本发明涉及一种基于超临界流体技术的载药气凝胶制备方法。

背景技术：

药物疗效的发挥，不仅依赖于药物的成分及含量，同时也受到给药系统的影响。目前给药系统通常是靠药物载体的特性赋予给药系统缓控释、靶向、透皮吸收等功能。采用载体负载药物进行给药具有诸多优势，例如适用的载体和药物范围广；载体形状和功能多样；载体的存在可为药物提供良好的微环境。多孔材料具有密度低、比表面积大的特性，作为药物载体与实心材料相比具有一定优势，近年来受到广泛关注。

气凝胶是多孔材料的一种，具有密度低，孔隙率高等特点，作为药物载体，可通过调节气凝胶外部形状和内部结构从而调节药物的负载量及释放行为，在药物载体领域具有良好的应用前景。传统的气凝胶制备过程主要包括凝胶制备，溶剂交换，干燥等过程，其中凝胶制备过程通常需要使用大量有机溶剂；溶剂交换过程操作步骤冗长，效率较低；传统的干燥方法例如真空干燥、冷冻干燥等会导致凝胶内部孔洞塌陷，破坏气凝胶结构。气凝胶作为载体进行药物负载，通常采用两种方法，一种是在气凝胶制备过程中，直接加入药物；另一种是在气凝胶制备完成后，再采用溶液浸渍等方法将药物负载到气溶胶之中。这两种策略均存在不足，例如过程中使用的有机溶剂会导致药物的变性，药物浸渍过程存在破坏气凝胶结构的风险，且需要后续的分离纯化步骤。因此，大力开发新型绿色高效的载药气凝胶制备技术变得非常迫切。

随着超临界流体技术研究的不断深入，利用超临界流体技术制造、加工药物被认为是替代传统药物加工技术的有效途径之一。以超临界流体技术为基础的药物加工技术大致上可分为4类：（1）超临界流体作为溶剂；（2）超临界流体作为抗溶剂；（3）超临界流体作为辅助分散相；（4）超临界流体作为反应介质。这些基于超临界流体技术的过程由于有机溶剂使用量小甚至不使用有机溶剂，溶剂残留量低，具有环境友好、操作条件温和、过程稳定和可控性好等诸多优点，受到人们的极大关注，在医药领域的应用越来越广泛，是一种很有潜力的绿色工程技术。

超临界流体技术制备负载药物的气凝胶过程中，超临界二氧化碳一方面作为干燥介质，对水凝胶进行干燥，一方面作为溶剂，对药物进行溶解。溶解了药物的超临界二氧化碳与复合材料伤口敷料在高压釜内充分接触达到浸渍平衡，由于超临界二氧化碳具有较强的扩散性，药物随超临界二氧化碳进入到复合材料伤口敷料中，随着泄压过程中压力的下降，二氧化碳对药物的溶解作用减弱，药物保留在复合材料伤口敷料中，最终得到负载药物的复合材料伤口敷料。与液体溶液浸渍法相比，超临界溶液浸渍法（Supercritical Solution Impregnation, SSI）过程效率更高，超临界二氧化碳对聚合物的溶胀作用加速了浸渍过程，而且二氧化碳与药物分子形成混合物，二元混合物的扩散系数大大提高，二氧化碳进入聚合物基质的同时，将溶解于其中的药物分子传递进入到聚合物基质，从而进一步提高了浸渍效率。SSI过程中的二氧化碳温度和压力均会影响药物在复合材料伤口敷料的负载，可以通过调节过程操作条件达到不同的药物负载量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于超临界流体技术的载药气凝胶制备方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于超临界流体技术的载药伤口敷料制备方法，包括如下步骤：

1）将壳聚糖溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比1~5%的壳聚糖溶液，0~10℃冰浴、100~500r/min搅拌条件下，将质量体积比为3~15%的β-甘油磷酸钠水溶液滴加至壳聚糖溶液中混合形成壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶胶；

2）将壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶胶装于容器中并置于超临界流体干燥载药系统的干燥载药釜内，药物置于药物溶解釜中；

