微囊与微球的制备技术

一、微囊与微球的概述

微型包囊是近40年来应用于药物的新工艺、新技术，其制备过程通称微型包囊术，简称微囊化，系利用天然的或合成的高分子材料（囊材）作为囊膜壁壳，将固态药物或液态药物（囊心物）包裹而成药库型的微囊；也可使药物溶解和（或）分散在高分子材料中，形成骨架型微小球状实体，称微球，微囊和微球的粒径都属于微米级。

目前，尽管微囊化的药物制剂商品还不多，但药物微囊化技术的研究却是突飞猛进。微囊化技术的进展可分为几个阶段。20世纪80年代以前主要应用粒径为5μm～2mm的小丸，80年代发展了粒径小（0．01～10μm）的第2代产品，这类产品通过非胃肠道给药时，被器官或组织吸收能显著延长药效、降低毒性、提高活性和生物利用度。第3代产品主要是纳米级胶体粒子的靶向制剂，即具有特异的吸收和作用部位的制剂。

近年来，由于可生物降解无毒聚合物的开发，人工化学栓塞或通过注射油液或乳剂的淋巴系统导向肿瘤靶向制剂的研究都已获得成功。应用影细胞或重组细胞（如红细胞）作载体，使生物相容性得以改善；缓释控释避孕药、提高抗体滴度的抗原微囊化也已实现。临床上将微囊化技术应用于敏感的生物分子，如蛋白质、酶、激素、肽类，甚至应用于活细胞，可减少活性损失或变性。

药物微囊化的目的为：①掩盖药物的不良气味及口味；②提高药物的稳定性；③防止药物在胃内失活或减少对胃的刺激；④使液态药物固态化便于应用与贮存；⑤减少复方药物的配伍变化；⑥可制备缓释或控释制剂；⑦使药物浓集于靶区，提高疗效，降低毒副作用；⑧可将活细胞或生物活性物质包囊。

二、微囊与微球的制备材料

（一）囊心物

微囊的囊心物除主药外还可以包括提高微囊化质量而加入的附加剂，如稳定剂、稀释剂、控制释放速率的阻滞剂、促进剂及改善囊膜可塑性的增塑剂等。囊心物可以是固体，也可以是液体。通常将主药与附加剂混匀后微囊化；亦可先将主药单独微囊化，再加入附加剂。若有多种主药，可将其混匀再微囊化，亦可分别微囊化后再混合。这取决于设计要求，药物、囊材和附加剂的性质及工艺条件等。采用不同的工艺条件，对囊心物也有不同的要求。如用相分离凝聚法时囊心物一般不应是水溶性的，而界面缩聚法则要求囊心物必须是水溶性的。另外囊心物与囊材的比例应适当，如囊心物过少，易成无囊心物的空囊。

（二）囊材

用于包囊所需的材料称为囊材。对囊材的一般要求是：①性质稳定；②有适宜的释放速率；③无毒、无刺激性；④能与药物配伍，不影响药物的药理作用及含量测定；⑤有一定的强度及可塑性，能完全包封囊心物；⑥具有符合要求的黏度、穿透性、亲水性、溶解性、降解性等特性。常用的囊材可分为下述三大类。

1．天然高分子囊材　天然高分子材料是最常用的囊材，因其稳定、无毒、成膜性好。

（1）明胶：明胶是氨基酸与肽交联形成的直链聚合物，聚合度不同的明胶具有不同的分子量，其Mav在15 000～25 000之间。因制备时水解方法的不同，明胶分酸法明胶（A型）和碱法明胶（B型）。通常可根据药物对酸碱性的要求选用A型或B型，用于制备微囊的用量为20～100g／L。

（2）阿拉伯胶：一般常与明胶等量配合使用，作囊材的用量为20～100g／L，亦可与白蛋白配合作复合材料。

（3）海藻酸盐：系多糖类化合物，常用稀碱从褐藻中提取而得。海藻酸钠可溶于不同温度的水中，不溶于乙醇、乙醚及其他有机溶剂；不同Mav产品的黏度有差异。也可与聚赖氨酸合用做复合材料。因海藻酸钙不溶于水，故海藻酸钠可用Ca Cl2固化成囊。

（4）壳聚糖：壳聚糖是由甲壳素脱乙酰化后制得的一种天然聚阳离子多糖，可溶于酸或酸性水溶液，无毒、无抗原性，在体内能被溶菌酶等酶解，具有优良的生物降解性和成膜性，在体内可溶胀成水凝胶。

