緩釋微球的制備方法

緩釋微球是指藥物溶解或分散在高分子材料基質(zhì)中形成的粒徑尺寸大小分布在 5～250 μm 之間的球狀實(shí)體，利用緩釋微球開發(fā)新型的給藥系統(tǒng)逐漸成為科學(xué)界及工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，理想的緩釋微球制劑的性質(zhì)由活性物質(zhì)、乳化技術(shù)以及聚合物材料三者共同決定。微球的制備關(guān)鍵在于不僅要保持藥物原有的活性，還需要藥物包封率高、微球粒徑均一、制備工藝重復(fù)性好，因此在制備微球時(shí)，不僅要非常了解藥物自身的理化性質(zhì)，還要非常熟悉常用輔料的性質(zhì)及乳化工藝技術(shù)。本文詳細(xì)介紹了常見幾種緩釋微球的制備方法和對(duì)應(yīng)的工藝設(shè)備。

1、緩釋微球制劑的材料選擇

目前微球制劑材料可大體分為兩類:天然來源的聚合物和人工化學(xué)合成的聚合物。天然來源的聚合物價(jià)格低廉且來源廣泛，可分為多糖和蛋白質(zhì)類等，如葡聚糖、殼聚糖、海藻酸鹽、淀粉、明膠、白蛋白等，天然來源的聚合物對(duì)純化有著較高的要求，當(dāng)作為微球輔料用于大批量生產(chǎn)時(shí)較難保持批次間嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。常用的化學(xué)合成聚合物可分為聚酯、聚酸酐、聚磷腈、聚酰胺、聚磷酸酯等，其優(yōu)點(diǎn)是可以通過人為控制聚合制備工藝，來保證藥用輔料級(jí)別的質(zhì)量，當(dāng)作為載藥微球的骨架材料時(shí)，聚合物材料還可以通過改變黏度及分子量等參數(shù)，靈活地控制載藥微球的降解速度，以調(diào)節(jié)所包埋藥物的釋放速率。另外對(duì)聚合物材料或微球表面進(jìn)行特異性修飾能使微球具有主動(dòng)靶向性，精準(zhǔn)定位到病灶區(qū)域或改變釋放行為，因此化學(xué)合成的聚合物是微球研究及生產(chǎn)原料的主要來源。

2、微球的制備方法

微球的制備方法很多，常用的有乳化—溶劑揮發(fā)法、噴霧干燥法、相分離法、超臨界流體沉積法和熱熔擠出研磨法等，可根據(jù)藥物的性質(zhì)、制備微球的目的選擇合適的方法。

2.1乳化溶劑揮發(fā)法

使用 PLGA 作為載體制備微球，乳化—溶劑揮發(fā)方式是最常用的，乳化溶劑揮發(fā)法包括單乳法和復(fù)乳法，適用于親脂性藥物，用水包油（O/W）方法進(jìn)行制備，具體方法①根據(jù)藥物的物理性質(zhì)選擇相應(yīng)的 PLGA 修飾的末端基團(tuán)，②選擇合適分子量大小的 PLGA，③通過控制 PLGA 分子量，溶劑的濃度及第一相與第二相的比例及攪拌速率，控制制備的 PLGA 微球。

對(duì)于不溶于水或水溶性較差的藥物適用單乳法，具體方法是將藥物溶解或混懸于高分子溶液當(dāng)中，然后將得到的混合物分散在與其不相容的含有乳化劑的水相中，不斷攪拌，使溶劑揮發(fā)，得到固體微球。對(duì)于難溶于有機(jī)溶劑的水溶性藥物適用復(fù)乳法，具體的制備方法：（1）將藥物溶解于水中；（2）將 PLGA 溶于二氯甲烷等有機(jī)溶劑；（3）將兩者高速攪拌后得到初乳；（4）將初乳置于外水相中，得到復(fù)乳（即 W/O/W 水包油包水乳濁液）。

制備的工藝和設(shè)備：，處理能力200ml-20L，乳化速度范圍50-3300RPM；其中試和生產(chǎn)規(guī)模乳化設(shè)備的處理能力從50L到1500L可選。

