多维度合作

当活性物质被封装在药物递送系统中时，其生物利用度和治疗指数会在很长一段时间内得到改善。包括聚合物微球在内的药物递送系统已被开发用于注射剂、植入物、透皮贴剂和气雾剂。聚合物微球在医疗和工业领域具有多种用途，因为它们具有较大的表面积、易于注射且在药物释放完成后不需要去除。

微球的制备方法包括单、双乳液溶剂蒸发、喷雾干燥、相分离、简单和复杂凝聚、界面聚合等。然而，大多数方法产生的微球，其尺寸分布广泛，对平均直径的控制很少或没有控制。控制球体尺寸和尺寸分布是药物输送的最终目标。特定的释放速率和所需的给药途径通常需要特定的球体尺寸。使用过滤器是可能的，但是使用过滤器会导致昂贵材料的浪费。因此，已经提出了几种允许控制粒度和粒度分布的方法。这些方法中的每一种都具有妨碍在各种应用中使用微球的缺点。

建议的方法包括产生平均直径不高于25μm的微球的高剪切乳化法，但许多应用需要更大的尺寸。此方法还对可以使用的溶液施加温度限制。因此，该方法不能用于具有低熔点的聚合物，如许多聚丙交酯-乙交酯 (PLGA) 或用于封装对温度敏感的药物，如蛋白质。

由于恶劣的化学和/或物理环境会使药物变性，单体聚合技术不适用于药物封装。此外，其中一些方法会导致形成直径不超过3.5μm的微球。

静电控制的挤出方法不能产生尺寸均匀的微球。

在多孔膜法中，只能使用低粘度聚合物。即使聚合物溶液具有低粘度，添加药物也会增加整体粘度，因此不仅限制了可以使用的聚合物的范围/浓度，而且还限制了载药浓度。

注射方法不能通过控制工艺参数来控制平均直径。此外，这样的方法具有不能生产窄尺寸分布的微球的缺点。

振动激发过程基于连续模式喷射，在连续模式喷射过程中，聚合物流离开压电孔，施加到流上的小扰动将射流分解成小液滴。这种方法需要对压电 (PZT) 器件施加低电压和高频率，并对聚合物溶液施加很大的压力。在这种压力下，只能喷射大量昂贵的流体。

因此，需要一种用于形成尺寸均匀的聚合物微球的简单且可控的制造方法。

上图图示了用于形成聚合物微球体的喷墨打印系统，以数字10表示。待喷射的可生物降解聚合物溶液12溶解在合适的溶剂中，并装入喷墨喷头16的储液器14中。储液器14和喷墨喷头16通过管道18连接。喷墨喷头16包括一个与压电材料结合的玻璃管，该玻璃管在受到计算机生成的波形刺激时产生声波波形。电刺激引起压电材料的位移，从而在玻璃管内引发声压波，将材料驱出孔口20。孔口20是玻璃管的远端抛光部分，材料在此处形成微球或液滴22，以按需喷墨模式从喷墨喷头16排出。

喷墨喷头16由波函数生成软件和适当的电子设备控制。当启动时，喷墨喷头16将聚合物溶液12的液滴22从容器14输送到含有合适溶剂萃取介质26的容器24中。

喷墨喷头16的孔口20浸入介质26中，使聚合物溶液12的液滴22分散到介质26中。

溶液12中包含的聚合物包括，例如，合成生物可吸收聚合物：1. 聚酯和聚内酯，例如聚丙交酯、聚L-丙交酯，聚-D-丙交酯，聚-D，L-丙交酯，聚乙交酯，聚丙交酯-乙交酯，聚-L-丙交酯-乙交酯，聚-D-丙交酯-乙交酯，聚-D，L-丙交酯-乙交酯，聚-对-二恶烷酮、-对-二恶烷酮与L-丙交酯、D-丙交酯、D,L丙交酯、乙交酯组合的共聚物，6-己内酯和/或3-氧杂己内酯和/或碳酸三亚甲基酯的共聚物和/或1,5-二氧杂环庚烷-2-酮与 L-丙交酯，和/或 D-丙交酯，和/或 D，L-丙交酯，和/或乙交酯，和/或对二恶烷酮。应理解，有用的聚酯和聚内酯不限于这些实例；2. 聚亚烷基草酸酯，例如环己烷二羟甲基等环状和脂环族二醇的同晶型共聚草酸酯，以及其他聚合物，包括聚草酸亚烷基酯等；3.嵌段共聚酯：例如聚乙二醇-聚丙交酯，或-聚乙交酯，或-聚丙交酯/乙交酯，聚乙二醇-苯二甘醇-聚丙交酯，或-聚乙交酯，或-聚丙交酯/乙交酯，或-聚-对-二恶烷酮，聚丙二酸丙二酯-聚-二恶烷酮等；4.聚癸二酸酐、癸二酸与1,3-丙烷-双-（4-羟基苯甲酸酯）的共聚酸酐、聚（癸二酸-共-双-（对羧基苯氧基）丙烷）等聚酸酐；5. 聚原酸酯；6.氨基酸衍生的聚合物，例如多肽、上述1所列聚酯聚合物的氨基酸盐；7. 聚吗啉二酮、聚六亚甲基草酸酯、聚亚氨基碳酸酯等聚酯酰胺；8. 聚磷腈；9. 烷氧基-烷基氰基丙烯酸酯和聚草酸酯作为改性剂。

