專利名稱：由超臨界流體從乳液萃取制備粒子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種使用超臨界流體經(jīng)溶劑萃取制備粒子的方法，其中，將溶質(zhì)溶解在溶劑中形成溶液，將溶液分散在不混溶或部分混溶的液體中形成乳液，并從乳劑中萃取溶劑。
背景技術(shù)：
粒子通常這樣制備使所需的物質(zhì)在有機(jī)溶劑中形成溶液，然后溶液用大量水乳化。再通過溶劑蒸發(fā)或用另一種有機(jī)溶劑萃取，所需的物質(zhì)以微細(xì)粒子形式從乳液中沉淀出來。從乳液膠束中除去有機(jī)溶劑導(dǎo)致過飽和現(xiàn)象，其反過來又使所需的物質(zhì)以微細(xì)粒子沉淀。
此方法有許多缺點。首先，該方法以極其慢的速率進(jìn)行，大部分情況下要超過若干小時。為了保證低的殘余溶劑水平需要不希望的長蒸發(fā)時間。其次，有機(jī)溶劑萃取方法難于大規(guī)模進(jìn)行，且需要使用大量溶劑，產(chǎn)生大量廢液流。而且，由于使用某種難于完全除去、且有時會作為殘余物質(zhì)保留在最終產(chǎn)物中的溶劑，近些年還要考慮到因此可能對環(huán)境和健康產(chǎn)生的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種由乳液液滴經(jīng)超臨界流體萃取溶劑制備溶質(zhì)粒子的裝置和方法，其中乳液液滴含有溶劑和溶解于溶劑中的溶質(zhì)所形成的溶液。溶液分散在通常不混溶的液體中形成乳液。本發(fā)明優(yōu)選實施方案中，該方法使用超臨界流體，如二氧化碳，由乳液膠束經(jīng)水不混溶或部分混溶的溶劑的萃取來制備基本不溶于水的粒子的膠體懸浮水溶液。本發(fā)明的方法中所用的形成乳液液滴的溶劑可回收和循環(huán)。
下列描述中將對本發(fā)明的上述和其它特征進(jìn)行更詳盡的說明，其還詳細(xì)闡述了本發(fā)明的某些說明性實施方案，但是，這些描述僅示意了可使用本發(fā)明原理的各種不同方法中的若干種。


圖1為本發(fā)明方法中所用裝置的示意圖；圖2為使用實施例1(a)中定義的方法得到的聚苯乙烯粒子的體積粒度分布圖；圖3為實施例2(a)中制備的EUDRAGIT RS(EU)粒子的TEM顯微照片；圖4為實施例2(f)中制備的EU粒子的體積粒度分布圖；圖5為實施例2(h)中制備的EU粒子的體積粒度分布圖；圖6為實施例3(a)中制備的聚乳酸/羥基乙酸(PLGA)粒子的SEM顯微照片；圖7為實施例3(e)中制備的PLGA粒子的體積粒度分布圖；圖8為實施例3(f)中制備的PLGA粒子的體積粒度分布圖；圖9為實施例3(h)中制備的PLGA粒子的SEM顯微照片；圖10為實施例3(i)中制備的PLGA粒子的體積粒度分布圖；圖11為實施例4(a)中制備的醋酸膽固醇酯(CA)的掃描電子顯微照片；圖12為粒度相對于CA濃度的圖；圖13為實施例4(a)中制備的CA粒子的體積粒度分布圖；圖14(a)，14(b)和14(c)為平均粒度相對于CA濃度和乙酸乙酯濃度的多維圖；圖15為實施例4(j)中制備的CA毫微粒子的SEM顯微照片；圖16為實施例5(a)中制備的三軟脂酸甘油酯粒子的數(shù)量平均粒度分布圖；和圖17為實施例5(a)中制備的三軟脂酸甘油酯粒子的體積平均粒度分布圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供一種由乳液的超臨界流體萃取(“PSFEE”)制備粒子的方法。為了形成粒子，將溶質(zhì)溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲行纬扇芤?。然后將溶液分散在不混溶的液體中形成乳液；溶質(zhì)在不混溶的液體中不溶解。這樣，該乳液包括含有溶質(zhì)(在溶液中)的不連續(xù)相和連續(xù)相。從不連續(xù)相中萃取溶劑，溶質(zhì)沉淀進(jìn)入流體中形成在連續(xù)相(即，不混溶液體)中的粒子懸浮液。
參考圖1，其顯示了用于本發(fā)明方法的裝置100。該裝置100包括容器110，超臨界流體源112，乳液源114，和第一、第二出口120、122。容器110優(yōu)選為限定了軸線128的圓柱形，且具有側(cè)壁130和第一、第二末端132、134。軸線128優(yōu)選垂直，且末端132、134是定向的，使相對于彼此來說第一末端132在下，第二末端134在上。側(cè)壁130和末端132、134具有連續(xù)的內(nèi)表面136，其限定了萃取室138。
過濾器板144，優(yōu)選為不銹鋼的，且孔徑小于0.5微米，其設(shè)置在室138內(nèi)，并覆蓋內(nèi)表面的第一末端132。超臨界流體源112通過過濾器板144與室138連通，并提供超臨界流體流過其中。過濾器板144使超臨界流體能形成氣泡以細(xì)微液滴的形式呈氣泡通過乳液，從而使超臨界流體和乳液之間的接觸達(dá)到最大。
乳液源114通過入口146與室138連通。在可選擇的實施方案中，包括噴嘴的入口穿過側(cè)壁130而連通。噴嘴優(yōu)選具有一個或多個小直徑孔。噴嘴將乳液噴入頂部空間142，這樣，與僅用泵使乳液流通過入口146的情況相比，形成了相對更小的乳液微粒。另外，可將填充床放置在萃取室138內(nèi)，優(yōu)選緊鄰第一末端132從而可以覆蓋。如果存在填充床，則其可增加乳液和超臨界流體之間的混合。室138具有空閑體積或基本上未被填塞的上部空間142。
