新型聚乙二醇单酯复合胶束的制备及性能研究

第37卷增刊2稀有金属材料与工程VoL37, Suppl.22008年5月RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERINGMay 2008新型聚乙二醇单酯复合胶束的制备及性能研究钱晓倩'，赖俊英1,2, 詹树林',张洁”, 王利群2,涂克华2(1.浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310027)(2.浙江大学高分子科学研究所，浙江杭州310027)摘要: 以二环已基碳酰亚胺N,N-二甲基氨基吡啶为偶联剂，酯化缩合了聚乙二醇单胆固醇酯(MePEG-chol) 和聚乙二醇单硬脂酸酯(MePEG-st), 并利用红外和核磁对产物结构进行了表征。采用表面张力法研究了MePEG-chol和MePEG-st溶液的胶束化行为。结果表明在MePEG-st的水溶液中加入MePEG -chol可以显著地降低MePEG-st溶液的临界胶柬浓度(CMC).当MePEG-cho!和MePEG-st以0.2摩尔比混合时，形成的复合胶束体系的CMC最小，表明胶束体系最稳定。动态光散射及透射电子显微镜测试表明复合体系形成粒径在10 nm左右，分布狭窄，形貌呈球形的微胶東粒子。与细胞膜中胆固醇通过嵌入磷脂疏水层达到稳定细胞膜的现象类似，本文中制备的MePEG-Chol 中的胆固醇嵌入到MePEG-St的疏水脂肪层，构成了胶束中疏水的复合内核，从而提高了复合胶束的稳定性。关键词:聚合物胶束，胆固醇，硬脂酸，药物控释中圈法分类号: TQ420文献标识码: A文章编号: 1002-185X(2008)S2-655-04化工股份有限公司，经乙酸乙酯重结晶.其余试剂均1引言为分析纯，按常规方法纯化后使用。脂质体是一种已用于临床的药物载体，通过改变2.2聚乙二醇胆固醇 酯和聚乙二醇单硬脂酸脂合成药物的药代动力学和生物分布率而大大提高了药物的2.2.1 胆固醇丁二酸酐衍生物的合成疗效。但是脂质体载药系统具有稳定性差和易被网状在50 mL单口圆底烧瓶中，将胆固醇1.95 g (5内皮系统捕捉的缺陷(1.2]。尽管已有很多关于PEG改mmol)、丁二酸酐0.625g (5 mmol)溶于25 mL二嚅性磷脂以及寡聚糖改性胆固醇的仿脂质体胶束体系的烷中，0.62 g (5 mmol) DMAP配成5 mL的二囈烷溶研究[-0,但是，从细胞脂膜结构中胆固醇和磷脂的相液，滴加入反应液，再滴加700 μL三乙胺，室温千燥互作用，以及从胆固醇对细胞膜磷脂层所起的稳定作氮气保护下，搅拌反应24 h.反应后减压蒸发除去溶用的角度，研究PEG-脂肪酸和PEG-胆固醇的复合胶剂，加入30 mL蒸馏水形成乳状液,用1 mol/L的HCI束体系方面的工作鲜有报道。本文合成了聚乙二醇单溶液滴定到pH为5~6,得到白色絮状沉淀，过滤。50胆固醇酯(MePEG-chol) 与聚乙二醇单硬脂酸酯C真空干燥至恒重。得产物胆固醇丁二酸酐衍生物，(MePEG-st)，利用表面张力和动态光散射等方法考为乳白色固体，产率90%。察了两亲性胆固醇酯对两亲性硬脂酸酯胶東体系的胶2.2.2 MePEG-chol 的合成束化行为的影响，得到了对该类仿脂质体药物载体有在100 mL单口圆底烧瓶中，将聚乙二醇单甲醚意义的研究结果。3g (Mw= 550, 5.454 mmol)、 胆固醇丁二酸酐衍生物3.98g (8.18 mmol)溶于50 mL二氯甲烷中，再加.2实验入DMAP 0.0803 g (0.6545 mmol). DCC 1.688 g(8.182.1 原料mmol)。室温干燥的氮气保护下，搅拌反应24 h.反二环己基碳酰二亚胺( Dicyclohexyl carbodimide,应后过滤除去二环己基脲(DCU),减压蒸馏除去溶DCC)、聚乙二醇单甲醚(Mw=550)和胆固醇，分剂后溶于四氢呋喃,用冷乙醚沉淀,静置弃去清液(重析纯，均购自Acros 公司。4-二甲氨基吡啶复4次),除去过量的胆固醇丁二酸酐衍生物，得到产(N,N'-Dimetbyl aminopyridine, DMAP), 湖南海利物在60 C真空干燥恒重.产物为半透明膏状体，产中国煤化工收稿日期: 2007-11-22基金项目:国家自然科学基金资助(20474055)YHCNMH G通讯作者:赖俊英，女，博士,浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310027,电话: 0571-87951397, E-mail: junyinglai@zju.edu.cn●656●稀有金属材料与工程第37卷率70%。