高压均质技术在纳米制剂生产中的应用

高压均质技术在纳米制剂生产中的应用

在药物研究领域，纳米颗粒通常定义为粒径为1.1000纳米的颗粒，分为纳米载体和纳米药物。纳米载体指溶解或分散有药物的纳米粒,荷药纳米粒一般具有缓释作用、在体内分布上具有选择性、降低药物毒性及改善药物在体内外的稳定性等优良性能,在缓控释、靶向制剂等方面发挥着重要的作用。纳米药物指直接将药物加工成纳米颗粒,可提高药物特别是难溶成分的溶出速度从而提高药物的生物利用度和药效。目前纳米制剂的上市产品如:前列腺素E1脂质纳米粒、柔红霉素脂质体、紫衫醇脂质体、芽胆子油纳米乳和环孢素(新山地明)自微乳胶嚢等。纳米颗粒的大小是衡量纳米制剂质量的重要指标,对其体内外的性能有十分重要的影响,直接影响药物的释放、生物利用度、载药量、有机溶剂残留及体内分布与靶向性等。因此纳米制剂制备的关键是控制粒子的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。影响粒径和分布的因素很多,如处方配比、稳定剂的用量等,而采用的制备工艺和分散设备也是关键因素。许多研究表明,新型分散设备——高压均质机较传统的高速搅拌机、超声波仪、乳匀机等制备的纳米制剂中微粒粒径较小,且粒度分布均匀和稳定性好。同时高压均质机更新换代很快,新一代的超高压纳米均质机(high-pressurehomogenizer,HPH)和微射流均质机(Microfluidizer)性能更加优良,应用更广泛。1高压均质机高压均质机由高压泵和均质阀两部分组成,作用原理是原料被高压泵导入可调缝隙的均质阀,瞬间失压的物料以极高的流速喷出,碰撞在阀组件之一的碰撞环上,产生剪切、撞击和空穴3种效应,达到细化和均质的作用。近年来开发的新型均质机——微射流均质机或称高速射流均质机主要组成部分为高压泵和振荡头,其原理是高压泵使流体产品被加速至极高的流速,流体被导经由陶瓷和人造金刚石复合材料制成的微管通道而进入冲击区,形成一个强劲而均匀的反应场,全部液流都通过反应场并由此产生空化作用,同时伴随而来的强剪切和冲击力使颗粒外径减缩而得到纳米级大小一致的超细颗粒或液滴。目前应用较多的高压均质机设备品牌有加拿大AVESTIN公司、意大利NiroSoavi公司、丹麦APV公司、美国MICROFLUIDIC等,国内也有生产厂家。为提高均质机的剪切力和均质效率,各公司纷纷推出超高压纳米均质机,均质压力高达150~200MPa,细化效果可达粒径100nm,甚至以下。微射流均质机的生产厂家只有美国MICROFLUIDIC公司等几家,其工艺流程稳定但价格高昂。本实验室拥有美国MICROFLUIDIC公司的MH110EH型微射流均质机,均质压力可达170MPa。2高压均质机条件选择高压均质机在制药领域中常用于制备纳米乳剂、纳米粒、脂质体等,制备工艺一般为先进行初乳制备,再经高压均质得到较小粒径和均匀一致的制剂。高压均质机的可控设备参数有均质压力、循环次数(循环时间)和温度等,制剂粒子大小和分布一般随着均质压力增大和循环次数增多明显下降,到达一定压力和循环次数后渐趋平衡;也有的制剂当压力和循环次数超过一定值后,粒径和分布反而增大;在制备脂肪乳时需选择合适的均质温度。由于高压均质过程对不同制剂性能的影响各异,因此不同处方和剂型的纳米制剂应对均质参数进行优化,以确定最佳工艺。