固体脂质纳米粒中粒子各向异性的流体力学近似：脂质和乳化剂的影响

《Journal of Pharmaceutical Sciences》：Hydrodynamic approximation of particle anisometry in solid lipid nanoparticles: Influence of lipid and emulsifier

　　

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  建立了基于Perrin理论的水动力学模型，用于近似固体脂质纳米粒的各向异性。
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  甘油三酯基脂质纳米粒的各向异性取决于粒径、脂质链长和界面组成。
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  乳化剂的类型和浓度影响脂质结晶过程中的各向异性生长。
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  聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物对界面饱和可抑制各向异性，而单月桂酰基蔗糖则促进高度各向异性片状晶体的形成。
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  界面后修饰可在不改变脂质核心的前提下调控固体脂质纳米粒的各向异性。

引言

脂质纳米乳液和固体脂质纳米粒（SLNPs）是用于难溶药物肠外递送的胶体载体系统，已被广泛研究。1, 2, 3 SLNPs的一种应用途径是将它们用于亲水性化合物的制剂，例如治疗性生物大分子（如肽、蛋白质）。4, 5, 6 由于其亲水性，这类物质不宜被包裹在纳米粒的脂质核心中。另一种策略则是使其吸附在粒子表面。SLNPs的尺寸在纳米范围内，具有较大的比表面积（SSA），可用于载药。除粒径外，粒子形态也会影响可用表面积，从而可能影响表面吸附能力。7, 8 在此背景下，优化SLNPs的表面积和形状以增加药物相互作用的途径变得尤为重要。

在生产过程中，乳化剂的存在不仅影响脂质纳米粒的形成，还影响其粒径和粒径分布、结晶过程以及脂质基质的多晶型行为。9, 10, 11, 12, 13, 14 此外，已有研究发现乳化剂的选择可显著影响SLNPs的形状，15, 16 而形状反过来又影响各向异性和可用表面积——当将SLNPs作为亲水性药物表面吸附载体时，这两个参数至关重要。关于界面组成对粒子形状的影响，在液晶纳米粒系统中也有相关报道。17 与此同时，定量测定SLNPs各向异性的方法仍然有限。这些分析可能用于评估体系是否适用于药物吸附或需要优化。然而，精确确定粒子形状参数，尤其是直径（$D$）和厚度（$h$），因粒子几何形状不规则且两个维度的分布范围较宽而变得复杂。最简单的近似方法是假设粒子为球形。8 其他方法则需要大量且昂贵的样品制备来近似各向异性。在此类研究中，据报道使用了透射电子显微镜（TEM）18结合小角X射线19或流变学测量15的方法。SLNPs的电子显微图像通常仅代表总粒子群体的一小部分，从统计学角度使形状测定变得困难。此外，还必须考虑到显微图像中的粒子可能以倾斜方向呈现，这进一步加大了准确测量其尺寸的难度。15, 18 Unruh等人建立了一种X射线散射方法20, 21, 22，用于测定甘油三酯纳米晶垂直于(001)面的厚度。通过结合电子显微镜和X射线散射数据，可以粗略估计纳米晶的平均$D/h$比值。但由于依赖于电子显微镜数据，结果的统计显著性有限。15 相比之下，通过流变学测量估计各向异性的优点在于可以对大量单个粒子的$D/h$值进行平均，从而赋予结果更高的统计显著性。简言之，SLNPs的各向异性是通过分散液的粘度来近似的。较长链甘油三酯的悬浮液观察到更高的粘度，其各向异性也高于较短链甘油三酯。15

另一种估计纳米粒纵横比的方法使用改良的动态光散射法。非偏振动态光散射能够实现极小各向异性粒子的大小和形状表征。悬浮在液体中的各向异性粒子的动力学行为取决于平移运动和旋转运动，由平移动力学系数（D_t）和旋转动力学系数（D_r）描述。利用线性偏振光的特性，可测量D_t和D_r，从而推导出粒子大小和纵横比。23 在确定D_t和D_r后，可根据粒子形状（例如圆盘、圆柱、椭球）应用不同的水动力学模型来计算粒子的纵横比。24, 25, 26, 27 然而，对于粒子大小和形状分布复杂的体系，如SLNPs，该方法难以应用，因为来自旋转运动和平移运动的散射贡献的分离变得困难。因此，DDLS最适用于粒子大小和形状分布较窄的相对均一体系，如金纳米棒。28, 29