回壓調(diào)節(jié)閥162與第一出口120連通，放氣閥168與第二出口122連通?；貕赫{(diào)節(jié)閥162優(yōu)選為26-1700型調(diào)節(jié)閥，其可商購自Tescom，美國(EldRiver，MN)。回壓調(diào)節(jié)閥162控制從離開萃取室138獲得超臨界流體的溶劑的流速，從而將萃取室138內(nèi)的壓力P1保持在預(yù)定的壓力范圍內(nèi)。放氣閥168用于保證安全，其為標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)用閥，且可與其它商業(yè)用閥換用。
溶質(zhì)優(yōu)選為不溶或微溶于水的物質(zhì)。因此，該方法尤其適于制備許多藥物化合物，因為其中很多物質(zhì)不溶或微溶于水，并以膠體懸浮水溶液施用于病人。據(jù)估計，市場上的所有藥物化合物中約40％不溶或微溶于水，因此特別適于用本發(fā)明的方法制備。另外，將膠體懸浮液通過與萃取室138連通的高壓過濾器可獲得濃縮的濕潤粒子。然后濃縮濕潤粒子可通過冷凍干燥或真空干燥技術(shù)進(jìn)行干燥，從而獲得干燥粉末。
本發(fā)明并不限于藥物，還可用于其它行業(yè)。因此，其它適當(dāng)?shù)目刹捎玫娜苜|(zhì)包括，例如，生物活性物質(zhì)、醫(yī)藥試劑、營養(yǎng)物質(zhì)、蛋白質(zhì)、肽、生物堿、alkyloid、動物和/或植物提取物、抗原、核酸、抗生素、維生素、類脂、聚合物、聚合物前體、顏料、毒素、殺蟲劑、病毒物質(zhì)、診斷輔助物、農(nóng)用化學(xué)劑、染料、炸藥、涂料、化妝品、酶和催化劑。
形成不連續(xù)相的超臨界流體可溶液體或溶劑優(yōu)選為有機(jī)溶劑或油，因此其不溶于或只能部分溶于水。不溶于水的合適優(yōu)選的有機(jī)溶劑包括，例如，甲苯、環(huán)己烷和更高級的烷烴。部分溶于水的有機(jī)溶劑包括，例如，乙酸乙酯、乙酸丙酯和2-丁酮。
形成連續(xù)相的超臨界流體不溶的液體優(yōu)選為水。自然可以理解，水溶性的、水和含水的都是典型的極性溶劑流體的術(shù)語，正如水不溶性的、有機(jī)溶劑、油等都是典型的非極性溶劑流體的術(shù)語。因此，根據(jù)本發(fā)明，極性流體和非極性流體可分別被水或水溶物和油或水不溶物取代。
優(yōu)選并如上述所討論的，表面活性劑用于形成穩(wěn)定的乳液。本發(fā)明中所用的表面活性劑并不要求很高，任何用于形成水包油(o/w)、油包油(o/o)、油包水(w/o)或多相(如，w/o/w等)微乳液和粗滴乳液的常規(guī)表面活性劑均可使用。特別適合的表面活性劑為聚氧乙烯一油酸山梨糖醇酯，例如TWEEN-80，其可由ICI Americas，Inc.(Bridgewater，NJ)商購獲得。優(yōu)選地，本發(fā)明中所用的表面活性劑將具有適于制備穩(wěn)定乳液的親水親油平衡值(HLB)。
乳液膠束的粒度取決于攪拌速率或乳化器的均化程度以及表面活性劑或溶劑或溶質(zhì)的濃度。通常，均化程度越高、表面活性劑濃度越高、溶質(zhì)和溶劑濃度越低，制得的膠束越小。乳化器優(yōu)選分散攪拌機(jī)、超聲波喇叭形機(jī)、微射流均質(zhì)機(jī)、靜態(tài)混合器、膠體研磨機(jī)、氣流式混合機(jī)、汽輪混合機(jī)，或自發(fā)乳化技術(shù)。
優(yōu)選地，表面活性劑用于在乳液液滴中的溶劑和懸浮水相之間形成熱力學(xué)平衡。超臨界流體從乳液液滴中萃取溶劑，使溶質(zhì)以細(xì)小粒子形式沉淀。當(dāng)超臨界流體由乳液中萃取溶劑時，由于過飽和現(xiàn)象而形成粒子。乳液中存在的表面活性劑在粒子形成后不久就使其穩(wěn)定，因此防止粒子由于團(tuán)聚而生長。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，乳液包括水不溶性溶質(zhì)，例如，藥物。溶質(zhì)溶解在水不溶性或部分溶解的有機(jī)溶劑中。然后含有機(jī)溶劑的藥物溶液被乳化與一種或多種穩(wěn)定劑或表面活性劑一起混入含水介質(zhì)中?？蓪⒎€(wěn)定劑加至有機(jī)溶劑相中，或另選擇為加至水相中，或加入兩種相中，以提高乳液的穩(wěn)定性。乳液在操作過程中穩(wěn)定是優(yōu)選的，以提高該方法形成的粒子的均勻性。但是，使用穩(wěn)定或不穩(wěn)定的乳液都可使粒子進(jìn)行沉淀。因此，使用表面活性劑可任選，并用于提供粒子穩(wěn)定性和提高粒子均勻性。表面活性劑還可在粒子形成過程中、粒子形成后或既在過程中也在之后抑制粒子之間的團(tuán)聚。
超臨界流體優(yōu)選為超臨界二氧化碳(“CO2”)。但是，合適的另外優(yōu)選的超臨界流體包括水、三氟甲烷、一氧化二氮、二甲醚、直鏈或支鏈C1-C6-烷烴、烯烴、醇及其結(jié)合。優(yōu)選的烷烴和醇包括乙烷、乙醇、丙烷、丙醇、丁烷、丁醇、異丙烷、異丙醇等。本發(fā)明的另外實施方案中，超臨界流體包括接近超臨界狀態(tài)的物質(zhì)，例如，壓縮或液化氣體。
