微囊化技术及其应用：延长药物作用时间的新方法

一、概述

微囊是指利用天然或合成高分子材料（简称囊材）将固体或液体药物（简称囊心物）包裹制成的微小胶囊。制备微囊的技术，简称微囊化。微球（microspheres）是指药物分散或被吸附在高分子材料中形成的骨架型微小球形或类球形实体。微囊与微球的外观通常呈粒状或圆球形，直径在1～250 μm。

药物微囊化的目的：

（1）提高药物的稳定性。如易氧化药物β-胡萝卜素、易水解药物阿司匹林，微囊化后防止药物分解，提高药物的化学稳定性；挥发油微囊化后能防止其挥发，提高了制剂的物理稳定性。

（2）掩盖药物的不良气味。如大蒜素、鱼肝油、氯贝丁酯等制成微囊化制剂后，可以有效地掩盖药物的不良气味。

（3）防止药物在胃内失活，减少药物对胃的刺激性。如酶、多肽等易在胃内失活，吲哚美辛等对胃有刺激性，微囊化可克服这些副作用。

（4）使液态药物固态化。便于制剂的生产、贮存和使用，如油类、香料和脂溶性维生素。

（5）控制药物的释放。用缓释、控释微囊化材料将药物制成微囊后，可以延缓药物的释放，延长药物作用时间，达到长效目的。如复方甲地孕酮微囊注射剂、美西律微囊骨架片等。

（6）减少药物的配伍变化。如阿司匹林与氯苯那敏配伍后可使阿司匹林的降解加速，分别包囊后可避免这种配伍变化。

（7）使药物具有靶向性。如将治疗指数低的药物或毒性大的药物制成微囊，使药物浓集于靶区，可提高药物的疗效，降低毒副作用。

二、囊心物与囊材

（一）囊心物

微囊的囊心物：囊心物可以是单一固体、液体或气体，也可以是固、液、气的混合物。通常将主药与附加剂混匀后进行微囊化，亦可先将主药单独微囊化，再加入附加剂。若有多种主药，可混匀后微囊化，亦可分别微囊化后再混合。微囊的具体制备方法取决于药物、囊材和附加剂的性质及工艺条件。

（二）囊材

微囊包囊所需的材料称为囊材：包括天然高分子囊材、半合成高分子囊材和合成高分子囊材三大类。囊材的一般质量要求包括：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有一定的强度和可塑性，能完全包封囊心物；⑥黏度、穿透性、亲水性、溶解性和降解性等性质符合要求。

1.天然高分子囊材　天然高分子材料是最常用的囊材与载体材料，因其稳定、无毒、成形性好。

（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，其平均分子量在15 000～25 000。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）。两者的成囊性无明显差别，可生物降解，几乎无抗原性，通常可根据药物对酸碱性的要求选用A型或B型，制备微囊的用量为20～100 g/L。

（2）阿拉伯胶：由糖苷酸及阿拉伯酸的钾、钙、镁盐所组成。阿拉伯胶不溶于乙醇，能溶解于甘油或丙二醇。水溶液易霉变。一般常与明胶等量配合使用，作囊材时的用量为20～100 g/L，亦可与白蛋白配合作复合材料。

（3）海藻酸盐：采用稀碱从褐藻中提出的多糖类化合物。具有不同的平均分子量和黏度，能溶于不同温度的水中，不溶于乙醇、乙醚及其他有机溶剂。可与甲壳素或聚赖氨酸配合用作复合材料。因海藻酸钙不溶于水，故海藻酸钠可用CaCl2固化成囊。

（4）壳聚糖：由甲壳素脱乙酰化后得到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　多系纤维素衍生物，毒性小，黏度大，成盐后溶解度增大，易水解，须临用前配制。

（1）羧甲基纤维素盐：属阴离子型高分子电解质，如CMC-Na常与明胶配合作复合囊材，常用浓度为0.1%～0.5%。

（2）CAP略有醋酸味，但在强酸中不溶，可溶于pH＞6的水溶液。分子中含有游离羧基，其相对含量决定其水溶液的pH及可溶解CAP溶液的最低pH。用作囊材时可单独使用，浓度为3%左右。也可与明胶配合使用。

（3）EC化学稳定性高，不溶于水、甘油和丙二醇，可溶于乙醇，不同程度地溶于有机溶剂。适用于多种药物的微囊化，遇强酸易水解，故对强酸性药物不适宜，用作囊材时，可加入增塑剂改善其可塑性。