有趣的是，基于甘油三酯的SLNPs在DLS测量中通常表现出比相应纳米乳液更大的平均粒径。30 这可归因于粒子形状的改变。由饱和甘油三酯生产的SLNPs通常在稳定的β晶型中形成片状粒子。7, 15, 18, 31, 32 各向异性粒子的扩散系数低于等体积的球形粒子。25 由于DLS通过扩散系数确定粒子大小，各向异性粒子看起来比同体积的球形粒子更大。因此，DLS测得的粒子大小可以提供关于粒子形状的间接信息，正如Sj?str?m等人在醋酸胆固醇纳米粒中所展示的那样。33

本研究的主要目的是开发并评估一种基于Perrin椭球理论的水动力学方法，以从DLS数据中以纵横比值的形式近似SLNPs的相对各向异性。24, 25 系统性地改变已知或预期会影响SLNPs形态的配方和粒子相关变量，以评估该方法是否能够分辨相应的各向异性变化。通过使用后修饰策略考察界面效应，即在由山嵛酸三甲酯和聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物188组成的定义明确的模板体系中添加替代乳化剂，从而在保持相同脂质基质和可比粒径的同时系统性地改变界面环境。此外，分别使用不同大小的山嵛酸三甲酯分散液和一系列同系物甘油三酯（月桂酸三甲酯、山嵛酸三甲酯、棕榈酸三甲酯和硬脂酸三甲酯）研究粒径和脂质类型的影响。在适用的情况下，将得到的各向异性趋势与电子显微镜观察结果进行比较。

章节摘要

材料

月桂酸三甲酯（Dynasan? 112，Hüls AG，德国维滕）、山嵛酸三甲酯、棕榈酸三甲酯和硬脂酸三甲酯（Dynasan? 114、116和118，IOI Oleo，德国维滕）作为亲脂相使用。对于分散稳定和后修饰，使用聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物188（P188）、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物407（P407）和聚氧乙烯山嵛酸酯15（S15）（Kolliphor? P188、Kolliphor? P407、Solutol? HS 15；BASF，德国路德维希港），聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物238（P238）（Adeka Nol F-88，ADEKA Europe GmbH，德国杜塞尔多夫），聚山梨酯80（PS80）

脂质类型的影响

为考察脂质类型对SLNPs形状的影响，选择四种链长不同的甘油三酯作为脂质基质：月 Laurin（C12）、山嵛酸三甲酯（C14）、棕榈酸三甲酯（C16）和硬脂酸三甲酯（C18）。这些脂质构成了饱和单酸甘油三酯的同系物系列，选择它们是为了系统评估脂肪酸链长如何影响近似的粒子各向异性。此外，之前报道的SLNPs各向异性中的甘油三酯依赖性差异

结论

基于Perrin理论的水动力学方法能够利用DLS测得的数据对SLNPs各向异性的相对差异进行比较。所得到的水动力学近似纵横比不应被解释为绝对几何尺寸，而应作为比较性筛选参数，最直接的比较可在具有相同脂质基质和可比粒径的体系中获得。

结果表明，各向异性由粒子大小、脂质

未引用参考文献

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利益冲突声明

作者声明，他们没有已知可能影响本文报道工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢Manuela Handt对DSC测量的支持，感谢Robin Furche对DLS测量的协助，感谢Johannes Schabbing在纵横比计算方面的帮助。对于获取STEM图像，作者感谢使用德国研究基金会（Deutsche Forschungsgemeinschaft，DFG）资助（INST 188/452-1 FUGG）的新兴纳米计量实验室（Laboratory for Emerging Nanometrology，LENA）的FIB-SEM设备。

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