2.2噴霧干燥法

噴霧干燥法制備微球的過程是將液體原料噴霧到熱干燥介質(zhì)(空氣、或者氮?dú)?中，使其轉(zhuǎn)變成干粉的過程，大體可分為三個(gè)步驟：①通過霧化器將原料霧化成小液滴；②在與干燥氣體接觸時(shí)將液滴干燥；③將干燥的顆粒從干燥介質(zhì)中分離出來。過程中通過選擇不同大小的噴嘴和調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件可以制備不同形態(tài)和大小的微球。

噴霧干燥制備微球技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：①可用于制備多種藥物微球，特別是具有生物活性的蛋白和多肽類藥物，在制備過程中，活性損失小；②制備過程中無外水相的藥物損失，可達(dá)到很高的包封率。缺點(diǎn)：①制得的微球可能黏附在噴霧干燥器的內(nèi)部，造成物料損失；②在制備過程中需要特別注意溫度控制，干燥溫度過高容易使微球變形、聚集、造成熱敏感性藥物失去活性，而干燥溫度過低時(shí)溶劑殘較多，對(duì)微球粒徑的控制較差。

噴霧干燥法因操作比較簡(jiǎn)單、包封率高、制得微球粒徑均勻、一步成球等特點(diǎn)，減少了人為操作的誤差，簡(jiǎn)化了過程中的滅菌工藝，適合于工業(yè)上大規(guī)模的放大生產(chǎn)，在微球生產(chǎn)制備中的應(yīng)用也越來越多。

制備的工藝和設(shè)備：英國(guó)Labplant公司的全自動(dòng)實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)SD-06AG可以提供四種噴嘴0.5、1.0、1.5、2.0mm，適合制備不同大小的微球，能獲得0.1-40微米的球形粉末；獨(dú)特設(shè)計(jì)的二級(jí)旋風(fēng)系統(tǒng)可以捕獲更小的微球，實(shí)時(shí)繪制實(shí)驗(yàn)過程的進(jìn)口溫度和出口溫度曲線，防止樣品因溫度波動(dòng)失去活性；全不銹鋼設(shè)計(jì)，滿足藥物GMP的要求。

2.3相分離法

相分離法也應(yīng)用廣泛，可以將不同特性的藥物包埋進(jìn)微球。在載藥微球的制備中，應(yīng)用較為廣泛的是溶劑－非溶劑法，原理是在聚合物的有機(jī)溶液中加入第三組分來降低聚合物的溶解度，一個(gè)重要的特點(diǎn)是該工藝產(chǎn)生兩個(gè)液相(相分離)。在攪拌下向聚合物-藥物-溶劑體系中加入有機(jī)非溶劑，該有機(jī)非溶劑逐漸地萃取聚合物的溶劑，結(jié)果使聚合物進(jìn)行相分離，形成非常軟的載藥液滴(可以用攪拌速率控制液滴粒徑)，然后將該系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一種有機(jī)非溶劑中，使微球固化以得到最終的微球產(chǎn)品。

相分離法制備微球優(yōu)點(diǎn)：①只需要標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)設(shè)備并且易于分批次制備，不需要在設(shè)備上進(jìn)行昂貴的投資；②對(duì)于親水性藥物成球性好。缺點(diǎn)：①制備過程中使用大量有機(jī)溶劑，最終產(chǎn)品中有機(jī)溶劑的去除比較困難；②相分離制備的微球容易聚集成團(tuán)，大規(guī)模生產(chǎn)困難；③相比其他制備方法，微球在親脂性的硬化劑中固化，疏水性可能更強(qiáng)，需要特別關(guān)注分散劑或者表面活性劑的處方開發(fā)；④無菌控制比較困難。

制備的工藝和設(shè)備：法國(guó)VMI公司的實(shí)驗(yàn)室多功能均質(zhì)乳化機(jī)Turbotest選擇合適的攪拌漿很容易完成相分離法的攪拌功能。

2.4超臨界流體沉積法

超臨界流體法是將藥物、聚合物和超臨界流體溶液混合均勻后，通過調(diào)整溫度和壓力使整個(gè)體系處于飽和狀態(tài)，再通過改變溫度和壓力等，降低整個(gè)體系的飽和度，從而使溶質(zhì)從整個(gè)體系中析出，實(shí)現(xiàn)聚合物對(duì)藥物的包裹，形成粒徑均一的微球。超臨界流體沉積法制備工藝條件溫和，微球形成時(shí)間短、包封率高、有機(jī)溶劑殘留量少，適合熱敏性藥物以及揮發(fā)性藥物微球的制備。