2．半合成高分子囊材　作囊材的半合成高分子材料多系纤维素衍生物，其特点是毒性小、黏度大、成盐后溶解度增大。

（1）羧甲基纤维素盐：羧甲基纤维素盐属阴离子型的高分子电解质，如羧甲基纤维素钠（CMC－Na）常与明胶配合作复合囊材，一般分别配1～5g／L CMC－Na及30g／L明胶，再按体积比2∶1混合。CMC－Na遇水溶胀，体积可增大10倍，在酸性溶液中不溶。水溶液黏度大，有抗盐能力和一定的热稳定性，不会发酵，也可以制成铝盐CMC－Al单独作囊材。

（2）醋酸纤维素酞酸酯（CAP）：在强酸中不溶解，可溶于pH＞6的水溶液，分子中含游离羧基，其相对含量决定其水溶液的pH值及能溶解CAP的溶液最低pH值。用做囊材时可单独使用，用量一般为30g／L，也可与明胶配合使用。

（3）乙基纤维素（EC）：化学稳定性高，适用于多种药物的微囊化，不溶于水、甘油和丙二醇，可溶于乙醇，遇强酸易水解，故对强酸性药物不适宜。

（4）甲基纤维素：甲基纤维素（MC）用做微囊囊材的用量为10～30g／L，亦可与明胶、CMC－Na、聚维酮（PVP）等配合作复合囊材。

（5）羟丙甲纤维素（HPMC）：能溶于冷水成为黏性溶液，不溶于热水，长期贮存稳定，有表面活性，表面张力为（42～56）×10－5N／cm。

3．合成高分子囊材　作囊材用的合成高分子材料有生物不降解的和生物可降解的两类。生物不降解且不受pH值影响的囊材有聚酰胺、硅橡胶等。生物不降解、但在一定pH条件下可溶解的囊材有聚丙烯酸树脂、聚乙烯醇等。

案例——想一想

复方醋酸甲地孕酮微囊注射液

【处方】 醋酸甲地孕酮　 450g　戊酸雌二醇 150g　明胶　适量

阿拉伯胶粉　适量 　36％甲醛溶液　适量　5％醋酸溶液　适量

20％氢氧化钠溶液　适量

【问题】 请分析复方醋酸甲地孕酮微囊注射液的处方中各成分的作用。

三、微囊的制备

微囊的制备方法可归纳为物理化学法、物理机械法和化学法三大类。根据药物、囊材的性质和微囊的粒径、释放要求及靶向性要求，选择不同的制备方法。

（一）物理化学法

本法在液相中进行，囊心物与囊材在一定条件下形成新相析出，故又称相分离法。其微囊化步骤大体可分为囊心物的分散、囊材的加入、囊材的沉积和囊材的固化4步。

相分离工艺现已成为药物微囊化的主要工艺之一，它所用设备简单，高分子材料来源广泛，可将多种类别的药物微囊化。相分离法分为单凝聚法、复凝聚法、溶剂－非溶剂法、改变温度法和液中干燥法。

1．单凝聚法　是在高分子囊材溶液中加入凝聚剂以降低高分子材料的溶解度而凝聚成囊的方法，在相分离法中较常用的一种方法（图13－3）。

图13－3 单凝聚法制备微囊工艺流程

（1）基本原理：如将药物分散在明胶材料溶液中，然后加入凝聚剂（可以是强亲水性电解质硫酸钠水溶液，或强亲水性的非电解质如乙醇），由于明胶分子水合膜的水分子与凝聚剂结合，使明胶的溶解度降低，分子间形成氢键，最后从溶液中析出而凝聚形成凝聚囊。这种凝聚是可逆的，一旦解除凝聚的条件（如加水稀释），就可发生解凝聚，凝聚囊很快消失。这种可逆性在制备过程中可加以利用，经过几次凝聚与解凝聚，直到凝聚囊形成满意的形状为止（可用显微镜观察）。最后再采取措施加以交联，使之成为不凝结、不粘连、不可逆的球形微囊。

（2）工艺：如以明胶为囊材的左炔诺孕酮－雌二醇微囊，将左炔诺孕酮与雌二醇混匀，加到明胶溶液中混悬均匀，加入硫酸钠溶液（凝聚剂），形成微囊，再加入稀释液，即Na2SO4溶液，其浓度由凝聚囊系统中已有的Na2SO4浓度（如为a％）加1．5％［即（a＋1．5）％］，稀释液体积为凝聚囊系统总体积的3倍，稀释液温度为15℃。所用稀释液浓度过高或过低，可使凝聚囊粘连成团或溶解。得粒径在10～40μm的微囊占总重量95％以上，平均体积径为20．7μm。

2．复凝聚法　系使用带相反电荷的两种高分子材料作为复合囊材，在一定条件下交联且与囊心物凝聚成囊的方法。复凝聚法是经典的微囊化方法，它操作简便，容易掌握，适合于难溶性药物的微囊化，工艺流程如图13－4所示。