2.1高压均质机对nb粒径和粒度分布的影响指药物溶解、吸附或包裹在高分子材料基质中形成的微球。目前NP的制备研究多处于实验室阶段,开展大规模生产的报道很少,因此应用高压均质法制备NP的报道也不多。高压均质法在降低NP粒径和粒度分布时,往往也影响了制剂的载药量和包封率及释放速度,应同时考虑多个指标以优选工艺。如YONCHEVA等考察了均质压力和循环次数对盐酸毛果芸香碱-聚乙丙交酯-纳米粒的粒径、载药量和释药方式的影响,并与未经高压均质机的样品比较。结论是NP粒径与均质压力和循环次数密切相关,均质压力增大和循环次数增多时NP粒径和粒度分布均有显著下降趋势;在50MPa和3个循环的条件下,NP粒径由宽分布的446.6~1802.7nm降到约300nm。而粒子的载药量和包封率则略有下降,可能原因是高压下NP粒径减小或剪切力加快,药物从粒子中扩散出来和外层水相性质的改变。均质压力也是影响NP释放的主要因素,压力增大使释放速度加快。LAMPRECHT等在研究高压均质时间对以聚丙交酯-乙交酯(PLGA)和聚已内酸(PCL)为载体,载牛血清清蛋白NP性能影响时发现,在0~3min范围内,随着高压均质时间的延长,NP的粒度分布下降而粒径无显著变化。当均质时间超过3min,NP的粒度分布和粒径反而逐渐增大,在压力40MPa下均质3min制得约300nm,粒度分布<0.11,包封率>80%的纳米制剂。LAMPRECHTA等比较了高压均质乳化法(PHE)和改良自发乳化溶剂扩散法(SESD)制备咯利普兰-聚己内酯-纳米粒,结果表明采用PHE法制得的NP包封率更高(>85%),且有一定的缓释作用。另外有报道以去水山梨糖脂脂肪酸为稳定剂,40MPa高压均质3个循环制备了200nm左右的氯哌拉米-聚丙交酯-纳米粒。2.2水飞蓟宾脂质纳米颗粒的制备它是20世纪90年代初发展的新型药物载体体系,系指以固态的天然或合成类脂如卵磷脂、三酰甘油等为载体材料,将药物包裹或内嵌于类脂核中,制成粒径50~1000nm的固体胶粒给药系统。高压均质法是目前制备SLN的经典方法,20世纪90年代中期由MULLER等建立起来,并发展为有成熟工艺的工业化生产,典型的生产条件是均质压力50MPa,循环2或3次。国内有报道采用较高压力制备水飞蓟宾脂质纳米粒,100MPa压力下高压均质若干次条件得SLN平均粒径为148.9nm,离心沉降实验表明稳定性好。而SOUTO等用该法制备了粒径约400nm的克霉唑脂质纳米粒。2.3高压均质法指将药物包封于类脂质双分子层形成的薄膜中间所得的超微型球状载体,具有无毒、良好的生物相容性及易实现靶向性等优点。制备脂质体的方法不下十余种,如注入法、薄膜分散法、冷冻干燥法等,而高压均质法制备脂质体具有重现性好,可大规模生产,微粒均匀、稳定性好等优点,被日益广泛重视。RAMON等考察了高压均质机设备参数对脂质体性能的影响,结果表明增大均质压力和循环次数可使NP粒径减小至100nm以下,稳定性变化不大。DIETER等考察了40和70MPa均质压力下,循环次数由1到15次脂质体性能的变化。结果表明随均质压力和循环次数增大,微粒粒径随之下降,经15次循环后脂质体微粒的平均粒径约30nm,粒径分布高限<100nm。采用较高压力(70MPa)时,开始粒径下降较快,而当循环次数>10次后,40和70MPa压力下制得的微粒粒径相差不大。实际应用中,常将高压均质法和其他方法结合,效果更好。