（4）MC在水中溶胀成澄清或微浑浊的胶体溶液，可与明胶、CMC-Na、PVP等配合作复合囊材，用作囊材浓度为10～30g/L。

（5）HPMC能溶于冷水成为黏性胶体溶液，长期储存稳定，不溶于热水、乙醇、乙醚及氯仿。

3.合成高分子囊材　合成高分子囊材有非生物降解和生物降解两类。非生物降解且不受pH影响的囊材有聚酰胺、硅橡胶等。非生物降解但可在一定pH条件下溶解的囊材有聚丙烯酸树脂、聚乙烯醇等。聚酯类是应用最广的可生物降解的合成高分子，如聚碳酯、聚氨基酸、聚乳酸（PLA）、丙交酯乙交酯共聚物（PLGA）、聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物等。其中，PLA和PLGA是被FDA批准的可降解材料，而且已有产品上市。

三、微囊的制备

微囊的制备方法按成形原理可分为物理化学法、物理机械法和化学法三大类。根据药物和囊材的性质、微囊所需的粒径、释药性能以及靶向性要求，选择不同的制备方法。

（一）物理化学法

本法在液相中进行，其特点是改变条件使溶解状态的成膜材料从溶液中聚沉下来，并将囊心物包裹形成微囊。本法中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，故本法又称相分离法。

根据形成新相方法的不同，相分离法又分为单凝聚法、复凝聚法、溶剂-非溶剂法、改变温度法和液中干燥法。相分离工艺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。其微囊化可分为四个步骤，如图16-2所示。

图16-2　相分离微囊化步骤示意图

a.囊心物分散在液体介质中；b.加入囊材；c.囊材包裹于囊心物表面；d.囊材固化

1.单凝聚法　将一种凝聚剂（如硫酸钠、硫酸铵等强亲水性电解质溶液或乙醇、丙醇等强亲水性非电解质溶液）加入到某种水溶性囊材（如明胶）的溶液中（其中包含已乳化或混悬的囊心物），由于大量水分子与凝聚剂结合，体系中囊材的溶解度降低而凝聚出来，最后形成微囊。

以明胶为囊材用单凝聚法制备微囊的工艺流程如图16-3所示。

图16-3　以明胶为囊材使用单凝聚法制备微囊的工艺流程图

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，在一定条件下铰链形成微囊的方法。该法适用于难溶性药物的微囊化。以明胶-阿拉伯胶为囊材复凝聚法制备微囊的工艺流程如图16-4所示。

图16-4　以明胶-阿拉伯胶为囊材用复凝聚法制备微囊的工艺流程图

3.溶剂-非溶剂法　系在囊材溶液中加入一种不溶解囊材的溶剂（非溶剂），引起相分离而将囊心物包成微囊的方法。本法所用囊心物可以是水溶性、亲水性的固体或液体药物，但在包囊溶剂和非溶剂中均不溶解，也不发生化学反应。常用囊材的溶剂与非溶剂组合见表16-3。使用疏水囊材，须用有机溶剂溶解，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，使材料溶解度降低，从溶液中分离，除去有机溶剂即得。

表16-3　常用囊材的溶剂与非溶剂组合

4.液中干燥法　是指先把囊材溶液作为分散相分散于不溶性的溶剂中形成乳剂，然后除去乳滴中的溶剂而固化成囊的方法。

5.改变温度法　通过控制囊材溶液的温度，降低囊材的溶解度，使其沉淀成囊。如用白蛋白为囊材时，先制成W/O型乳剂，再升高温度将其固化；用蜡类物质为囊材时，可先在高温下熔融，药物混悬或溶解于其中，制成O/W型乳剂，然后降温固化成囊。

（二）物理机械法

该法是将药物在气相中进行微囊化，可用于固态或液态、水溶性或脂溶性的药物的微囊化。根据使用的机械设备和成囊方式的不同可分为以下几种方法。

1.喷雾干燥法　将囊心物分散于囊材溶液中，将此混合物喷入惰性的热气流使液滴收缩成球形，溶剂迅速蒸发，囊材收缩成壳将囊心物包裹而成微囊。制得的微囊接近圆形结构，粒径为500～600μm。成品质地疏松，为自由流动的干粉。

本法中混合液的黏度、均匀性、药物及囊材的浓度、喷雾的速率、喷雾方法及干燥速率等均可影响微囊的质量。

2.喷雾凝结法　是将囊心物分散于熔融的囊材中，然后将此混合物喷雾于冷气流中，使囊膜凝固而成微囊。凡在室温下为固体，但在较高温度下能熔融的囊材，如蜡类、脂肪酸和脂肪醇等，均可采用喷雾凝结法。