可作复合材料的有明胶与阿拉伯胶（或CMC或CAP等多糖）、海藻酸盐与聚赖氨酸、海藻酸盐与壳聚糖、海藻酸与白蛋白、白蛋白与阿拉伯胶等。

3．溶剂－非溶剂法　是在囊材溶液中加入一种对囊材不溶的溶剂（非溶剂），引起相分离，而将药物包裹成囊的方法。常用囊材的溶剂和非溶剂的组合如表13－2所示。使用疏水囊材，要用有机溶剂溶解，疏水性药物可与囊材溶液混合，亲水性药物不溶于有机溶剂，可混悬或乳化在囊材溶液中。然后加入争夺有机溶剂的非溶剂，使材料降低溶解度而从溶液中分离，除去有机溶剂即得。如促肝细胞生长素微囊平均粒径12．7μm，载药量29．7％，药物的包封产率达95．7％。

图13－4 复凝聚法制备微囊工艺流程

表13－2 常用囊材的溶剂与非溶剂

4．液中干燥法　从乳状液中除去分散相中的挥发性溶剂以制备微囊的方法称为液中干燥法，亦称为乳化－溶剂挥发法。

液中干燥法的干燥工艺包括两个基本过程：溶剂萃取过程（两液相之间）和溶剂蒸发过程（液相和气相之间）。按操作可分为连续干燥法、间歇干燥法和复乳法。前两者应用于O／W型、W／O型及O／O型（如乙腈／液状石蜡、丙酮／液状石蜡等）乳状液，复乳法应用于W／O／W型或O／W／O型复乳。它们都要先制备囊材的溶液，乳化后囊材溶液存在于分散相中，与连续相不混溶，但囊材溶剂对连续相应有一定的溶解度，否则萃取过程无法实现。连续干燥法及间歇干燥法中，如所用的囊材溶剂能溶解药物，则可制得微球，否则是微囊。复乳法制得的通常是微囊。

（二）物理机械法

本法是将固态或液态药物在气相中进行微囊化的方法，需要一定设备条件。

1．喷雾干燥法　可用于固态或液态药物的微囊化，粒径范围通常为5～600μm。工艺是先将囊心物分散在囊材的溶液中，再用喷雾法将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形，进而干燥即得微囊。

2．喷雾凝结法　将囊心物分散于熔融的囊材中，喷于冷气流中凝聚而成囊的方法。常用的囊材有蜡类、脂肪酸和脂肪醇等，在室温均为固体，而在较高温下能熔融。如以美西律盐酸盐为囊心物，用硬脂酸和EC为复合囊材，以34．31～68．62k Pa的压缩空气通过喷雾凝结法成囊，粒径为8～100μm。

3．空气悬浮法　亦称流化床包衣法，系利用垂直强气流使囊心物悬浮在气流中，将囊材溶液通过喷嘴喷射于囊心物表面，热气流将溶剂挥干，囊心物表面便形成囊材薄膜而成微囊。本法所得的微囊粒径一般在35～5 000μm范围。囊材可以是多聚糖、明胶、树脂、蜡、纤维素衍生物及合成聚合物。在悬浮成囊的过程中，药物虽已微粉化，但在流化床包衣过程中可能会粘结，因此，可加入第3种成分，如滑石粉或硬脂酸镁，先与微粉化药物黏结成1个单位，然后再通过流化床包衣，可减少微粉化药物的黏结。设备装置基本上与小丸悬浮包衣装置相同。

4．多孔离心法　利用圆筒的高速旋转使囊心物产生离心力，另使囊材溶液形成液态膜，囊心物高速穿过液态膜形成微囊，再经过不同方法加以固化（用非溶剂、凝结或挥去溶剂等），即得微囊。

5．锅包衣法　系利用包衣锅将囊材溶液喷在固态囊心物上挥干溶剂形成微囊，导入包衣锅的热气流可加速溶剂挥发。

上述几种物理机械法均可用于水溶性和脂溶性的、固态或液态药物的微囊化，其中以喷雾干燥法最常用。通常，采用物理机械法时囊心物有一定损失且微囊有粘连，但囊心物损失在5％左右、粘连在10％左右，生产中都认为是合理的。

（三）化学法

化学法系指利用溶液中的单体或高分子通过聚合反应或缩合反应生成囊膜而制成微囊的方法。本法的特点是不加凝聚剂，先制成W／O型乳状液，再利用化学反应交联固化。

1．界面缩聚法　亦称界面聚合法，是在分散相（水相）与连续相（有机相）的界面上发生单体的缩聚反应。例如，水相中含有1，6－己二胺和碱，有机相中含对苯二甲酰氯的环己烷、氯仿溶液，将上述两相混合搅拌，在水滴界面上发生缩聚反应，生成聚酰胺。

