。高壓均質(zhì)法是目前制備SLN的經(jīng)典方法,20世紀90年代中期由MULLER等建立起來,并發(fā)展為有成熟工藝的工業(yè)化生產(chǎn),典型的生產(chǎn)條件是均質(zhì)壓力50MPa,循環(huán)2或3次。國內(nèi)有報道采用較高壓力制備水飛薊賓脂質(zhì)納米粒,100MPa壓力下高壓均質(zhì)若干次條件得SLN平均粒徑為148.9nm,離心沉降實驗表明穩(wěn)定性好。而SOUTO等用該法制備了粒徑約400nm的克霉唑脂質(zhì)納米粒。2.3高壓均質(zhì)法指將藥物包封于類脂質(zhì)雙分子層形成的薄膜中間所得的超微型球狀載體,具有無毒、良好的生物相容性及易實現(xiàn)靶向性等優(yōu)點。制備脂質(zhì)體的方法不下十余種,如注入法、薄膜分散法、冷凍干燥法等,而高壓均質(zhì)法制備脂質(zhì)體具有重現(xiàn)性好,可大規(guī)模生產(chǎn),微粒均勻、穩(wěn)定性好等優(yōu)點,被日益廣泛重視。RAMON等考察了高壓均質(zhì)機設(shè)備參數(shù)對脂質(zhì)體性能的影響,結(jié)果表明增大均質(zhì)壓力和循環(huán)次數(shù)可使NP粒徑減小至100nm以下,穩(wěn)定性變化不大。DIETER等考察了40和70MPa均質(zhì)壓力下,循環(huán)次數(shù)由1到15次脂質(zhì)體性能的變化。結(jié)果表明隨均質(zhì)壓力和循環(huán)次數(shù)增大,微粒粒徑隨之下降,經(jīng)15次循環(huán)后脂質(zhì)體微粒的平均粒徑約30nm,粒徑分布高限<100nm。采用較高壓力(70MPa)時,開始粒徑下降較快,而當循環(huán)次數(shù)>10次后,40和70MPa壓力下制得的微粒粒徑相差不大。實際應(yīng)用中,常將高壓均質(zhì)法和其他方法結(jié)合,效果更好。如劉凱等用逆相蒸發(fā)法結(jié)合微射流技術(shù)制得的前列腺素E1脂質(zhì)體平均粒徑為127.5nm,包封率為92.35%,具有良好的穩(wěn)定性,有較高的應(yīng)用價值。周本宏等將薄膜分散法制得的羥喜樹堿包衣脂質(zhì)體經(jīng)高壓均質(zhì)機在140MPa壓力下經(jīng)孔徑50nm膜擠壓乳勻6或7次,即可見溶液由渾濁變?yōu)檩^澄清的微帶藍色乳光的納米脂質(zhì)體,Zeta電位為+55.1mV,平均粒徑為91.9nm,粒徑分布為20~120nm。2.4高壓均質(zhì)法制備是以植物油、磷脂乳化劑、等滲劑和注射用水制成的穩(wěn)定的水包油(O/W)乳劑,脂肪乳用作腸外營養(yǎng)已有40多年的歷史,而近年來,將其作為藥物載體的研究日趨廣泛,可分為“載藥型脂肪乳”和“營養(yǎng)型脂肪乳”。脂肪乳的基本制備工藝為“初乳制備”,再“高壓均質(zhì)”,使脂肪乳的粒徑一般控制在300nm左右。藥動學理論認為,粒徑和分布是乳劑質(zhì)量的關(guān)鍵要素,特別當設(shè)計靜脈注射乳劑時,一般認為粒徑應(yīng)<400nm,才不致造成毛細血管阻塞或肺栓塞。脂肪乳制備中增加油相比例是提高乳劑載藥量的有效途徑,但會使油滴粒徑增大,如通過增加乳化劑的濃度減小粒徑,具有使試劑黏度增大而易造成患者疼痛的缺點,因此選擇合適的高壓均質(zhì)條件以制備粒徑小和均勻的制劑至關(guān)重要。MUHANNAD等以1.5%大豆卵磷酯為穩(wěn)定劑,制備了含20%和30%油相的羥嗪(安泰樂)乳劑發(fā)現(xiàn),均質(zhì)壓力可同時影響乳劑的粘度和平均粒徑,隨著均質(zhì)壓力上升到30MPa,乳劑的粘度和平均粒徑可明顯降低,而壓力>30MPa時,粒徑略有下降而黏度不變。采用30~35MPa和8個循環(huán)的條件,可制得約140nm,粘度為3.8~3.9mPa·s的乳劑,保存9個月后穩(wěn)定性良好。田煦等采用137.8MPa壓力下均質(zhì)15次的條件制備了平均粒徑200nm左右。滅菌穩(wěn)定的粉防己堿靜脈注射脂肪乳劑。孫麗芳等將初乳經(jīng)納米高壓均質(zhì)機乳化兩次得平均粒徑為325nm的人參皂苷Rg3脂肪乳。不載藥的營養(yǎng)型脂肪乳的高壓均質(zhì)法制備研究如:PINNAMANENI等用辛酸/癸酸三酰甘油為油相,聚氧乙烯山梨醇油酸酯和山梨醇單硬脂酸酯為混合乳化劑,比較高壓均質(zhì)機和微射流機制備時發(fā)現(xiàn),用微射流機制得脂肪乳的粒徑更小和穩(wěn)定性更好。WASHINGTON等則比較了超聲波法和微射流法制備大豆油營養(yǎng)脂肪乳,結(jié)果表明微射流法制備的乳劑有較小的粒徑和粒徑分布,均質(zhì)壓力70MPa下4個循環(huán)制備的乳劑粒徑<230nm,分散系數(shù)約為0.12。LLOYD等采用一種油溶十六烷基芘探針監(jiān)測十六烷脂肪乳在乳化過程中的聚結(jié)現(xiàn)象,分別用攪拌法和高壓均質(zhì)法制備。結(jié)果表明,高壓均質(zhì)法制備中表面活性劑是影響該乳劑液滴大小和聚結(jié)的主要因素,增加油相比例易發(fā)生聚結(jié)。2.5高均質(zhì)壓力MICHAELA等以中長鏈三酰甘油為油相,羥丙甲纖維素為乳化劑制備眼用亞微乳,考察了低中高均質(zhì)壓力的影響,結(jié)果顯示采用較低壓力(50MPa)時,經(jīng)過5個循環(huán)后分散不夠充分,而采用高均質(zhì)壓力(160MPa),粒徑變大且均勻性差,可能是由于均質(zhì)過程中界面變大,導(dǎo)致水相中部分聚合物被破壞,使新形成的液滴不穩(wěn)定而發(fā)生聚結(jié)。90MPa的壓力較為適合。郭濤等考察了連續(xù)壓力和循環(huán)次數(shù)對大蒜油亞微乳粒徑的影響,壓力增大粒徑明顯下降,當壓力達到65MPa時,粒徑變化漸趨平衡;粒徑隨著循環(huán)次數(shù)的增多而減少,當循環(huán)到第3次時粒徑明顯減小,循環(huán)7次以上漸趨平衡。采用65MPa壓力下均質(zhì)9次后,制得的大蒜油亞微乳平均粒徑為(150.4±14.6)nm,其中粒徑<161