3）向系统中通入二氧化碳，打开通路阀，关闭釜前阀，调节系统通路使二氧化碳直接进入干燥载药釜内，在温度为40～70℃、压力为8～30MPa的超临界二氧化碳环境下，平衡2h，壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶胶在温度作用下转变为壳聚糖/β-甘油磷酸钠水凝胶，随后超临界二氧化碳带走水分，进行干燥，形成气凝胶；

4）关闭通路阀，打开釜前阀，调节设备通路，使二氧化碳经过药物溶解釜，在温度为40～70℃、压力为8～30MPa的超临界二氧化碳环境下，溶解药物后进入干燥载药釜内，在与药物溶解釜相同超临界二氧化碳环境下平衡2h，溶解有药物的超临界二氧化碳和壳聚糖/β-甘油磷酸钠气凝胶充分接触达到药物在气凝胶中的浸渍平衡，最后泄压，药物负载于壳聚糖/β-甘油磷酸钠气凝胶中得到载药气凝胶；所述的药物为紫杉醇、阿霉素或卡培他滨。

本发明所述的超临界流体干燥载药系统，包括二氧化碳钢瓶、冷却器、高压泵、恒温预热、药物溶解釜、可控电加热夹套、通路阀、釜前阀、压力表、干燥载药釜、可控电加热夹套、压力表、泄压阀（；二氧化碳钢瓶与冷却器、高压泵、恒温预热器、釜前阀、药物溶解釜、干燥载药釜、泄压阀顺次相连；通路阀与药物溶解釜并联，可调节超临界二氧化碳通路；药物溶解釜周围设有药物溶解釜可控电加热夹套，干燥载药釜周围设有干燥载药釜可控电加热夹套，药物溶解釜上部和干燥载药釜上部分别与压力表相连。所述的壳聚糖能用壳聚糖衍生物代替，壳聚糖衍生物为壳聚糖盐酸盐、羧甲基壳聚糖或羟丙基壳聚糖。所述的β-甘油磷酸钠能用聚乙烯醇或透明质酸代替，

干燥载药釜（10）和药物溶解釜（5）的超临界二氧化碳环境优选分别为：温度为40℃、高压泵（3）的压力设定为8MPa；温度为70℃、高压泵（3）的压力设定为30MPa；温度为50℃、高压泵（3）的压力设定为15MPa；温度为40℃、高压泵（3）的压力设定为30MPa。

本发明采用了温敏性聚合物作为基质制备水凝胶，并利用超临界二氧化碳对溶剂的干燥作用以及对药物的溶解作用进行气凝胶的制备以及药物的负载，以解决现有载药气凝胶制备过程中气凝胶结构的破坏以及药物分布不均匀的缺点，同时避免了交联剂的使用以及载药过程中的有机溶剂残留、药物流失、药物失活，成品质量难以保证等问题。本发明具有溶剂残留低、操作工艺简单高效、操作条件温和，药物活性保持完整，药物分布均匀，产品释放性能良好等优点。

附图说明

图1为本发明的超临界流体载药气凝胶制备系统结构示意图；

图2为实施例1中所制得的载药气凝胶的电子扫描显微镜照片；

图3为本发明的载药气凝胶的释放曲线；

图中：1、二氧化碳钢瓶，2、冷却器，3、高压泵，4、恒温预热器，5、药物溶解釜，6、药物溶解釜可控电加热夹套，7、通路阀，8、釜前阀，9、溶解釜压力表，10、干燥载药釜，11、干燥载药釜可控电加热夹套，12、载药釜压力表，13、泄压阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的一种基于超临界流体技术的载药气凝胶制备方法，包括如下步骤：

1）将壳聚糖溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比1~5%的壳聚糖溶液，0~10℃冰浴、100~500r/min搅拌条件下，将质量体积比为3~15%的β-甘油磷酸钠水溶液滴加至壳聚糖溶液中混合形成壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶胶；

2）将壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶胶装于容器中并置于超临界流体干燥载药系统的干燥载药釜10内，药物置于药物溶解釜5中；