2．辐射交联法　该法系将明胶在乳化状态下，经γ射线照射发生交联，再处理制得粉末状微囊。该工艺的特点是工艺简单，不在明胶中引入其他成分。

四、微球的制备

微球系药物与高分子材料制成的基质骨架的球形或类球形实体。药物溶解或分散于实体中，其大小因使用目的而异，通常微球的粒径范围为1～250μm。目前国内产品有肌内注射用丙氨瑞林微球、植入用黄体酮微球、口服用阿昔洛韦微球、布洛芬微球等。

微球的制备方法与微囊的制备有相似之处。根据材料和药物的性质不同可以采用不同的微球制备方法。现将几种常见微球的制备方法简介如下。

（一）明胶微球

用明胶等天然高分子材料，以乳化交联法制备微球。以药物和材料的混合水溶液为水相，用含乳化剂的油为油相，混合搅拌乳化，形成稳定的W／O型或O／W型乳状液，加入化学交联剂（如产生胺醛缩合或醇醛缩合反应），可得粉末状微球。其粒径通常在1～100μm范围内。油相可采用蓖麻油、橄榄油或液状石蜡等。油相不同，微球粒径亦不相同。不同交联剂对微球质量也有影响，如用甲醛交联形成的明胶微球表面光滑，而戊二醛交联形成的微球表面有裂缝。这可能会对释药产生不同的影响。

（二）白蛋白微球

白蛋白微球可用上述的液中干燥法或喷雾干燥法制备。制备白蛋白微球的液中干燥法以加热交联代替化学交联，使用的加热交联温度不同（100～180℃），微球平均粒径不同，在中间温度（125～145℃）时粒径较小。

喷雾干燥法将药物与白蛋白的溶液经喷嘴喷入干燥室内，同时送入干燥室的热空气流使雾滴中的水分快速蒸发、干燥，即得微球。如将喷雾干燥得的微球再进行热变性处理，可得到缓释微球。

目前国内已研制成功的白蛋白微球有顺铂、硫酸链霉素、米托蒽醌、左旋多巴、环磷酰胺等。

（三）淀粉微球

淀粉微球商品Pharmacia，Uppsala（瑞典），系由淀粉水解再经乳化聚合制得。其微球在水中可膨胀而具有凝胶的特性，粒径1～500μm，降解时间从数分钟到几小时。用于动脉栓塞的淀粉微球商品名Spherex，可混悬于生理盐水中，在酶存在下水解半衰期为20～30min。

（四）聚酯类微球

聚酯类微球可用液中干燥法制备。以药物与聚酯材料组成挥发性有机相，加至含乳化剂的水相中搅拌乳化，形成稳定的O／W型乳状液，加水萃取（亦可同时加热）挥发除去有机相，即得微球。

五、微囊、微球的质量评价

目前微囊、微球的质量评价，除制成的制剂本身要求应符合药典规定外，还包括下述内容。

1．形态、粒径及其分布　可采用光学显微镜、扫描或电子显微镜观察形态并提供照片。微囊形态应为圆整球形或椭圆形的封闭囊状物，微球应为圆整球形或椭圆形的实体。

不同制剂对粒径有不同的要求。注射剂的微囊、微球粒径应符合《中国药典》中混悬注射剂的规定；用于静脉注射起靶向作用时，应符合静脉注射的规定。

2．药物的含量　微囊、微球中药物含量的测定一般采用溶剂提取法。溶剂的选择原则是：应使药物最大限度地溶出而最小限度地溶解载体材料，溶剂本身也不应干扰测定。

3．药物的载药量与包封率　对于粉末状微囊（球），先测定其含药量后计算载药量；对于混悬于液态介质中的微囊（球），先将其分离，分别测定液体介质和微囊（球）的含药量后计算其载药量、包封率和包封产率。

4．药物的释放速率　微囊、微球中药物的释放速率可采用《中国药典》（2010年版）二部附录溶出度测定法中第2法（浆法）进行测定，亦可将试样置薄膜透析管内按第1法（转篮法）进行测定，或采用流池法测定。

5．有机溶剂残留量　凡工艺中采用有机溶剂者，应测定有机溶剂残留量，并不得超过中国药典规定的限量。中国药典中未规定的有机溶剂，其残留量的限度可参考ICH （International Conference of Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use，人用药物注册技术要求国际协调会议）的规定。

课堂讨论

请同学们思考：凝聚法制备微囊影响因素有哪些？