2.2.3 MePEG-st 的合成在50mL圆底烧瓶中,将硬脂酸0.568g(2mmol),DMAP聚乙二醇单甲醚1.210g (2.2 mmol)溶于30 mL二氯甲烷中，在依次加入DMAP0.0245 g (0.2 mmol)，DCC,DMAPDCC0.4539 g (2.2 mmol)。在氮气保护、搅拌、30 C(MePEG- chol)下反应36 h后，过滤去沉淀DCU,减压蒸去溶剂，再将其溶于乙酸乙酯，用300 g/L的NaCl水溶液重复MePEG-0H+CH;(CH2)16CO0H DMAP CH:(CH2)6COOPEGMe(MePEG-st)萃取多次，洗去残留的聚乙二醇单甲醚，加入无水MgSO4后，再减压蒸去溶剂乙酸乙酯，40 C真空干图1 MePEG-chol 和MePEG-st的合成路线燥24h.得白色固体产物。Fig.1 The synthetic routes of MePEG-chol and MePEG-st2.3 胶束溶液的制备先将样品溶于四氢呋喃，在剧烈搅拌下滴入蒸馏不同，羰基出现两个峰，化学位移分别位171.85 和水中，滴完后再搅拌48 h挥发四氢呋喃。用该方法配172.59。H-NMR谱图中重要的质子化学位移归属为:制浓度为5 mg/mL溶液，其它浓度的溶液通过稀释法85.35 (m，胆固醇C(6)-H), 4.24 (m,胆固醇C(3)配制。-H), 4.23 (t, PEG CH(a)2, 2H), 3.78~3.42 (PEG2.4 表面张力的测定CH(b)2, (4n-4)H), 3.34 (s, PEG- 0CH(C)3, 3H),水为二重蒸馏的去离子水。样品池的温度由恒温2.64 (t,丁二酸酐H(d), 4H), 2.35 (m，胆固醇C(4)系统控制，控温精度为+0.1 C.每个样品在样品池静- H2, 2H), 1.99~0.64 (胆固醇上其它的H, 41H).置30 min后测定。产物MePEG-st红外光谱中，单甲醚聚乙二醇的2.5 粒径测定.羟基吸收峰消失，1730.5 cm^' 处吸收峰为生成的酯键样品溶液浓度为0.1 mg/mL,经0.45 μm的微孔膜特征吸收峰。过滤后注入样品池，样品测定时散射角固定在90%.3.2两亲性聚合物混合物体系在水溶液中的胶束化2.6仪器测试行为红外光谱采用BRUCKER VECTOR 22傅立叶变将高分子微胶束用于药物控释系统，胶束的稳定换红外光谱仪(FT-IR)测定;核磁共振通过AVANCE性是影响药物释放体系安全性至关重要的因素之-●DMX500型核磁共振仪进行确定，溶剂为氘代氯仿。通常认为，低CMC的胶束体系，具有高的抗溶剂稀表面张力采用吊环型表面张力仪(日本岛津)测定;释性，因此往往以胶束的CMC作为评价胶束稳定性粒径和粒径分布采用BROOKHAVEN公司90Plus型粒的一个重要依据。径测定仪，配备He- -Ne 激光器(90°,波长658 nm)。在两亲性化合物中，由于非极性基团的存在，化扫描电镜实验采用美国Philips公司XL30ESEM测定。合物分子有向空气/水界面富集的趋势。当溶液浓度较低时，两亲化合物分子首先在空气/水界面吸附，疏水3结果与讨论性部分伸向空气中，起到降低水的表面张力的作用.3.1聚乙二醇 胆固醇酯和聚乙二醇单硬脂酸脂合成.随着两亲化合物浓度的增加，分子在表面的吸附量增按照图1合成了MePEG-chol和MePEG-st.由于大，表面张力逐渐降低。当化合物的浓度达到临界值,胆固醇羟基的空间位阻，它的反应活性较低，不适宜空气/水界面被化合物分子铺展完全。随着浓度的进一用胆固醇和聚乙二醇直接反应。因此，将胆固醇先与步增加，溶液中的化合物分子发生缔合，形成胶束,等摩尔的小分子丁二酸酐酯化，生成带活性羧基的酯表面张力的变化趋于稳定。此时的胶東浓度称为临界化产物。该产物与聚乙二醇在DCC和DMAP的作用胶束浓度(CMC)T。图2是MePEG-chol和MePEG-st,下，在温和的条件下生成高产率的MePEG-chol.及其复合体系水溶液的表面张力-浓度对数曲线。由在MePEG-chol的红外谱图中，1731.0 cm"' 的吸图可见，受胆固醇刚性结构特性的影响，两亲性的收峰为生成酯键的特征吸收峰，1109.1 cm"' 处吸收峰MePI中国煤化工水溶液的浓度为1.0为乙氧基醚键的吸收峰，羧基吸收峰消失。MePEG-mg/mMHCNMH GPEG-st则具有良好chol的13C核磁共振谱图进一步验证产物，丁二酸酐的表面沽住，具水路液时CMC为1.29x10-2 mg/mL.两侧偶联的基团不同，因此形成的两个酯键化学环境有意义的是当向MePEG-st水溶液中加入MePEG-chol增刊2钱晓倩等:新型聚乙二醇单酯复合胶束的合成及性能研究●657●时，混合体系的临界胶束浓度均低于单-的MePEG-stMePEG-chol和MePEG-st之间的摩尔比)。