3）向系统中通入二氧化碳，打开通路阀7，关闭釜前阀8，调节系统通路使二氧化碳直接进入干燥载药釜10内，在温度为40～70℃、压力为8～30MPa的超临界二氧化碳环境下，平衡2h，壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶胶在温度作用下转变为壳聚糖/β-甘油磷酸钠水凝胶，随后超临界二氧化碳带走水分，进行干燥，形成气凝胶；

4）关闭通路阀7，打开釜前阀8，调节设备通路，使二氧化碳经过药物溶解釜5，在温度为40～70℃、压力为8～30MPa的超临界二氧化碳环境下，溶解药物后进入干燥载药釜10内，在与药物溶解釜5相同超临界二氧化碳环境下平衡2h，溶解有药物的超临界二氧化碳和壳聚糖/β-甘油磷酸钠气凝胶充分接触达到药物在气凝胶中的浸渍平衡，最后泄压，药物负载于壳聚糖/β-甘油磷酸钠气凝胶中得到载药气凝胶；

本发明的超临界流体干燥载药系统包括二氧化碳钢瓶1、冷却器2、高压泵3、恒温预热器4、药物溶解釜5、药物溶解可控电加热夹套6、通路阀7、釜前阀8、压力表9、干燥载药釜10、可干燥载药釜控电加热夹套11、压力表12、泄压阀13；二氧化碳钢瓶1与冷却器2、高压泵3、恒温预热器4、釜前阀8、药物溶解釜5、干燥载药釜10、泄压阀13顺次相连；通路阀7与药物溶解釜5并联，可调节超临界二氧化碳通路；药物溶解釜5周围设有药物溶解釜可控电加热夹套6，干燥载药釜10周围设有干燥载药釜可控电加热夹套11，药物溶解釜5上部与溶解釜压力表9相连，干燥载药釜10上部与载药釜压力表9相连（见图1）。

所述的壳聚糖能用壳聚糖衍生物代替，壳聚糖衍生物为壳聚糖盐酸盐、羧甲基壳聚糖或羟丙基壳聚糖。所述的β-甘油磷酸钠能用聚乙烯醇或透明质酸代替。所述的药物为紫杉醇、阿霉素和卡培他滨。

干燥载药釜（10）和药物溶解釜（5）的超临界二氧化碳环境优选分别为：温度为40℃、高压泵（3）的压力设定为8MPa；温度为70℃、高压泵（3）的压力设定为30MPa；温度为50℃、高压泵（3）的压力设定为15MPa；温度为40℃、高压泵（3）的压力设定为30MPa。

实施例1

负载紫杉醇的壳聚糖/β-甘油磷酸钠气凝胶的制备：

首先将壳聚糖（150mpa.s，脱乙酰度95%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比1%的壳聚糖溶液，0℃冰浴100r/min搅拌条件下，将质量体积比为3%的β-甘油磷酸钠水溶液滴加至壳聚糖溶液中混合形成壳聚糖与β-甘油磷酸钠质量比为1:1的溶胶；

将然后壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶胶装于烧杯中置于超临界流体干燥载药系统的干燥载药釜10内，药物溶解釜5中预先放入2g紫杉醇；用冷却槽将二氧化碳钢瓶1流出的气体二氧化碳冷却成液体，二氧化碳由高压泵3输送，打开通路阀7，关闭釜前阀8，使二氧化碳直接进入干燥载药釜10内，干燥载药釜加热夹套设定温度40℃、高压泵3的压力设定为8MPa，平衡2h，壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶胶在温度作用下转变为壳聚糖/β-甘油磷酸钠水凝胶，随后打开泄压阀13，超临界二氧化碳带走水分，进行干燥，形成气凝胶；关闭泄压阀13，关闭通路阀7，打开釜前阀8，药物溶解釜可控电加热夹套6设定温度40℃，高压泵3压力设定为8MPa，平衡2h，二氧化碳经过药物溶解釜5溶解紫杉醇后进入干燥载药釜10内，溶解有紫杉醇的超临界二氧化碳和壳聚糖/β-甘油磷酸钠气凝胶充分接触达到浸渍平衡。过程结束后，关闭二氧化碳钢瓶1、冷却器2、高压泵3、药物溶解釜可控电加热夹套6和可干燥载药釜控电加热夹套11，缓慢泄压，得到负载紫杉醇的壳聚糖/β-甘油磷酸钠气凝胶。气凝胶载药量为86mg/g。载药气凝胶的形貌如图2所示。载药气凝胶的释放曲线如图3所示。

