摘要
目的:维生素A (Vitamin A,VA)是一种重要的、易缺乏的，通常以维生素A酯和β-胡萝卜素的形式存在的脂溶性维生素。维生素A作为一种膳食营养补充剂或药物引起了广泛的关注，但是随着温度升高、紫外线照射或氧气存在而降解，增强稳定性一直是个挑战。维生素A棕榈酸酯(Vitamin A Palmitate，VAP)与维生素A的结构相似，结构骨架中含有多个共轭双键和酯键，是广泛使用的维生素A酯类。为防止VAP在制剂过程以及储存过程中因外部因素的降解，本研究的目标是合成合适的载体以及开发一个绿色、高效的载药工艺，将液态油状药物固态化以实现稳定负载。 方法:本研究以不同类型的环糊精金属有机骨架(Cyclodextrin Metal-Organic Frameworks,CD-MOF)为载体，采用无溶剂法负载液态不稳定药物。以VAP为模型药物，采用新工艺无溶剂法将油状药物VAP吸附扩散进入具有多孔的结构的γ-CD-MOF。考虑到可获得性与制备成本，扩展研究以β-CD为原料的CD-MOF载体并优化。 1.无溶剂法γ-CD-MOF载VAP研究:无溶剂法载药首先将油状VAP与γ-CD-MOF迅速混合，吸附于多孔表面的VAP随着载药时间的延长逐渐进入空腔，进入载体空腔内部的VAP受到保护。考察γ-CD-MOF负载VAP的最佳条件，以载药量以及高温处理下剩余药物含量为指标，采用高效液相色谱法用于VAP含量测定。运用单因素法，考察载体类型以及关键性因素(载药时间、投料比、CD-MOF与氧化锆珠的比例)的水平范围。通过游离VAP提取实验以及高温长期稳定性实验，初步考察是否存在尚未完全被保护的VAP。为了减少游离VAP的影响，采用洗涤以及加热前处理的方式。 2. β-CD-POF(Ⅰ)新载体的研发:本研究尝试设计一种新载体辅料(β-CD-POF(Ⅰ),POF:Potassium Organic Framework)来实现VAP的稳定负载。通过合成工艺摸索与优化，成功实现该载体的单晶培养，并经单晶X射线衍射分析其空间结构。利用具有独特空间结构的新载体负载不稳定分子VAP，以期提高载药效率。 3. β-CD-POF(Ⅰ)载维生素A棕榈酸酯研究:通过考察载药投料百分比的考察以及载药后洗涤处理，初步确定β-CD-POF(Ⅰ)负载VAP的无溶剂法工艺。以KOH-β-CD-MOF和β-CD为对照，设置不同温度条件进行热稳定性实验，考察并确定β-CD-POF(Ⅰ)改善VAP稳定性的潜力。为了进一步研究影响VAP稳定性的因素，一方面，考察了高温处理时添加氮气保护的影响;另一方面考察了原料药以及载药复合物在强光下的降解情况。 4.载药机制研究:探索β-CD-POF(Ⅰ)成功负载VAP且增强稳定性的原因，采用分子模拟将VAP与β-CD-POF(Ⅰ)进行分子对接，推测VAP在β-CD-POF(Ⅰ)中的可能分布情况。此外，同步辐射傅里叶变换红外光谱(SR-FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、粉末X射线衍射(PXRD)、热重分析(TGA)和氮吸附等温线等表征实验验证VAP在β-CD-POF(Ⅰ)中的成功包封。结合药物自身性质以及在β-CD-POF(Ⅰ)的结合方式，推测VAP与β-CD-POF(Ⅰ)之间可能的作用机制。 5.超临界流体辅助载药工艺与优化:使用KOH-γ-CD-MOF和β-CD-POF(Ⅰ)在超临界CO2流体辅助下负载维生素A棕榈酸酯。运用单因素法，考察超临界CO2流体辅助CD-MOF装载VAP的三个关键性因素(反应釜温度、反应釜压力、反应时间)的水平范围。以VAP的稳定性数据为指标，考察多种关键参数下的载药量以及稳定性的差异，优选最佳载药工艺。 结果: 1. γ-CD-MOF无溶剂法负载VAP，绿色高效的提高VAP稳定性的方法 无溶剂法策略最终的优化载药条件为:中性化KOH-CD-MOF为载体，投料比为2％,室温下在MOF与氧化锆珠比例为1∶3的条件下混合1h，载药量范围为1.8 ％-2.0 ％。稳定性实验结果表明，微米级VAP@KOH-CD-MOF的VAP保护作用优于纳米级VAP@KOH-CD-MOF。采用热处理以及洗涤前处理，可以略微改善VAP@KOH-CD-MOF复合物中VAP的稳定性。适当地洗涤可以将未完全负载进空腔吸附于表面的VAP洗去，促进VAP在KOH-γ-CD-MOF中的重新分布，从而改善VAP@KOH-CD-MOF整体的稳定性。