与细胞膜聚合物体系的CMC,当MePEG-Chol和MePEG-St的中胆固醇通过嵌入磷脂疏水层达到稳定细胞膜的现象摩尔比为0.2时，复合体系的CMC最低(见图3)。类似，我们认为两亲性胆固醇酯的疏水性胆固醇结构表明两亲性胆固醇的存在使得MePEG-st形成更加稳也将嵌入到聚乙二醇单硬脂酸脂的疏水脂肪层中，共.定胶束体系。因此，该现象与细胞的脂膜中胆固醇的同组成了单一的复合胶束。这也是MePEG-chol起到作用类似，MePEG-chol中的胆固醇结构插入稳定聚乙二醇单硬脂酸酯胶束的主要原因。MePEG-st的脂肪酸疏水层,刚柔性质完全相反的分子100结构在空间上达到最优排列，共同组成稳定的胶束体80-系。该结果对将这一胶束体系用于药物控释的载体具有重要的意义。; 60}40201520g 60-3.1-0.3z 40Log(C/mg:mL")图2 MePEG chol和MePEG-st混合胶束的浓度与溶液表面张力之间的关系(37 C, r为MePEG chol和MePEG-st1之间的摩尔比)cFig.2 The curves of the surface tension vs. Log (concentration)8Cof the mixed aqueous solution of MePEG-chol andMcPEG-st at37乜(r is the molar ratio of MePEG-cbol县4oto MePEG-st)141080二6英6(2 40MePEG-strs2 12 "os "as "a图3聚合物溶液的临界胶柬浓度(r 为MePEG-hol和Dianmeter/hmMePEG-st之间的摩尔比)Fig.3 CMC values of the aqueous solution of the polymers (r is图4聚合物胶束在 25 C水中的胶束的粒径分布the molar ratio of MePEG-chol to MePEG-st)Fig.4 Diameter of the miclles of polymers in water at 25C:(a)MePEG-chol; (b) MePEG-st; (c)r =0.5; (d) r=0.2(r is3.3两亲性聚合物混合物体系的胶束粒径及其形态the molar ratio of MePEG-chol to MePEG-t)胶束粒径的研究表明，尽管MePEG-chol 和中国煤化工MePEG-st两者均为两亲性高分子，但是将其混合后，CNMH G则定，结果也表明两者并不各自单独形成两类胶束，而是共同组成复合MePEu cnol和merCu-st川几成的复合胶柬体系形胶束体系，胶束的尺寸在10nm左右(图4, r为成典型的球形胶束体系，微球直径在10 nm左右，与●658.稀有金属材料与工程第37卷动态光散射结果一致(见图5)。東浓度。动态光散射及透射电子显微镜测试结果表明复合体系形成球形的微胶束粒子,粒径在10 nm左右。说明两亲性胆固醇酯中疏水性胆固醇结构嵌入到聚乙二醇单硬脂酸酯的疏水脂肪层中，共同组成了单一的.稳定复合胶束。该类复合胶束体系可作为药物控释的载体。参考文献References10 nm[1] Katataoka K et al. Adv Drug Delivery Rev[J], 2001, 47: 113[2] Kwon G s et al. Pharm Res[], 1993, 10: 970图5复合胶束的透射电镜图 (MePEG-chol 与MePEG-st[3] KaKizawa Y et al. Adv Drug Delivery Rev[D], 2002, 54: 203的比例为0.2)[4] Kazunari Akiyoshi et al. Macromolecules[], 1993, 26: 3062Fig.5 Transmission electron micrograph of micelles (the molar[5] Kaunari Akiyoshi, Seichi Kobayashi, Shozo Shichibe et al. Jratio of MePEG- chol to MePEG-st is 0.2)Contolled Release[], 1998, 54: 313[6] Sophie Beugin-Deroo, Michel Ollivon, Sylyiane Lesicun. JColloid Interace Sci[J, 1998, 202: 3244结论[7] Zhao Guoxi(赵国玺), Physical Chemistry of Surfactant(表面合成了两亲性的MePEG-st和MePEG-chol.