天然衍生的聚合物及其衍生物：1. 白蛋白、胶原蛋白、明胶、纤维蛋白、层粘连蛋白、弹性蛋白、大豆分离蛋白、酰化分离大豆蛋白、酰化胰岛素、酰化表皮生长因子、糖蛋白等蛋白质；2. 壳聚糖、海藻酸盐、透明质酸、酰化壳聚糖、直链淀粉等多糖类；3. 生物合成聚酯，例如3-羟基丁酸酯聚合物、细菌聚酯、聚（3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯）、其他聚羟基链烷酸酯等；4. 糖胺聚糖，例如聚（4-硫酸软骨素）、聚（6-硫酸软骨素）、聚（硫酸乙酰肝素）、乙酰肝素、透明质酸、硫酸角质素和其他。

优选的可生物降解聚合物包括聚丙交酯和具有不同丙交酯与乙交酯比率和不同分子量的聚(丙交酯-乙交酯)。

聚合物溶剂的选择通常取决于所选择的聚合物和活性剂，以及所采用的特定溶剂去除方法。可用作溶解上述合成聚合物的溶剂的有机化合物存在于以下类别中。烃：脂肪族、脂环族、链烷烃、异链烷烃、脂环族、芳族或芳烃，以及烯烃，例如己烷、十二烷、环庚烷、环辛烷、甲基环戊烷、二甲基环戊烷、异辛烷、环丁基己烷、苯、乙苯、甲苯、二甲苯、三甲苯和其他类似化合物。醇类：主要为乙醇、丙醇、丁醇、苄醇、烯丙醇、乙二醇等醇类；2-甲基-2-戊醇、环己二醇、异丁醇等仲醇类；叔醇，例如 2-甲基-2-戊醇、九氟-2-甲基-2-丙醇和其他类似化合物。烷基卤化物：二氯甲烷、氯仿、二氯乙烯、二氯乙烷、溴乙烷、2-溴丁烷、二氯甲基己烷、四氯乙烷、四氯乙烯和其他液体烷基卤化物。芳香卤化物：氯苯、二氯苯、溴苯和其他液体芳香卤化物。硝基烷烃、硝基烯烃、硝基醇、硝基酮：硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷、硝基丁烷、硝基丁醇、硝基环己烷、硝基环己烯、硝基环己酮和其他类似化合物。醚类：乙醚、甲乙醚、二异丙醚、四氢呋喃、苯甲醚、冠醚、二甲氧基苯、甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、丁氧基乙醇、甲氧基丙醇、丙氧基丁醇、乙基乙烯基醚和其他类似化合物。醛和酮类：丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、二异丁酮、双丙酮醇、异佛尔酮、戊醛、环己酮、戊酮、4-己烯-2-酮、2,4-己二酮、3-己酮、3-甲基丁醛、4-氯-2-戊酮和其他类似的化合物。酯类：乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酸甲酯、乙酸异戊酯、苯甲酸甲酯、2-戊烯酸乙酯和类似化合物。酰胺和腈：甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基氰、苄腈、乙腈、溴乙腈、己二腈、己二腈和类似化合物。亚砜和砜：二甲基亚砜、二甲基砜和其他类似化合物。其他有用的溶剂：水、水基盐和缓冲溶液，如盐水、磷酸盐缓冲盐水等，用酸或碱调节的水溶液，含有表面活性材料的水溶液，如Tween、Span和其他非离子和/ 或离子表面活性剂、含有胶体的水溶液，例如改性纤维素，例如 CMC、甲基纤维素等，聚乙烯醇、树胶和多糖，例如瓜尔胶、黄原胶等。PLLA或PLGA优选使用有机溶剂，例如二氯乙烷、三氯乙烷、二甲苯或它们的任何组合。选择所用聚合物的量以提供适合喷射和/或形成乳液的聚合物溶液粘度。聚合物-溶剂混合物中聚合物的量应低于例如50%（w:v），优选8% (w:v），更优选3%（w:v）。