操作過程中，將乳液裝入萃取室138中。使超臨界流體呈泡狀進(jìn)入萃取室與乳液進(jìn)行接觸。超臨界流體從乳液膠束/液滴中汽提或分解溶劑。由膠束中除去溶劑導(dǎo)致過飽和現(xiàn)象，并使溶質(zhì)沉淀進(jìn)入連續(xù)相，如水中。將溶劑和超臨界流體分離開，并從塔頂產(chǎn)物中回收，溶質(zhì)作為分散固體夾帶或懸浮在水相中。從乳液中除去溶劑后，可通過萃取室減壓來收集溶質(zhì)粒子在水中形成的水懸浮液。
另一個優(yōu)選實施方案中，使用毛細(xì)管噴嘴將乳液噴至萃取室中，從而在頂部空間形成乳液液滴。替代實施方案中，噴霧過程中所用的噴嘴為同軸噴嘴或超聲噴嘴，或商業(yè)上已知的等同物。將超臨界流體引入萃取室與乳液液滴接觸?？蓪⒄駝颖砻婊蚧旌掀?如，推進(jìn)型混合器)放置在萃取室中，并進(jìn)行操作以增大或提高乳液和超臨界流體的接觸面積。
操作過程中，超臨界流體由液滴中汽提或分解溶劑。從液滴中除去溶劑導(dǎo)致溶質(zhì)在溶劑中過飽和，結(jié)果，溶質(zhì)沉淀進(jìn)入連續(xù)相。各個乳液液滴可產(chǎn)生一個或多個粒子。每個乳液液滴的粒子數(shù)量可以調(diào)節(jié)，如通過液滴粒徑、乳液濃度和溶質(zhì)濃度，和選擇操作條件以及溶劑、溶質(zhì)和超臨界流體類型來調(diào)節(jié)。
優(yōu)選地，將溶劑和超臨界流體分離開，并從塔頂產(chǎn)物中回收，而溶質(zhì)作為分散固體粒子夾帶或懸浮在連續(xù)或水相中。通過用純凈的CO2吹掃，可從室中除去溶解在超臨界流體中的殘余溶劑。一旦除去殘余溶劑，則減壓萃取室，從而可收集粒子的水懸浮液。
人們認(rèn)為，液滴中溶劑相和超臨界相之間的傳質(zhì)現(xiàn)象導(dǎo)致溶劑中的溶質(zhì)出現(xiàn)過飽和。過飽和現(xiàn)象又使溶質(zhì)以微粒形式沉淀進(jìn)入連續(xù)相中?？蓪τ袡C(jī)相和超臨界相之間的傳質(zhì)速率進(jìn)行選擇，以使傳質(zhì)進(jìn)行得非?？臁τ趯⑷橐鹤⑸涞匠R界流體中的情況，由于超臨界流體介質(zhì)內(nèi)的微小液滴進(jìn)行運(yùn)動因而使傳質(zhì)速率增大。此外，可加入表面活性劑分子，通過穩(wěn)定形成的微小核而防止粒子生長。使用此方法獲得的粒子平均直徑范圍通常為納米至低微米。
可用超過濾或高速離心作用過濾水懸浮液獲得高純度粒子。這種本發(fā)明的可選擇實施方案可用于沉淀多種基本不溶于連續(xù)相(如水)的物質(zhì)。
在可選擇的優(yōu)選實施方案中，使用含部分水溶性的溶劑和水的溶液制備乳液。溶劑用水飽和，水也被用溶劑飽和。在乳液液滴中的溶劑與懸浮水相之間形成熱力學(xué)平衡。除了作為抗溶劑外，超臨界流體還萃取溶解在水相中的溶劑。萃取打破液滴中有機(jī)溶劑和水相之間的熱力學(xué)平衡，導(dǎo)致有機(jī)溶劑由液滴快速傳質(zhì)并進(jìn)入水相。當(dāng)超臨界流體從乳液中萃取溶劑時，由于過飽和現(xiàn)象形成粒子。
溶劑萃取速率會影響形成粒子的粒度。通常，萃取速率越快，形成的粒子越小。與其它常規(guī)技術(shù)的萃取速率相比，超臨界CO2萃取具有相對較快的萃取速率，因此有助于形成相對較小的粒子。根據(jù)本發(fā)明方法得到的粒子的直徑通常在納米范圍內(nèi)，或個位數(shù)字的微米范圍內(nèi)，還具有窄粒度分布。尤其，制得的粒子的粒度在0.1納米至1.0毫米的范圍內(nèi)。更尤其，制得的粒子的粒度在0.1微米至400微米的范圍內(nèi)，最優(yōu)選在1納米至500納米范圍內(nèi)。因此，選擇參數(shù)可決定粒度大小，例如溶劑、溶質(zhì)和超臨界流體類型和其它工藝參數(shù)。
本發(fā)明尤其適于制備溶質(zhì)的納米或微米粒子，其基本不溶于水，且能溶于適當(dāng)?shù)?、通常與水不混溶的有機(jī)溶劑中。這種粒子可用于不同產(chǎn)業(yè)，例如，在制藥業(yè)中用于藥物粒子加工和粉碎、藥物封裝和制劑；在制備顏料中用于制備顏料的納米粒子，還可用于顏料涂層；在電子業(yè)中用于制備無機(jī)或有機(jī)物質(zhì)的納米粒子。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以在操作中為間歇工藝或連續(xù)工藝。連續(xù)工藝中，以與乳液進(jìn)入萃取室大約相同的速率從萃取室中除去所得固體粒子的液體懸浮液。按照與超臨界流體進(jìn)入萃取室大約相同的速率從萃取室中除去含超臨界流體的溶劑。萃取室壓力優(yōu)選保持在大約恒定的壓力值下，或在窄壓力值范圍內(nèi)。
實施例下列實施例僅為了說明根據(jù)本發(fā)明的方法和實施方案，其不應(yīng)對申請構(gòu)成限制。除非特殊說明，所有組分都商購自通用的化學(xué)品供應(yīng)商，如SigmaAldric，Inc.(St.Louis，MO)和/或Fisher Scientific International，Inc.(HanoverPark，IL)。