2.5熱熔擠出研磨法

熱熔擠出研磨法是將藥物同聚合物或其他輔料進(jìn)行熔融混合，得到均勻分布原料藥的 PLGA 條塊狀產(chǎn)品，再對(duì)此產(chǎn)品進(jìn)行研磨，得到顆粒狀微球，可通過控制熔融溫度和研磨條件來調(diào)整微球藥物分布狀態(tài)和粒徑大小。

熱熔擠出技術(shù)制備微球的優(yōu)點(diǎn)：①制備過程中不需要使用有機(jī)溶劑，不會(huì)帶來有機(jī)溶劑的問題，安全無毒，質(zhì)量?jī)?yōu)良；②產(chǎn)率高，連續(xù)性強(qiáng)，包封率接近 100% 。缺點(diǎn)：①制備過程中有高溫過程，對(duì)溫度敏感的蛋白多肽類藥物不能應(yīng)用此方法；②活性藥物成分(API)的質(zhì)量控制更嚴(yán)格，需要在制備前預(yù)處理，其直接影響微球的理化性質(zhì)甚至功效。

2.6微流控技術(shù)

微流控技術(shù)制備微球的方法是通過微通道生產(chǎn)液滴，利用體積(如注射器泵)或壓力(如壓力容器)的驅(qū)動(dòng)力將不相溶的連續(xù)相和分散相分別在各自的通道流動(dòng)，氣體或液體在通道的交匯處相遇，利用連續(xù)相對(duì)分散相進(jìn)行擠壓或剪切作用，促使界面不穩(wěn)定而斷裂，生成分散液滴。微通道可以制備的微球尺寸在10到300μm之間，制作精良的微通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)整，能夠保證液滴在每一條微通道內(nèi)的微環(huán)境完全相同，在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模時(shí)，只需要并行增加數(shù)量或者微反應(yīng)器單元，所有的工藝控制參數(shù)均具有延續(xù)性。并且通過不同參數(shù)輸入到預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型中，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微球粒徑的預(yù)測(cè)，從而快速實(shí)現(xiàn)釋放行為的優(yōu)化。

微流控技術(shù)制備微球的優(yōu)點(diǎn)：①可控尺寸和形態(tài)：通過改變流速可以控制制備微球粒徑，變異系數(shù)(CV)可以控制到小于 2%。由于每個(gè)顆粒以相同的方式單獨(dú)形成，可以生成粒徑均一的微球。②具有生產(chǎn)多乳劑的能力，在各相通道內(nèi)通入多相互不相溶的溶液使其在微通道內(nèi)依次剪切并乳化，一層一層包覆從而形成分散的多重乳液；③在放大過程中具有高度的重現(xiàn)性。大規(guī)模并行化可以大批量生產(chǎn)，同時(shí)保持固定的產(chǎn)品特性；④乳化、聚合和分析的過程容易結(jié)合；⑤系統(tǒng)是封閉的，因此可以消除空氣/氧氣對(duì)藥物的降解，同時(shí)容易進(jìn)行無菌生產(chǎn)。缺點(diǎn)：①清洗比較困難；②生產(chǎn)效率還有待提高，以滿足工業(yè)化生產(chǎn)；③預(yù)測(cè)液滴直徑的模型較少。

2.7 SPG膜乳化法

根據(jù)膜乳化制備過程的成乳原理，膜乳化技術(shù)主要可分為兩大類型：直接(常規(guī)) 膜乳化和快速膜乳化，兩種膜乳化方法在制備粒徑均一的乳液的過程各有優(yōu)勢(shì)，適用的乳液粒徑控制范圍不同。直接乳化是將分散相和連續(xù)相分別準(zhǔn)備在不同的容器中，分散相穿過SPG膜利用表面張力產(chǎn)生均勻的乳化液，連續(xù)相要求輕微的流動(dòng)，乳化液的粒子大小是3-4倍的SPG膜的孔徑；快速膜乳化器的工作原理是通過將常規(guī)乳化法制備粒徑大于膜孔孔徑的預(yù)乳液，隨后利用外部壓力將預(yù)乳液快速通過尺寸大小可選擇的微孔膜，形成粒徑均一的乳滴，一般重復(fù)操作3-5次后，即可得到粒徑均一的乳液，乳化液的粒子大小一般小于SPG膜的孔徑；SPG膜乳液固化后即可得到粒徑均一可控的載藥微球。