在聚合物完全溶解在溶剂中之后，使用本领域已知的混合方法将活性成分与聚合物溶液12混合。

基本上任何物质或试剂都可以使用本方法进行封装。该物质优选是活性剂。如本文所用，术语“活性剂”是指具有体内治疗、预防或诊断特性的试剂，例如当施用于动物，包括哺乳动物，例如人时。合适的治疗和/或预防活性剂的例子试剂包括蛋白质，例如激素、抗原和生长因子；核酸，例如反义分子；和较小的分子，例如抗生素、类固醇、减充血剂、神经活性剂、麻醉剂和镇静剂。合适的诊断和/或治疗活性剂的例子包括放射性同位素和不透射线剂。活性剂可以包括有机分子，如药物、肽、蛋白质、碳水化合物（包括单糖、寡糖和多糖）、核蛋白、粘蛋白、脂蛋白、合成多肽或蛋白质，或与蛋白质、糖蛋白、类固醇、核酸（任何DNA形式，包括cDNA或RNA或其片段）、核苷酸、核苷、寡核苷酸（包括反义寡核苷酸）、基因、脂质、激素、维生素，包括维生素C和维生素E，或其组合。

代表性的治疗活性剂包括免疫抑制剂、抗氧化剂、麻醉剂、化疗剂、类固醇（包括类视黄醇）、激素、抗生素、抗病毒剂、抗真菌剂、抗增殖剂、抗组胺剂、抗凝血剂、抗光老化剂、促黑素肽、非甾体和甾体抗炎化合物、抗精神病药和辐射吸收剂，包括紫外线吸收剂。活性剂的其他非限制性实例包括抗感染剂如呋喃西林、丙酸钠、抗生素，包括青霉素、四环素、土霉素、氯四环素、杆菌肽、制霉菌素、链霉素、新霉素、多粘菌素、短杆菌肽、氯霉素、红霉素和阿奇霉素；磺胺类药物，包括磺胺乙酰胺、磺胺甲噻唑、磺胺二甲嘧啶、磺胺嘧啶、磺胺甲嘧啶和磺胺异恶唑，以及抗病毒药物，包括伊索杜利定；抗过敏药，如安唑啉、甲基嘧啶、扑尔敏、吡拉明、苯并嘧啶、氢化可的松、可的松、醋酸氢化可的松、地塞米松、地塞米松 21-磷酸盐、氟轻松、曲安松、甲地松、泼尼松龙、泼尼松龙 21-琥珀酸钠和醋酸泼尼松龙，脱敏剂如豚草花粉抗原、花粉热花粉抗原、粉尘抗原和乳抗原；减充血剂，例如去氧肾上腺素、萘甲唑啉和四肼；缩瞳剂和抗胆碱酯酶，例如毛果芸香碱、esperine水杨酸盐、卡巴胆碱、氟磷酸二异丙酯、碘化膦和溴化地胼；副交感神经阻滞剂，例如硫酸阿托品、环喷托品、后马托品、东莨菪碱、托吡卡胺、尤卡托平和羟苯丙胺；拟交感神经药，如肾上腺素；镇静剂和催眠药，例如戊巴比妥钠、苯巴比妥、司可巴比妥钠、可待因、（α-溴异戊酰）尿素、卡溴；精神能量剂，例如 3-(2-氨基丙基) 吲哚乙酸酯和 3-(2-氨基丁基) 吲哚乙酸酯；镇静剂，例如利血平、氯美林和硫代丙酸酯；雄激素类固醇，如甲基睾酮和氟甲睾酮；雌激素，例如雌酮,17β雌二醇、乙炔雌二醇和己烯雌酚；孕激素，例如黄体酮、甲地孕酮、美仑孕酮、氯麦迪酮、乙炔酮、炔诺酮、19-去甲孕酮、炔诺酮、甲羟孕酮和17-β-羟基孕酮；体液剂，例如前列腺素，例如 PGE.sub.1、PGE.sub.2 和 PGF.sub.2；退热药，如阿司匹林、水杨酸钠和水杨酰胺；解痉药，如阿托品、甲氨蝶呤、罂粟碱和甲基东莨菪碱；抗疟药，如 4-氨基喹啉、8-氨基喹啉；氯喹和乙胺嘧啶，抗组胺药如苯海拉明、苯海拉明、曲匹那敏、奋乃静和氯奋乃静；心脏活性剂，例如二苯并氢氟美噻嗪、氟甲噻嗪、氯噻嗪和氨基尿酸盐；营养剂，例如维生素、天然和合成的生物活性肽和蛋白质，包括生长因子、细胞粘附因子、细胞因子和生物反应调节剂。