實施例1實施例1(a)一使用水不溶性有機(jī)溶劑，根據(jù)本發(fā)明的方法制備聚苯乙烯粒子。
聚苯乙烯(PS)乳液的制備開始，先將0.25g聚苯乙烯(PS)和0.2g SPAN-80(表面活性劑)溶解入20g甲苯中形成溶液。然后將該溶液加入到200g含0.3g TWEEN-80(表面活性劑)的水中形成混合物。使用分散攪拌機(jī)，在6000rpm下，經(jīng)10分鐘，使混合物乳化，形成乳液1(a)。
PS粒子的制備實施例1(a)中，將乳液1(a)的4.0mL等分試樣裝入體積為10mL的萃取室中。將玻璃棉和珠填充到萃取室死體積內(nèi)，以防止液體在萃取過程中發(fā)生夾帶，并使減壓過程中殘余甲苯的再沉淀最小化。然后使超臨界CO2通過萃取室底部的0.5μm的不銹鋼過濾器板而呈泡狀進(jìn)入萃取室。萃取室壓力保持在80巴，溫度保持在45攝氏度(℃)，CO2流速保持為0.7毫升/分鐘(ml/min)。從該室中萃取的甲苯的量經(jīng)光電二極管并列UV/VIS檢測器測定。90分鐘內(nèi)，幾乎所有甲苯都從乳液1(a)中萃取出來(測定殘余甲苯為每百萬(ppm)20份)。減壓萃取室，得到粒子的膠體懸浮水溶液。
PS粒子的分析使用透射電子顯微鏡對所得膠體懸浮水溶液中的PS粒子的形態(tài)進(jìn)行分析。使用動態(tài)光散射儀(DLS)進(jìn)行粒度分布分析。由透射電子顯微鏡(TEM)確定，所有情況下，聚苯乙烯粒子均為分離的球形粒子，粒徑近乎均勻且在納米范圍內(nèi)。由DLS結(jié)果可知，實施例1(a)中制得的粒子的平均粒度具有體積平均值276納米(nm)，數(shù)量平均值145nm，聚合度分布性為0.26。圖2說明了實施例1(a)中制得的聚苯乙烯粒子的體積粒度分布，單位為納米。
實施例1(b)-1(f)-壓力和溫度對PS粒度的影響實施例1(b)-1(f)用于確定壓力和溫度對根據(jù)本發(fā)明的方法制得的聚苯乙烯粒子粒度的影響。具體地說，實施例1(b)-1(f)是使用乳液1(b)，按下表1中所列的不同壓力和溫度值下進(jìn)行制備的。
PS乳液的制備除下面的詳述外，其余都按照制備乳液1(a)的相同方式制備乳液1(b)。開始，將0.21g聚苯乙烯和0.2g SPAN-80(表面活性劑)溶解入20g甲苯中形成溶液。然后將溶液加入到200g含0.3g TWEEN-80(表面活性劑)的水中形成混合物。在12,000psi壓力(3程)下，使用可商購獲得的均化器(型號MY110)乳化混合物形成乳液1(b)。使用DLS得到液滴的粒度分布。乳化液的平均液滴粒度為184nm，標(biāo)準(zhǔn)偏差為34nm。
PS粒子的制備。
除表1所列之外，其余都按照實施例1(a)中相同的方式制得實施例1(b)-1(f)的PS粒子。變化壓力和溫度以確定壓力和溫度對PS粒度(見表1)的影響。
PS粒子的分析。
使用DLS對這些試驗中得到的粒子進(jìn)行粒度分析。DLS分析結(jié)果列于表1中。表1表明實施例1(b)-1(f)的粒度相對于實施例1(a)有所減小。提高實施例1(b)中的均化程度產(chǎn)生更小的乳液液滴，其反過來導(dǎo)致沉淀之后得到更小的粒子粒度。
表1.使用乳液1(b)，在不同壓力和溫度值下進(jìn)行實施例1(b)-1(f)所得到的PS粒子的平均粒度。

實施例2通常，實施例2(a)-2(m)說明了使用部分水溶性的有機(jī)溶劑，根據(jù)本發(fā)明方法制備EUDRAGIT RS(EU)粒子。具體地說，實施例2(a)-2(d)說明了表面活性劑濃度對EU粒度的影響，實施例2(e)-2(h)說明了溶劑濃度對EU粒度的影響，實施例2(i)-2(m)說明了溶液中溶質(zhì)濃度對EU粒度的影響。
實施例2(a)-2(e)表面活性劑濃度對EU粒度的影響。
EUDRAGIT(EU)乳液的制備開始，先制備EU溶液將5％(w/wEA)的EUDRAGIT RS(EU)溶解入水飽和乙酸乙酯(EA)溶液的第一部分(20g)中，形成EU溶液。然后將此EU溶液加至含聚乙烯醇表面活性劑(PVA)的水飽和EA溶液的第二部分(180g)中，形成混合物。因此，所得濃度為EA10％w/w總量，水為90％w/w總量，EU為5％w/wEA，PVA為1％w/w水。使用分散攪拌機(jī)，在3000rpm下，經(jīng)2分鐘，使混合物乳化，形成乳液2。
乳液2為實施例2中所用的標(biāo)準(zhǔn)乳液，在實施例2(a)-2(d)中變化PVA濃度，見表2。在實施例2(e)-2(h)中變化溶劑濃度，見表3。在實施例2(i)-2(m)中變化溶液中的EU濃度，見表4。所有其它參數(shù)保持恒定。
EUDRAGIT粒子的制備對于實施例2(a)-2(d)，將具有不同表面活性劑濃度的乳液2的4.0mL等分試樣裝入體積為10mL的萃取室中。將玻璃棉和珠填充到萃取室死體積內(nèi)，以防止液體在萃取過程中發(fā)生夾帶，并使減壓過程中殘余甲苯的再沉淀最小化。
使超臨界CO2通過萃取室底部的0.5μm的不銹鋼過濾器板呈泡狀進(jìn)入制備萃取室中。使用1ml/分鐘的二氧化碳流速。溫度和壓力保持恒定，分別為80巴和35℃。
從該室中萃取的EA的量經(jīng)光電二極管并列式UV/VIS檢測器測量。30-40分鐘內(nèi)，幾乎所有EA都從乳液中萃取出來。減壓萃取室，得到EU聚合物粒子的膠體懸浮水溶液。