膜乳化技術(shù)制備微球的優(yōu)點(diǎn)：①微球尺寸均一可控，微球粒徑取決于膜孔徑，微球制劑批次間重復(fù)性好；②反應(yīng)條件溫和，可以用于對(duì)攪拌敏感的蛋白多肽類藥物；③乳液穩(wěn)定性好，制備過程中利用表面活性劑不易發(fā)生乳液團(tuán)聚、破乳現(xiàn)象，表面活性劑用量少；④操作過程簡(jiǎn)便，易于工業(yè)規(guī)模擴(kuò)大生產(chǎn)。缺點(diǎn)：①制備的微球粒徑過于單一，會(huì)影響藥物體內(nèi)釋放周期，并且有造成突然釋放的危險(xiǎn)，有待進(jìn)一步研究；②目前還沒有應(yīng)用膜乳化技術(shù)生產(chǎn)的微球產(chǎn)品上市，主要制約因素在于生產(chǎn)設(shè)備中膜材質(zhì)要符合多重要求：機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)、保持孔徑大小保持穩(wěn)定、易于清洗，不易堵塞。

制備的工藝和設(shè)備：日本SPG公司發(fā)明的膜乳化技術(shù)是時(shí)間上唯一能制備均一微球的方法，并且能選擇不同孔徑的膜，來獲得不同大小的微球，對(duì)應(yīng)的設(shè)備從微量樣品到大規(guī)模生產(chǎn)，其中MG-20和KH-125是最常用的型號(hào)。

2.8 高壓均質(zhì)方法

為了實(shí)現(xiàn)在液體中長(zhǎng)期混合一種或多種物質(zhì)，高壓均質(zhì)機(jī)能將液體中分散的懸浮物質(zhì)微?；瑯悠吩诘退俸透邏旱那闆r下到達(dá)均質(zhì)閥門時(shí)，在各種力的作用下而使樣品微?；簤毫Φ膭×覝p小而引起霧化的水珠之間摩擦、高頻擾動(dòng)，最后以極高的速度沖擊到碰撞環(huán)上，而產(chǎn)生撞擊，其過程包含了空穴效應(yīng)、碰撞效應(yīng)和剪切效應(yīng)等，達(dá)到細(xì)化和均質(zhì)的作用，獲得超細(xì)的微球和液滴。高壓均質(zhì)機(jī)可以使用單級(jí)均質(zhì)閥門，適于單純的分散預(yù)處理；也可以使用兩級(jí)均質(zhì)閥門，適于乳化液樣品和對(duì)粘度有要求的樣品。

高壓均質(zhì)機(jī)常用于制備微米納米乳劑、微粒、脂質(zhì)體，一般是先利用攪拌剪切進(jìn)行初乳制備，再經(jīng)過高壓均質(zhì)得到較小粒徑的制劑，其粒徑大小一般會(huì)呈正態(tài)分布，高壓均質(zhì)機(jī)的可控參數(shù)有均質(zhì)壓力、循環(huán)次數(shù)(循環(huán)時(shí)間)和溫度等，微粒大小和分布一般隨著均質(zhì)壓力增加和循環(huán)次數(shù)增多明顯下降，達(dá)到一定壓力和循環(huán)次數(shù)后漸趨平衡，也有的乳液當(dāng)均質(zhì)壓力和循環(huán)次數(shù)超過一定值后，粒徑和分布反而增加，因而存在一個(gè)最佳的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

制備的工藝和設(shè)備：意大利FBF公司一直致力于高壓均質(zhì)機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)，其實(shí)驗(yàn)室型號(hào)HomoLab的最高均質(zhì)壓力可以達(dá)到1800bar，處理能力為20L/小時(shí)，最小處理量為50ml的樣品，獨(dú)有的強(qiáng)制進(jìn)樣技術(shù)特別適合高粘度樣品的均質(zhì)和制備特殊的微球；中試和生產(chǎn)型號(hào)有近百種供選擇，以滿足不同用戶不同的應(yīng)用需求。

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