实施例2

负载阿霉素的壳聚糖盐酸盐/聚乙烯醇气凝胶的制备：

首先将壳聚糖盐酸盐（120mpa.s，脱乙酰度90%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比5%的壳聚糖盐酸盐溶液，0℃冰浴500r/min搅拌条件下，将质量体积比为15%的聚乙烯醇（1788）水溶液滴加至壳聚糖盐酸盐溶液中混合形成壳聚糖盐酸盐与聚乙烯醇质量比为1:3的溶胶；

然后将壳聚糖盐酸盐/聚乙烯醇溶胶装于烧杯中置于超临界流体干燥载药系统的干燥载药釜10内，药物溶解釜5中预先放入2g阿霉素；用冷却器2将二氧化碳钢瓶1流出的气体二氧化碳冷却成液体，二氧化碳由高压泵3输送，打开通路阀7，关闭釜前阀8，使二氧化碳直接进入干燥载药釜10内，干燥载药釜可控电加热夹套11设定温度70℃、高压泵3压力设定为30MPa，平衡2h，壳聚糖盐酸盐/聚乙烯醇溶胶在温度作用下转变为壳聚糖盐酸盐/聚乙烯醇水凝胶，随后打开泄压阀13，超临界二氧化碳带走水分，进行干燥，形成气凝胶；关闭泄压阀13，关闭通路阀7，打开釜前阀8，药物溶解釜可控电加热夹套6设定温度70℃，高压泵3压力设定为30MPa，平衡2h，二氧化碳经过药物溶解釜5溶解阿霉素后进入干燥载药釜10内，溶解有阿霉素的超临界二氧化碳和壳聚糖盐酸盐/聚乙烯醇气凝胶充分接触达到浸渍平衡。过程结束后，关闭二氧化碳钢瓶1、冷却器2、高压泵3、药物溶解釜可控电加热夹套6和可干燥载药釜控电加热夹套11缓慢泄压，得到负载阿霉素的壳聚糖盐酸盐/聚乙烯醇气凝胶。气凝胶载药量为102mg/g。

实施例3

负载卡培他滨的羧甲基壳聚糖/透明质酸气凝胶的制备：

首先将羧甲基壳聚糖（200mpa.s，脱乙酰度90%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比1%的羧甲基壳聚糖溶液，10℃冰浴100r/min搅拌条件下，将质量体积比为15%的透明质酸水溶液滴加至羧甲基壳聚糖溶液中混合形成羧甲基壳聚糖与透明质酸质量比为1:2的溶胶；

然后将羧甲基壳聚糖/透明质酸溶胶装于烧杯中置于超临界流体干燥载药系统的干燥载药釜10内，药物溶解釜5中预先放入2g卡培他滨；用冷却器2将二氧化碳钢瓶1流出的气体二氧化碳冷却成液体，二氧化碳由高压泵3输送，打开通路阀7，关闭釜前阀8，使二氧化碳直接进入干燥载药釜10内，干燥载药釜加热夹套11设定温度50℃、高压泵3压力设定为15MPa，平衡2h，羧甲基壳聚糖/透明质酸溶胶在温度作用下转变为羧甲基壳聚糖/透明质酸水凝胶，随后打开泄压阀13，超临界二氧化碳带走水分，进行干燥，形成气凝胶；关闭泄压阀13，关闭通路阀7，打开釜前阀8，药物溶解釜可控电加热夹套6设定温度为50℃，高压泵3压力设定为15MPa，平衡2h，二氧化碳经过药物溶解釜5溶解卡培他滨后进入干燥载药釜10内，溶解有卡培他滨的超临界二氧化碳和羧甲基壳聚糖/透明质酸气凝胶充分接触达到浸渍平衡。过程结束后，关闭二氧化碳钢瓶1、冷却器2、高压泵3、药物溶解釜可控电加热夹套6和可干燥载药釜控电加热夹套11，缓慢泄压，得到负载卡培他滨的羧甲基壳聚糖/透明质酸气凝胶。气凝胶载药量为75mg/g。