EUDRAGIT(EU)粒子的分析使用透射電子顯微鏡(TEM)對實施例2(a)-2(d)中得到的粒子的形態(tài)進(jìn)行分析。應(yīng)用時，使用動態(tài)光散射儀(DLS)測定粒子的流體動力學(xué)半徑。圖3為實施例2(a)中制備的ERDRAGIT RS粒子的TEM顯微照片。圖3中TEM的放大率為約200,000，并且EU粒子直徑在納米范圍內(nèi)。
出人意料的，提高表面活性劑濃度導(dǎo)致EU粒子數(shù)量均值增加。結(jié)果列于表2中。
表2.表面活性劑濃度對EU粒度的影響。

實施例2(e)-2(h)-溶劑濃度對粒度的影響。
EU乳液和粒子的制備。
除表3所述之外，其余都按照實施例2(a)-2(d)中相同的方式制得實施例2(e)-2(h)。變化EU溶液與水的比例，或變化乳液濃度，以確定水中的溶液濃度對粒度的影響。按照實施例2(a)-2(d)中相同的方式制備EU粒子。
EU粒子的分析。
按照與實施例2(a)-2(d)相同的方式對實施例2(e)-2(h)中制得的EU粒子進(jìn)行粒度和形態(tài)分析，也就是，分別使用TEM和DLS進(jìn)行分析。當(dāng)乳液中的油(EU溶液)濃度增大時，EU粒度也增加。正如表3中所列的結(jié)果所示。圖4-5分別為在實施例2(f)和2(h)中制備的EU粒子的體積粒度分布圖。
表3.乳液中油濃度對EU粒度的影響。

實施例2(i)-2(m)-聚合物濃度對粒度的影響。
EU乳液和粒子的制備。
除表4所述之外，其余都按照實施例2(e)-2(h)中相同的方式制得實施例2(i)-2(m)。變化EU在溶液中的比例，以確定溶液中的EU濃度對粒度的影響。按照實施例2(a)-2(e)中相同的方式制備EU粒子。
EU粒子的分析。
分別使用DLS和TEM，按照與實施例2(a)-2(d)相同的方式對EU粒子進(jìn)行粒度和形態(tài)分析。表4中列出了使用具有不同EUDRAGIT RS濃度的乳液進(jìn)行沉淀試驗所得的結(jié)果。出人意料的，增大溶液中的聚合物含量使EUDRAGIT RS的粒度下降。
表4.溶液中的EU濃度對EU粒度的影響。

實施例3實施例3確定聚乳酸/羥基乙酸(PLGA)微米和納米粒子的沉淀特性，該粒子根據(jù)本發(fā)明使用部分水溶性有機(jī)溶劑制得。PLGA通常被認(rèn)為是可生物降解的聚合物。尤其，實施例3(a)-3(d)說明了乳液中溶劑濃度變化對粒度的影響。實施例3(e)-3(g)說明了乳液中聚合物濃度對粒度的影響。實施例3(h)說明了聚合物納米粒子的沉淀作用，實施例3(i)說明了不將CO2呈泡狀進(jìn)入乳液的情況下，PLGA粒子的沉淀效果。
實施例3(a)-3(d)-溶劑濃度變化的影響。
PLGA乳液的制備按照表5所列，制備具有不同EA濃度和恒定PVA和PLGA濃度的乳液3(a)-3(d)。將聚乳酸/羥基乙酸(PLGA)溶解在用乙酸乙酯(EA)飽和的水中，按表5中所示的比例形成溶液。將溶液加入到計量好的0.5％(w/w)的聚乙烯醇(PVA)水溶液中，形成混合物。用分散攪拌機(jī)，在5000rpm下，經(jīng)3分鐘，乳化混合物，分別形成乳液3(a)-3(d)。
PLGA粒子的制備。
按照下列方法制備實施例3(a)-3(d)的粒子。將乳液3(a)-3(d)的4.0ml等分試樣分別裝入萃取室中。用與實施例2中制備粒子的方式相似制備PLGA粒子，除以下過程萃取室保持在恒定的操作壓力和溫度下。CO2通過萃取室的流速保持恒定。具體地說，所用壓力為80巴，溫度為45℃，CO2流速為1ml/分鐘。使用光電二極管并列式UV/VIS檢測器測定從萃取室中萃取的溶劑量。EA萃取完全結(jié)束后，減壓萃取室，得到粒子的膠體懸浮水溶液。
PLGA粒子的分析。
在所有實施例3(a)-3(d)中，60分鐘后幾乎全部EA被從乳液中萃取出來，所有情況下殘余EA確定都小于100ppm。分析之前，洗滌和過濾粒子以從懸浮水溶液中除去PVA。
使用掃描式電子顯微鏡(SEM)分析所得膠體懸浮水溶液中的PLGA粒子的形態(tài)。圖6為實施例3(a)中所得的PLGA粒子的SEM顯微照片。由于尺寸為1微米，因此該P(yáng)LGA粒子為亞微細(xì)粒，不聚結(jié)，形狀為球形，且具有窄粒度分布。使用動態(tài)光散射儀(DLS)進(jìn)行粒度分布分析。使用具有不同溶劑或EA濃度的乳液進(jìn)行沉淀試驗，結(jié)果列于表5中。出人意料的，增加乳液中EA的相對百分?jǐn)?shù)導(dǎo)致PLGA粒子的數(shù)量均值和體積均值下降。
表5.從具有不同EA濃度的乳液中得到的PLGA粒子的粒度。

實施例3(e)-3(g)-PLGA聚合物濃度變化的影響。
PLGA乳液的制備。
除下列乳液具有如表6中所列的不同PLGA濃度和恒定PVA和EA濃度之外，按照與乳液3(a)-3(d)相同的方式制備乳液3(e)-3(g)。
PLGA粒子的制備。
按照與實施例3(a)-3(d)所使用的相同方式，制備實施例3(e)-3(g)中的粒子。
PLGA粒子的分析分別使用DLS和SEM，按照與實施例3(a)-3(d)相同的方式對實施例3(e)-3(g)中制得的PLGA粒子進(jìn)行粒度和形態(tài)分析。使用不同PLGA濃度乳液進(jìn)行沉淀試驗的結(jié)果如表6所示。圖7-8分別為實施例3(e)和3(f)中制備的PLGA粒子的體積粒度分布圖。直徑在納米范圍內(nèi)。