优选的活性剂是细胞毒剂，紫杉醇更好。诸如杀虫剂、杀虫剂、杀真菌剂、灭鼠剂、植物营养素和生长促进剂之类的试剂也可以被封装。也可以封装组织、组织提取物和活细胞。本方法可用于封装多于一种活性剂。活性剂也可以与一种或多种赋形剂混合，例如本领域已知的稳定剂。待封装的活性剂的量和工艺中使用的量将根据具体的活性剂、计划释放水平的活性剂的期望效果以及该剂应该释放的时间跨度而变化。

使用平均孔径小于10μm、优选5μm的过滤器过滤混合物聚合物溶液-活性成分溶液12。或者，当喷墨喷头16包括过滤器时不需要过滤。过滤后的混合物被加载到喷射容器14中并喷射到提取介质26中。提取介质26被选择为连续相组分的溶剂和分散相溶剂以及赋形剂的非溶剂。当使用水不溶性赋形剂时，提取介质26优选为去离子水。提取介质26可包含缓冲剂以限制提取相中的活性剂溶解度。任何常见的缓冲液，如磷酸盐、乙酸盐或 Tris，只要它们与所选的表面活性剂系统相容，都是合适的。当制备用于药物或生物医学应用的微粒时，缓冲液也应该是药学上可接受的。应选择缓冲系统以提供活性成分小而可溶的pH值。如果活性成分是紫杉醇，优选的缓冲液是pH值为7.4的PBS。

取决于所使用的具体聚合物/药物/乳化剂系统，可以使用其他合适的提取介质26。例如，作为赋形剂的非溶剂的水溶性有机溶剂可以用作提取相的组分以增加提取相的容量。萃取相萃取分散相溶剂。可用于PLGA的实例包括醇，特别是多元醇，例如甘油。当水用作分散相溶剂时，萃取相溶剂如乙酸乙酯、长链醇和酮可单独或组合用作萃取相。

连续相通常含有至少一种乳化剂如鸡蛋卵磷脂或大豆卵磷脂，或合成卵磷脂，例如饱和合成卵磷脂，例如二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰胆碱或二硬脂酰磷脂酰胆碱，或不饱和合成卵磷脂，例如二油酰磷脂酰胆碱或二亚油酰磷脂酰胆碱、游离脂肪酸、脂肪酸酯与聚氧亚烷基化合物如聚氧丙二醇和聚氧乙二醇的酸；脂肪醇与聚氧化亚烷基二醇的醚；脂肪酸与聚氧烷基化脱水山梨糖醇的酯；肥皂；甘油聚硬脂酸亚烷基酯；甘油-聚氧乙烯蓖麻油酸酯；聚亚烷基二醇的均聚物和共聚物；聚乙氧基化大豆油和蓖麻油以及氢化衍生物；蔗糖或其他碳水化合物与脂肪酸、脂肪醇的醚和酯，这些任选地被聚氧烷基化；饱和或不饱和脂肪酸的单、二和三甘油酯、甘油酯或豆油和蔗糖、胆汁盐或胆汁酸的天然和合成形式，均与氨基酸共轭和非共轭，例如牛磺脱氧胆酸盐和胆酸。

当水用作连续相溶剂时，聚乙烯醇是优选的表面活性剂。

在完成从喷墨喷头16的喷射之后，放置在储存器24内的所得微球22被固化。通过以低搅拌速度、优选低于650rpm、更优选150rpm的连续搅拌除去(蒸发)提取介质26。搅拌应持续至少1小时，1小时30分钟更好。通过以1,500rpm离心5分钟收集微球22并在液氮中逐渐冷冻，优选3小时，更优选6小时。微球22被干燥，例如通过冻干。冻干混合物的可接受技术包括本领域已知的技术。

最终的微球22为易于注射的自由流动粉末的形式。通常，微球的尺寸适合注射。微球的优选尺寸范围为直径约1至180μm。

▲ 使用MicroFab喷墨打印技术形成聚合物微球的系统

▲ 利用MicroFab喷墨打印技术制备的直径为50μm的载输紫杉醇的PLGA微球