实施例4

负载阿霉素的羟丙基壳聚糖/β-甘油磷酸钠气凝胶的制备：

首先将羟丙基壳聚糖（100mpa.s，脱乙酰度95%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比5%的壳聚糖盐酸盐溶液，10℃冰浴500r/min搅拌条件下，将质量体积比为3%的β-甘油磷酸钠水溶液滴加至羟丙基壳聚糖溶液中混合形成羟丙基壳聚糖与β-甘油磷酸钠质量比为3:1的溶胶；

然后将羟丙基壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶胶装于烧杯中置于超临界流体干燥载药系统的干燥载药釜10内，药物溶解釜5中预先放入2g阿霉素；用冷却器2将二氧化碳钢瓶1流出的气体二氧化碳冷却成液体，二氧化碳由高压泵3输送，打开通路阀7，关闭釜前阀8，使二氧化碳直接进入干燥载药釜10内，干燥载药釜加热夹套11设定温度40℃、高压泵压力设定为30MPa，平衡2h，羟丙基壳聚糖/β-甘油磷酸钠溶胶在温度作用下转变为羟丙基壳聚糖/β-甘油磷酸钠水凝胶，随后打开泄压阀，超临界二氧化碳带走水分，进行干燥，形成气凝胶；关闭泄压阀，关闭通路阀，打开釜前阀8，药物溶解釜可控电加热夹套6设定温度为40℃，高压泵3压力设定为30MPa，平衡2h，二氧化碳经过药物溶解釜溶解阿霉素后进入干燥载药釜10内，溶解有阿霉素的超临界二氧化碳和羟丙基壳聚糖/β-甘油磷酸钠气凝胶充分接触达到浸渍平衡。过程结束后，关闭二氧化碳钢瓶1、冷却槽2、高压泵3、药物溶解釜可控电加热夹套6和可干燥载药釜控电加热夹套11，缓慢泄压，得到负载阿霉素的羟丙基壳聚糖/β-甘油磷酸钠气凝胶。气凝胶载药量为114mg/g。

实施例5

负载紫杉醇的壳聚糖/聚乙烯醇气凝胶的制备：

首先将壳聚糖（150mpa.s，脱乙酰度95%）溶解于醋酸水溶液中形成质量体积比2%的壳聚糖溶液，5℃冰浴300r/min搅拌条件下，将质量体积比为8%的聚乙烯醇水溶液滴加至壳聚糖溶液中混合形成壳聚糖与聚乙烯醇质量比为2:1的溶胶；

然后将壳聚糖/聚乙烯醇溶胶装于烧杯中置于超临界流体干燥载药系统的干燥载药釜10内，药物溶解釜5中预先放入2g紫杉醇；用冷却器2将二氧化碳钢瓶1流出的气体二氧化碳冷却成液体，二氧化碳由高压泵3输送，打开通路阀7，关闭釜前阀8，使二氧化碳直接进入干燥载药釜10内，干燥载药釜加热夹套11设定温度70℃、高压泵3压力设定为8MPa，平衡2h，壳聚糖/聚乙烯醇溶胶在温度作用下转变为壳聚糖/聚乙烯醇水凝胶，随后打开泄压阀13，超临界二氧化碳带走水分，进行干燥，形成气凝胶；关闭泄压阀13，关闭通路阀7，打开釜前阀8，药物溶解釜可控电加热夹套6设定为温度70℃，高压泵3压力设定为8MPa，平衡2h，二氧化碳经过药物溶解釜5溶解紫杉醇后进入干燥载药釜10内，溶解有紫杉醇的超临界二氧化碳和壳聚糖/聚乙烯醇气凝胶充分接触达到浸渍平衡。过程结束后，关闭二氧化碳钢瓶1、冷却器2、高压泵3、药物溶解釜可控电加热夹套6和可干燥载药釜控电加热夹套11，缓慢泄压，得到负载紫杉醇的壳聚糖/聚乙烯醇气凝胶。气凝胶载药量为96mg/g。