表6.不同PLGA濃度對粒度的影響。

實施例3(h)-乳液均化作用對粒度的影響。
聚乳酸/羥基乙酸(PLGA)乳液的制備將4.01g聚乳酸/羥基乙酸(PLGA)溶解在40.1g用乙酸乙酯(EA)飽和的水中。將溶液加入到160g 0.5％(w/w)的聚乙烯醇(PVA)水溶液中形成混合物。用分散攪拌機(jī)，在5000rpm下，經(jīng)3分鐘，使混合物乳化，然后在14,000psi(3程)下用可商購的微射流均質(zhì)機(jī)(型號M110-L)均化形成乳液3(h)。
PLGA粒子的制備。
將乳液3(h)4.0mL的等分試樣裝入萃取室中。按照與實施例3(a)中制備粒子的相似方式制備PLGA粒子。萃取室保持在恒定的操作壓力和溫度下。CO2通過萃取室的流速保持恒定。具體地說，所用壓力為80巴，溫度為45℃，CO2流速為1ml/分鐘。使用光電二極管并列UV/VIS檢測器測定從萃取室中萃取的溶劑量。在EA完全萃取后，減壓萃取室，得到粒子的膠體懸浮水溶液。
PLGA粒子的分析。
使用掃描式電子顯微鏡(SEM)對實施例3(h)中所得粒子的膠體懸浮水溶液的粒度和形態(tài)進(jìn)行分析。使用動態(tài)光散射儀(DLS)測定PLGA粒子的流體動力學(xué)直徑。實施例3(h)中得到的粒子的DLS分析表明所得粒子的平均體積直徑和數(shù)均直徑分別為217nm和117nm。圖9為實施例3(h)中制得的納米粒子的顯微照片。
結(jié)果說明均化作用和液滴尺寸影響所得粒子的粒度。因此，通過選擇參數(shù)，如轉(zhuǎn)子速度、剪切力、剪切類型、均化時間、各種參數(shù)排列等可控制粒度。
實施例3(i)-單一或減少的界面對PLGA粒度的影響。
按照與實施例3(g)相同的方式進(jìn)行實施例3(i)，且還使用乳液3(g)，但是，并未通過過濾器板使CO2呈泡狀進(jìn)入萃取室內(nèi)并進(jìn)一步通過乳液，而是將超臨界CO2引入萃取室頂部，且未通過乳液就將其移出頂部。也就是，超臨界CO2沿單一或減少的界面表面積與乳液接觸，并且未呈泡狀通過或溶解通過乳液。
PLGA粒子的分析。
按照與實施例3(h)相同的方式對PLGA粒子進(jìn)行分析。PLGA粒子的平均體積均值為2408納米(nm)，數(shù)量均值為656納米(nm)。圖10為實施例3(i)中制得的PLGA粒子的體積粒度分布圖，平均直徑在納米范圍內(nèi)。
實施例4根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案沉淀醋酸膽固醇酯(水不溶性類固醇)納米粒子。下列實施例中，使用微細(xì)噴嘴將CA乳液注入含有超臨界CO2的萃取室中。
醋酸膽固醇酯(CA)乳液的制備實施例4(a)-4(c)中，將計量量的醋酸膽固醇酯(CA)溶解在10.0g水飽和的EA中形成溶液。然后將該溶液加入到EA飽和的90.0g、1％(w/w水)PVA的水溶液中形成混合物。使用分散攪拌機(jī)，在5000rpm下，經(jīng)3分鐘，使混合物均化形成表7中所列的乳液4(a)-4(c)。
醋酸膽固醇酯(CA)粒子的制備。
使用與圖1所示裝置100相似的裝置制備CA納米粒子，區(qū)別在于通過噴嘴將乳液噴入室中，噴嘴是通過側(cè)壁伸入而不是通過入口146。所用裝置的部件由體積為100毫升的沉淀室組成。用HPLC泵將乳液4(a)-4(c)注入沉淀室中。用加熱套使沉淀室維持恒溫。壓力和溫度參數(shù)分別為100巴和40℃。
以連續(xù)方式操作實施例4(a)-4(c)的方法。在希望的操作溫度下，用超臨界二氧化碳將沉淀室加壓至希望的操作壓力。二氧化碳流過沉淀單元的流速保持恒定，為1 6ml/分鐘。以恒定流速1.0ml/分鐘，通過50-微米的噴嘴將實施例1中制備的乳液噴射入沉淀室中。由于乳液自由噴射入沉淀室，其自動成為小液滴，用超臨界二氧化碳連續(xù)從液滴中萃取出EA。由于對EA的萃取，溶質(zhì)粒子從溶液中沉淀出來。
乳液流進(jìn)入沉淀室保持10分鐘，之后用新鮮二氧化碳吹洗沉淀室120-180分鐘，從而從沉淀室中洗滌過量殘余EA。然后緩慢減壓沉淀室，直至其達(dá)到環(huán)境壓力，收集CA粒子的水懸浮液并分析。
醋酸膽固醇酯(CA)粒子的分析。
使用DLS確定實施例4(a)-4(c)中所得粒子的粒度分析。使用SEM對CA粒子的形態(tài)進(jìn)行分析，如圖11中的SEM顯微照片所示。粒子顯示為均勻的，并具有小球或圓柱形。CA粒子具有窄粒度分布。乳液中CA濃度上升，則CA粒度也增大。實施例4(a)-4(c)中，平均粒度和CA含量之間的關(guān)系如圖12所示，結(jié)果列于表7中。圖13為實施例4(a)中制得的CA粒子的體積重量分布圖。表7.CA粒子制備參數(shù)，其中CA濃度是變化的。

實施例4(d)-4(f)-不同CO2密度的影響。
CA乳液的制備。
按照與乳液4(b)相似的制備方式制備乳液4(d)-4(f)。
醋酸膽固醇酯(CA)粒子的制備。
按照與實施例4(a)-4(c)中相似的粒子制備方式制備實施例4(d)-4(f)中的粒子，只是使用表8中所列的不同二氧化碳濃度。
醋酸膽固醇酯(CA)粒子的分析。