此外，复合物的前处理温度升高，CD-MOF对VAP的保护效果略微提升，但前处理后载药损失率增大。 2.设计一种新载体(β-CD-POF(Ⅰ)，POF:Potassium Organic Framework) 合成过程中使用更为经济的β-CD作为原料，成功制备了 β-CD-POF(Ⅰ)。β-CD和KI的摩尔比例为1∶8,选用无水乙醇作为转晶溶剂，得到的晶体晶型最好且呈有序排列。利用溶剂扩散法成功制备出β-CD-POF(Ⅰ)单晶，并通过X射线衍射仪成功解析其结构。单晶X射线衍射分析表明，β-CD-POF(Ⅰ)具有双环糊精通道和长且平行的管状通道空腔。该结构不同于与以往报道的β-CD-MOFs,推测β-CD-POF(Ⅰ)可能对长链状不稳定VAP分子具有更好的包封能力。 3.确证β-CD-POF(Ⅰ)载VAP的保护效果和分子机制 (1)初步确定了 β-CD-POF(Ⅰ)无溶剂法负载VAP的工艺，设定投料比为2 ％进行后续的稳定性考察实验。稳定性实验表明不论在40 ℃、60 ℃还是70 ℃条件下，β-CD-POF(Ⅰ)对VAP的保护效果均优于KOH-β-CD-MOF和β-CD。氮气环境可以改善VAP因高温降解剧烈的情况，进一步提高VAP的保护效果。强光照对于VAP的影响较高温处理低，KOH-β-CD-MOF对VAP的保护效果仍然弱于β-CD-POF(Ⅰ)。 (2) SR-FTIR、DSC、PXRD、TGA、N2吸附等表征实验和分子模拟证实VAP成功包封到双环糊精对形成的通道中。由于结构中含有丰富的共轭双键和一个酯键，VAP易发生氧化、热解和脱羧等反应。β-CD-POF(Ⅰ)的双环糊精分子对形成的空腔为VAP分子提供了空间。分子对接结果表明，VAP分子更可能停留在双β-CD分子对中，对接自由能为-6.108 kcal/mol。针对β-CD-POF(Ⅰ)的空间结构和VAP不稳定性，提出VAP与β-CD-POF(Ⅰ)的作用机理假设:VAP负载进入β-CD-POF(Ⅰ)的空腔中，一方面，长平行管状通道可以分离VAP分子，防止分子间的相互氧化;另一方面，柔性VAP分子被抑制在狭窄的双环糊精腔内，无法实现自身氧化。它们的共同影响导致VAP分子中较好地封装的多个共轭双键,并进一步增强了稳定性。综上，双环糊精分子单元对VAP的束缚和分隔作用是增强VAP稳定性的机制。 4.超临界CO2流体辅助CD-MOF负载维生素A棕榈酸酯 为了更好的优化无溶剂载药方式，CD-MOF与VAP在预混合后，使用超临界流体进行后续处理。超临界流体辅助载药法制备的VAP@KOH-CD-MOF的稳定性均优于无溶剂法，随着投料比例增大，稳定性保护效果会下降。KOH-CD-MOF的初步载药工艺条件:5 ％投料、40 ℃、20 MPa下反应1 h。β-CD-POF(Ⅰ)的初步载药工艺条件:2％投料、40℃、20 MPa下反应0.5 h或者2 h。通过改变载药设备以及改进载药策略，有效的对实验条件进行调整。借助超临界CO2处于超过本身临界温度和临界压力的状态，兼具气体和液体双重性质，既易于扩散运动，又对药物有较大的溶解度的性质，将VAP扩散吸附在多孔结构的CD-MOF中。 结论:溶剂孵育法存在对药物的利用率较低、大量引入有机溶剂和耗时较长等问题。基于此，开发了载药过程较为绿色和温和的无溶剂法，实现液态药物固态化，同时改善部分不稳定液态药物的稳定性。此外，扩展研究以β-CD为合成原料的β-CD-POF(Ⅰ)载体并优化，提高了载体的可获得性并大大降低了制备成本。β-CD-POF(Ⅰ)具有双环糊精单元和长且平行管状通道，结构中形成的空腔为VAP分子提供了空间。分子模拟和一系列表征实验证实VAP成功包载到双环糊精对形成的通道中，分子对接结果表明，对接自由能为-6.108 kcal/mol。β-CD-POF(Ⅰ)的双环糊精分子单元对链状VAP的束缚和分隔共同作用促使VAP分子中多个共轭双键良好封装。最后，为了更好的优化不引入有机溶剂的载药方式，CD-MOF与VAP在预混合后，使用超临界流体进行后续处理。借助超临界CO2兼具气体和液体双重性质，实现了超临界流体辅助CD-MOF对VAP的负载，同时也具有改善VAP稳定性的效果。综上，关于无溶剂法载药工艺的开发与优化、新载体的探索与优化，有助于解决维生素A酯类稳定性差的问题，达到显著改善药物稳定性的效果，为CD-MOF载体在不稳定药物制剂研发上提供新思路。
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