3.多孔离心法　利用圆筒高速旋转的离心力使囊材溶液形成液态膜，囊心物在离心力作用下，高速穿过液态膜形成微囊，再用非溶剂、凝结或去溶剂等方法加以固化，即得微囊。

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

（三）化学法

利用单体或高分子在溶液中发生聚合或缩合反应，生成囊膜而制成微囊的方法。其特点是不加凝聚剂，常先制成W/O型乳浊液，再利用化学反应交联固化。(www.xing528.com)

1.界面缩聚法　亦称界面聚合法，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，所形成的聚合物囊材将囊心物包成微囊的方法。

2.辐射交联法　系用聚乙烯醇（或明胶）为囊材，以γ射线照射，使囊材在乳浊液状态发生交联，经处理得到聚乙烯醇（或明胶）的球形微囊。所得微囊的粒径在50 μm以下。此法工艺简单，成形容易，不经粉碎就能得到粉末状的微囊。由于囊材是水溶性的，交联后能被水溶胀，因此，凡水溶性的固体药物均可采用。但由于辐射条件所限，不易推广使用。

四、微球的制备

微球与微囊的制备方法类似，微囊囊材也可用作微球的载体。根据药物、载体材料的性质及制备条件不同而形成微囊或微球。常用制备微球的方法有乳化分散法、凝聚法及聚合法三种。

1.乳化分散法　是指药物与载体材料溶液混合后，将其分散在不相溶的介质中形成类似油包水（W/O）或水包油（O/W）型乳剂，然后使乳剂内相固化分离制备微球的方法。又可分为以下三种。

（1）加热固化法指利用蛋白质受热凝固的性质，在100～180℃的条件下加热，使乳剂的内相固化、分离制备微球的方法。

（2）交联剂固化法是指对于一些受热易变质的药物，可采用化学交联剂如甲醛、戊二醛、丁二酮等使乳剂的内相固化、分离而制备微球的方法。该法载体材料具有水溶性，能达到一定浓度，且分散后相对稳定。在稳定剂和匀化设备配合下，使分散相达到所需大小。常用的载体材料有白蛋白和明胶等。

（3）溶剂蒸发法是指将水不溶性的载体材料和药物溶解在油相中，再分散于水相中形成O/W型乳剂，蒸发内相中的有机溶剂制得微球的方法。

2.凝聚法　是指利用外界物理化学因素，如用带相反电荷、脱水、溶剂置换等措施影响药物和载体材料的混合液，从而改变载体材料的溶解度，使载体材料凝聚包裹药物而从溶液中析出。

3.聚合法　是指以载体材料单体发生聚合反应，在聚合过程中将药物包裹形成微球的方法。制得的微球具有粒径小、易于控制的特点。

（1）乳化/增溶聚合法：指将聚合物的单体用乳化或增溶的方法高度分散，然后在引发剂的作用下，使单体聚合，同时包裹药物制成微球。该法要求载体材料具有良好的乳化性和增溶性，且聚合反应易于进行。

（2）盐析固化法：亦称交联聚合法，该法类似用单凝聚法制备微囊的原理，向含有药物的高分子单体溶液中加入适量的盐类沉淀剂如硫酸钠，使溶液浑浊而不产生沉淀，制得的颗粒粒径约为1～5μm，然后再加入交联剂固化，可得到稳定的微球。

五、实验药品与器材

1.药品　液状石蜡、明胶、阿拉伯胶、醋酸溶液、甲醛溶液、氢氧化钠、纯化水等。

2.仪器　研钵、烧杯、水浴锅、显微镜、天平等。

六、操作步骤与实验结果

（一）处方

液状石蜡3g；明胶3g；阿拉伯胶3 g；5%醋酸溶液适量；36%～37%甲醛溶液适量；20%氢氧化钠溶液适量；纯化水适量

（二）操作

1.明胶溶液的制备　称取明胶，用纯化水适量浸泡待膨胀后，加纯化水至60 mL，搅拌溶解（必要时可微热助其溶解），即得。

2.液状石蜡乳的制备　称取阿拉伯胶与液状石蜡，于干研钵中混匀，加入纯化水6 mL，迅速朝同一方向研磨至初乳形成，再加纯化水54 mL，混匀，加上述明胶溶液60 mL，混匀，即得。