不受超臨界二氧化碳密度的影響而獲得基本均勻的粒度。因此，減小對超臨界流體密度的關(guān)注，可獲得和保持粒度均勻性。結(jié)果列于表8。
表8.CA粒子制備參數(shù)，其中變化CO2密度。

實施例4(g)-4(k)-溶劑和溶質(zhì)濃度對粒度的影響。
醋酸膽固醇酯(CA)粒子的制備。
除了下述不同外，按照與實施例3(a)中相同的方式制備實施例4(g)-4(k)。實施例4(g)-4(k)中，如表9所示制備乳液4(g)-4(k)。變化CA濃度和EA濃度，以確定溶劑和溶質(zhì)濃度對粒度的影響。使用可商購的微射流均質(zhì)機(jī)(如，型號M110-L)在14.5Kpsi和3程下均化乳液4(g)-4(k)。加入PVA達(dá)0.5w/wH2O。對實施例4(g)-4(k)相應(yīng)地使用乳液4(g)-4(k)。
醋酸膽固醇酯(CA)粒子的分析。
實施例4(g)-4(k)的CA粒子的粒度列于表9中。圖14(a)、14(b)和14(c)為實施例4(g)-4(k)中CA和EA的體積(平均)粒度(納米)對濃度(百分率w/w總量)的多維圖。
表9.實施例4(g)-4(k)中組分濃度。

實施例5三軟脂酸甘油酯乳液的制備實施例5(a)中，將5％w/w的三軟脂酸甘油酯(液體)溶解于20.0g氯仿中。使用5％w/w的卵磷脂作為表面活性劑并溶解于氯仿中。然后將三軟脂酸甘油酯溶液加至180.0g含0.25g甘膽酸鈉的水中形成混合物。在500巴下，使用分散攪拌機(jī)，在5000rpm下均化該混合物1程(pass)，然后在1300巴下，使用可商購的微射流均質(zhì)機(jī)(型號M110-L)均化3程，形成乳液5(a)。
三軟脂酸甘油酯粒子的制備按照與前述實施例中基本相同的方法進(jìn)行實施例5(a)。操作壓力為80巴，操作溫度為35℃。二氧化碳流速為1ml/分鐘。
三軟脂酸甘油酯粒子的分析按照與前述實施例中基本相同的方法制備、收集和分析三軟脂酸甘油酯粒子。結(jié)果列于表10。圖15為實施例5(a)中制得的CA納米粒子的SEM顯微照片。圖16為實施例5(a)中制備的三軟脂酸甘油酯粒子的數(shù)均粒度分布圖，圖17為同一粒子的體積平均粒度分布圖。圖16-17表明數(shù)均和體積平均粒度分布都在小于50納米的范圍內(nèi)。
表10.三軟脂酸甘油酯粒子制備結(jié)果。

此處描述的方法和實施方案只是具有權(quán)利要求中所述的發(fā)明要素的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和方法的實施例。所寫的說明可使本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員進(jìn)行和使用具有替代要素的實施方案，該實施方案同樣相應(yīng)于權(quán)利要求中所述的發(fā)明要素。因此本發(fā)明的范圍包括與權(quán)利要求的語言描述沒有差別的其它結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和方法，還包括與權(quán)利要求的語言描述無實質(zhì)差別的其它結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和方法。
權(quán)利要求
1.一種制備粒子的方法，包括乳液與超臨界流體接觸，該乳液具有連續(xù)相和不連續(xù)相，不連續(xù)相包括在其中溶解了溶質(zhì)的溶劑，溶質(zhì)通常不溶于連續(xù)相中，不連續(xù)相中的溶劑可溶于超臨界流體中；和將溶劑由乳液的不連續(xù)相中萃取并進(jìn)入超臨界流體中以使溶質(zhì)發(fā)生沉淀，從而形成懸浮在連續(xù)相中的溶質(zhì)粒子。
2.權(quán)利要求1中所定義的方法，其中不連續(xù)相為非極性溶劑，連續(xù)相為水。
3.權(quán)利要求1中所定義的方法，其中溶質(zhì)包括生物活性物質(zhì)或藥物。
4.如權(quán)利要求1中所定義的方法，其中溶質(zhì)包括聚合物。
5.如權(quán)利要求4中所定義的方法，其中聚合物為可生物降解的聚合物。
6.如權(quán)利要求1中所定義的方法，其中在連續(xù)操作步驟中，溶質(zhì)粒子懸浮在連續(xù)相中。
7.如權(quán)利要求1中所定義的方法，其中粒子平均直徑從約0.1納米至約1.0毫米。
8.如權(quán)利要求7中所定義的方法，其中粒子平均直徑從約0.1微米至約400米。
9.如權(quán)利要求8中所定義的方法，其中粒子平均直徑從約1納米至約500納米。
10.權(quán)利要求1中所定義的方法，其中乳液進(jìn)一步包括表面活性劑。
11.如權(quán)利要求1中所定義的方法，其中超臨界流體包括二氧化碳。
12.如權(quán)利要求1中所定義的方法，其中溶質(zhì)選自包括醫(yī)藥試劑、營養(yǎng)物質(zhì)、蛋白質(zhì)、肽、生物堿、生物堿、動物和/或植物提取物、抗原、核酸、抗生素、維生素、類脂、聚合物、聚合物前體、顏料、毒素、殺蟲劑、病毒物質(zhì)、診斷輔助物、農(nóng)用化學(xué)劑、染料、炸藥、涂料、化妝品、酶和催化劑的組中。
13.如權(quán)利要求1中所定義的方法，其中粒子基本上為球形。
14.如權(quán)利要求1中所定義的方法，其中連續(xù)相為水或水溶性物質(zhì)。