表面活性剂物理化学)[M]. Beijing: Peiking University Press,张力结果表明，在MePEG-st的水溶液中引入MePEG-1984:75chol分子，可以显著地降低MePEG-st溶液的临界胶Novel MePEG-chol and MePEG-st Mixed Micellar Systemsfor Drug Delivery: Preparation and CharacterizationQian Xiaoqian', Lai Junying'2, Zhan Shuin', Zhang Jie', Wang Liqun', Tu Kehua2(1. College of Civil Engineering & Architecture, Zbejiang University, Hangzhou 310027, China)(2. Institute of Polymer Science, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: By ester coupling reaction with dicyclohexyl carbodimideN, N dimethyl amino pyridine as the active carboxyl group reagents,novel biomimetic micelles based on Methoxy poly(ethylene glycol)-cholesterol (MePEG-chol) and Methoxy poly(ethylene glycol)-stearicacid MePEG-st) as amphiphilic polymer conjugates were prepared. Syothesized MePEG-chol and MePEG-st were confirmed by Fouriertransform-infrared and nuclear magnetic resonance spectroscopy. Mixed micelles with different molar ratio of the two conjugates wereproduced by a precipitation method. Critical miellization behavior was studied by surface tension measurement. The results showed thatafter introducing of MePEG-chol into MePEG-st aqueous solution, the CMC value of the system decreased remarkably comparing toMePEG-st aqueous solution. When the molar ratio of MePEG-chol and MePEG-st was 0.2, the micellar system was the most stable. Theresults of dynamic light sattering measurement and TEM observation indicated that the mixed systems form micelles in the size of 10 mwith a spherical morphology. The results showed that the mixed micelle was formed and the structure of the mixed micelle was consideredto be similar to cell membrane. This constructed biomimetic mixed micelle can be a8 a good candidate for the delivery of hydrophobicdrugs.Key words: MePEG-Chol; MePEG-St; mixed micelle; biomimetic中国煤化工Corresponding Author: Lai Junying, Ph. D., College of Civil EngineeringCNMH GHangzhou 310027, P. RChina, Tel: 0086-571-87951397, Fax: 0086-571-87952485, -mar.junylngia1@zju.cau.cn