3.微囊的制备　将液状石蜡乳置于500 mL烧杯中，在约50℃恒温水浴上搅拌，滴加5%醋酸溶液，于显微镜下观察至微囊形成，pH约为4，加入约30℃纯化水240 mL稀释，取出烧杯，不停搅拌至10℃以下，加甲醛溶液，搅拌15 min，用20%氢氧化钠溶液调节pH至8～9，继续搅拌约1h，静置至微囊沉降完全，倾去上清液，显微镜下观察。

（三）操作注意

（1）操作过程中的水均系纯化水或去离子水，否则因有离子存在可干扰凝聚成囊。

（2）制备微囊的搅拌速度应以产生泡沫最少为度，必要时可加入几滴戊醇或辛醇消泡，可提高收率。在固化前切勿停止搅拌，以免微囊粘连成团。

（3）加入30℃纯化水240 mL的目的：①微囊吸水膨胀，囊形较好；②便于固化剂均匀分散。

（四）实验结果与讨论

分别绘制复凝聚或单凝聚工艺制成的微囊形态图，并讨论制备过程的现象与问题。

七、微囊与微球的质量评价

由微囊或微球制成的制剂，除制剂本身应符合药典的规定以外，还应进行以下项目的评价。

（一）形态、粒径及其分布

1.形态观察　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。可采用光学显微镜观察，粒径小于2μm的可采用扫描电镜、透射电镜或原子力显微镜观察，均应提供照片。观察形态，激光散射粒度分析仪测定粒径及其分布。

2.粒径及其分布　应采用适当的仪器测定微粒的粒径平均值及其分布的数据或图形。可采用显微镜法、电子显微镜法、精光散射法和库尔特计数仪法等。粒径分布的表示方法有重量分布、体积分布和数目分布法等。

（二）载药百分含最与包封率的检查

1.载药百分量　是指微囊或微球中所包含药物的重量百分数。一般采用溶剂提取法测定载药白分量，所选的溶剂应使药物最大限度地溶出而最少溶解囊材，溶剂本身也不应当干扰测定。载药百分量可由式（1）求得：

2.包封率　是指实际被包载于微囊或微球中的药物重量与制备时投入药物重量的比值百分数。包封率可由式（2）得：

制备微囊或微球时投入的药物一般会有一些没有被包载入微粒内，呈游离状态或被吸附在器皿或颗粒表面，应当通过适当的方法如凝胶色谱柱法、离心法或透析法进行分离后测定。微粒制剂的包封率一般不得低于80%。

（三）药物的释放度检查

微囊和微球中药物的释放速率可采用《中国药典》2020年版（通则0931）释放度测定法进行测定。

（四）有机溶剂残留量检查

凡制备工艺中采用有机溶剂的，均应测定有机溶剂残留量，应当按照《中国药典》2020年版（通则0861）残留溶剂测定法测定，并符合规定。

（五）突释效应和渗漏率的检查

药物在微粒制剂中一般有三种情况，即吸附、包入或嵌入。在体外释放实验时，表面吸附的药物会快速释放，称为突释效应。开始0.5 h内的释放量要求低于40%。

八、典型处方分析

例　甲地孕酮微囊

【处方】甲地孕酮2g；明胶2 g；10%稀醋酸适量；60%硫酸钠适量；37%甲醛2～4 mL；20%氢氧化钠适量

【制法】称取甲地孕酮微粉2g混于60 mL 3.3%的明胶溶液中，加入10%醋酸调pH至3.5～3.8，置于50℃水浴中搅拌，滴加60%硫酸钠至微囊形成，倒入稀释液中，使微囊稀释、胶沉、沉降，倾去上清液，用稀释液洗涤除去未凝聚的囊材。将微囊混悬于适量的稀释液中，加入37%甲醛2～4mL，搅拌，再加20%氢氧化钠溶液调至pH8～9，低温放置，水洗除去甲醛即得。

【分析】

（1）此处方中，甲地孕酮微粉为囊心，明胶为囊材，60%硫酸钠为凝聚剂，37%甲醛为固化剂，采用单凝聚法制备。

（2）影响明胶胶凝的主要因素有浓度、温度和电解质。增加浓度会促进胶凝，降低浓度至一定程度，就不再形成微囊；温度越高，越不利于胶凝；阴离子电解质对胶凝起主要作用，其中硫酸根离子促进胶凝作用最强。

（3）固化剂的选择须视囊材而定：如囊材为CAP，应在强酸介质中固化；明胶为囊材时，可在甲醛中固化；若囊心物不宜用碱性介质，可采用戊二醛固化。