如刘凯等用逆相蒸发法结合微射流技术制得的前列腺素E1脂质体平均粒径为127.5nm,包封率为92.35%,具有良好的稳定性,有较高的应用价值。周本宏等将薄膜分散法制得的羟喜树碱包衣脂质体经高压均质机在140MPa压力下经孔径50nm膜挤压乳匀6或7次,即可见溶液由浑浊变为较澄清的微带蓝色乳光的纳米脂质体,Zeta电位为+55.1mV,平均粒径为91.9nm,粒径分布为20~120nm。2.4高压均质法制备是以植物油、磷脂乳化剂、等渗剂和注射用水制成的稳定的水包油(O/W)乳剂,脂肪乳用作肠外营养已有40多年的历史,而近年来,将其作为药物载体的研究日趋广泛,可分为“载药型脂肪乳”和“营养型脂肪乳”。脂肪乳的基本制备工艺为“初乳制备”,再“高压均质”,使脂肪乳的粒径一般控制在300nm左右。药动学理论认为,粒径和分布是乳剂质量的关键要素,特别当设计静脉注射乳剂时,一般认为粒径应<400nm,才不致造成毛细血管阻塞或肺栓塞。脂肪乳制备中增加油相比例是提高乳剂载药量的有效途径,但会使油滴粒径增大,如通过增加乳化剂的浓度减小粒径,具有使试剂黏度增大而易造成患者疼痛的缺点,因此选择合适的高压均质条件以制备粒径小和均匀的制剂至关重要。MUHANNAD等以1.5%大豆卵磷酯为稳定剂,制备了含20%和30%油相的羟嗪(安泰乐)乳剂发现,均质压力可同时影响乳剂的粘度和平均粒径,随着均质压力上升到30MPa,乳剂的粘度和平均粒径可明显降低,而压力>30MPa时,粒径略有下降而黏度不变。采用30~35MPa和8个循环的条件,可制得约140nm,粘度为3.8~3.9mPa·s的乳剂,保存9个月后稳定性良好。田煦等采用137.8MPa压力下均质15次的条件制备了平均粒径200nm左右。灭菌稳定的粉防己碱静脉注射脂肪乳剂。孙丽芳等将初乳经纳米高压均质机乳化两次得平均粒径为325nm的人参皂苷Rg3脂肪乳。不载药的营养型脂肪乳的高压均质法制备研究如:PINNAMANENI等用辛酸/癸酸三酰甘油为油相,聚氧乙烯山梨醇油酸酯和山梨醇单硬脂酸酯为混合乳化剂,比较高压均质机和微射流机制备时发现,用微射流机制得脂肪乳的粒径更小和稳定性更好。WASHINGTON等则比较了超声波法和微射流法制备大豆油营养脂肪乳,结果表明微射流法制备的乳剂有较小的粒径和粒径分布,均质压力70MPa下4个循环制备的乳剂粒径<230nm,分散系数约为0.12。LLOYD等采用一种油溶十六烷基芘探针监测十六烷脂肪乳在乳化过程中的聚结现象,分别用搅拌法和高压均质法制备。结果表明,高压均质法制备中表面活性剂是影响该乳剂液滴大小和聚结的主要因素,增加油相比例易发生聚结。2.5高均质压力MICHAELA等以中长链三酰甘油为油相,羟丙甲纤维素为乳化剂制备眼用亚微乳,考察了低中高均质压力的影响,结果显示采用较低压力(50MPa)时,经过5个循环后分散不够充分,而采用高均质压力(160MPa),粒径变大且均匀性差,可能是由于均质过程中界面变大,导致水相中部分聚合物被破坏,使新形成的液滴不稳定而发生聚结。90MPa的压力较为适合。郭涛等考察了连续压力和循环次数对大蒜油亚微乳粒径的影响,压力增大粒径明显下降,当压力达到65MPa时,粒径变化渐趋平衡;粒径随着循环次数的增多而减少,当循环到第3次时粒径明显减小,循环7次以上渐趋平衡。采用65MPa压力下均质9次后,制得的大蒜油亚微乳平均粒径为(150.4±14.6)nm,其中粒径<161