15.如權(quán)利要求1中所定義的方法，其中不連續(xù)相包括非極性溶劑或部分水溶性有機(jī)溶劑。
16.如權(quán)利要求1中所定義的方法，進(jìn)一步包括選擇溶質(zhì)在溶劑中的濃度，以獲得希望的粒度的步驟，其中溶質(zhì)濃度增大導(dǎo)致粒度增大，溶質(zhì)濃度減小導(dǎo)致粒度減小。
17.如權(quán)利要求1中所定義的方法，進(jìn)一步包括選擇不連續(xù)相在連續(xù)相中的濃度，以獲得希望的粒度的步驟，其中不連續(xù)相濃度增大導(dǎo)致粒度增大，不連續(xù)相濃度減小導(dǎo)致粒度減小。
18.如權(quán)利要求1中所定義的方法，進(jìn)一步包括將乳液噴射入超臨界流體中形成乳液液滴的步驟，該液滴含有連續(xù)和不連續(xù)相部分，其中將溶劑由不連續(xù)相中萃取出來的步驟后，粒子沉淀并懸浮在連續(xù)相的液滴中。
19.如權(quán)利要求20中所定義的方法，進(jìn)一步包括選擇乳液的液滴尺寸，以獲得希望的粒度的步驟，其中液滴尺寸增大導(dǎo)致粒度增大，液滴尺寸減小導(dǎo)致粒度減小。
20.如權(quán)利要求20中所定義的方法，其中通過噴嘴噴射入乳液，從而使乳液噴灑至超臨界流體體積內(nèi)，且噴嘴為毛細(xì)管噴嘴、同軸噴嘴或超聲噴嘴。
21.如權(quán)利要求20中所定義的方法，其中接觸步驟包括使用混合器來增大乳液液滴與超臨界流體之間的接觸面積，混合器為振動表面和推進(jìn)式混合器，從而增大溶劑由乳液液滴到超臨界流體的傳質(zhì)速率。
22.如權(quán)利要求1中所定義的方法，進(jìn)一步包括選擇乳液中不連續(xù)相的液滴尺寸，以獲得希望的粒度的步驟，其中不連續(xù)相液滴尺寸增大導(dǎo)致粒度增大，不連續(xù)相液滴尺寸減小導(dǎo)致粒度減小。
23.如權(quán)利要求1中所定義的方法，其中接觸步驟包括將乳液和超臨界流體泵入室中；沿著表面積減小的界面邊界使乳液與超臨界流體接觸在一起，其中通過界面邊界將溶劑由不連續(xù)相萃取至超臨界流體中；并且從室中移出超臨界流體和溶劑，從而為了萃取溶劑使超臨界流體不呈氣泡通過乳液。
24.如權(quán)利要求1中所定義的方法，進(jìn)一步包括將極性溶劑分散在非極性溶劑中，或?qū)⒎菢O性溶劑分散在極性溶劑中形成乳液的步驟，從而形成水包油、油包水、油包油或多相乳液，其中如此形成的乳液為微乳液、粗乳液或粗乳液中的微乳液。
25.如權(quán)利要求26中所定義的方法，其中乳液的形成步驟是使用微射流均質(zhì)機(jī)、超聲波喇叭形機(jī)、分散攪拌機(jī)、靜態(tài)混合器、膠體研磨機(jī)、氣流式混合機(jī)、汽輪混合機(jī)，或自發(fā)乳化技術(shù)進(jìn)行來進(jìn)行的。
26.如權(quán)利要求1中所定義的方法，進(jìn)一步包括過濾懸浮粒子形成粒子的濃縮濾餅，冷凍干燥濾餅獲得干燥粒子的步驟。
27.如權(quán)利要求1中所定義的方法，其中超臨界流體為超臨界或接近超臨界狀態(tài)，且主要由二氧化碳、水、三氟甲烷、一氧化二氮、二甲醚、直鏈或支鏈C1-C6-烷烴、鏈烯烴、醇或其結(jié)合組成。
28.如權(quán)利要求1中所定義的方法制得的粒子，其中粒子不溶于或微溶于水，且懸浮在連續(xù)水相中，其中粒子直徑從約1納米至約100微米，粒子不含、或基本不含殘余量的不連續(xù)相和超臨界流體，且粒子包括溶質(zhì)，其中溶質(zhì)選自包括生物活性物質(zhì)、醫(yī)藥試劑、營養(yǎng)物質(zhì)、蛋白質(zhì)、肽、生物堿、alkyloids、動物和/或植物提取物、抗原、核酸、抗生素、維生素、類脂、聚合物、聚合物前體、顏料、毒素、殺蟲劑、病毒物質(zhì)、診斷輔助物、農(nóng)用化學(xué)劑、染料、炸藥、涂料、化妝品、酶和催化劑的組中。
29.一種裝置，包括使乳液與超臨界流體接觸的設(shè)備，乳液具有連續(xù)相和不連續(xù)相，不連續(xù)相包括在其中溶解了溶質(zhì)的溶劑，溶質(zhì)通常不溶于連續(xù)相中，不連續(xù)相中的溶劑溶于超臨界流體；和將溶劑由乳液的不連續(xù)相萃取并進(jìn)入超臨界流體中，以使溶質(zhì)過飽和，從而形成懸浮在連續(xù)相中的溶質(zhì)粒子的設(shè)備。
全文摘要
一種制備微米粒子和納米粒子的方法，使用超臨界流體源(112)，從來自(114)的乳液萃取其中溶解了溶質(zhì)的溶劑。將欲沉淀的溶質(zhì)溶解在溶劑中形成溶液，將溶液分散在不混溶或部分混溶的液體中，以在乳液源(114)處形成乳液。在容器(110)中，使用超臨界流體通過從乳液中萃取溶劑而制得粒子。該方法可制備基本不溶于水的粒子的水懸浮液，該方法中使用的、開始時形成乳液的溶劑可由容器開(120)和(122)回收并循環(huán)。
文檔編號B01J19/00GK1665576SQ03815675
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月3日
發(fā)明者普拉蒂哈什·查托帕迪亞, 鮑里斯·Y.·舍昆夫, 杰弗里·S.·塞晉爾, 羅伯特·W.·赫夫 申請人:費(fèi)羅公司