第一章、緒論
1.1、使用奈米載體劑型的介紹
1.1.1、奈米結構脂質載體 (nanostructured lipid carriers, NLCs)
新型脂質奈米載體系統於西元 1990 年代初被開發，取代傳統載體系統 例如乳劑、微脂粒和聚合物奈米粒子，其中以固態脂質奈米微粒 (solid lipid nanoparticles, SLNs) 最先被發展 2。SLNs 主要由固體脂質，乳化劑與水所 組成。SLNs 具有下列優點為：由固態脂質組成物理安定性佳、無生理毒性、
且具生物可分解性、容易大量製備及滅菌、相較於微脂粒可避免有毒的有 機溶劑等。但 SLNs 作為藥物載體仍有許多的限制，如 (圖一) 所示 SLNs 因為在長期儲存之下會形成完美結晶型態而將藥物排除出去，以致包埋率 降低。因此繼 SLNs 之後發展出 NLCs，NLCs 是由固態脂質再加入部分 液態油脂製備而成，也因添加液態油脂，使得藥物易溶於液態油脂中，且 會破壞原本 SLNs 的完美結晶型態，故 NLCs 可提供較高的包埋藥物能力 和較長時間的安定性 6。
圖一、SLNs 及 NLCs 晶體結構比較6
3
NLCs 是由液態油脂和固態脂質所混合，依據不同的組成和製備方式分 為三種型態 (圖二)，第一種為 imperfect type 是使用少量液態油脂和固體 脂質相混合，固態脂質受到液態油脂的干擾，在晶格裡形成不完美結晶，
如此一來可以包埋更高的藥量；第二種 structureless type 室溫下雖然成固 態，但完全無結晶型態形成，可避免結晶擠壓而藥物釋出；第三種 multiple type 是液態油脂於固體脂質中，而固體脂質分散於水中，當藥物在液態油 脂溶解度高於在固體脂質時，則會形成固體材料含有極小的液態油質奈米 分隔 (nanocompartments)，藥物易儲存在液態油脂隔間裡，因此可以增加藥
物包埋能力，並且固體脂質包圍著奈米隔間，所以可以延長藥劑釋放 2。結
構型態可由 NMR 及 DSC 的測量證實，DSC 可測相變化溫度的轉移，了 解結晶型態是否有所改變，NMR 則可測半高寬，藉以了解液固態脂質在載 體中之流動性 7。
(A) (B) (C)
圖二、NLCs 三種型態：(A) imperfect type，(B) structureless type，(C)multiple type2
4
NLCs 的製備方法2 :
( 一 ) 高 剪 力 均 質 (high shear homogenization) 和 超 音 波 震 盪 法 (ultrasound)，此方法最早被使用，雖然操作容易，但粒子的分散性差、均一 性不夠，且在超音波震盪時容易被金屬汙染，因此限制此方法的使用。
(二) 高壓均質法 (high pressure homogenization)，使用在奈米級乳劑已 有數年，運作原理係利用高壓幫浦加壓，藉由高壓均質閥內截面積縮減流 道，將原先的高壓混合液轉換為高速混合液。高壓均質法又分為熱均質和 冷均質。冷均質法是將脂質與活性成分加熱溶解混合，利用液態氮或乾冰 快速冷卻，經機械研磨粉碎成脂質粉末，在高速攪拌下將粉末分散於冷的 界面活性劑水溶液中，進行高壓均質。熱均質法是先將脂質和活性成分加 熱溶解混合後，在高速攪拌下倒入熱的界面活性劑水溶液中，溫度在脂質 或高於脂質的熔點下進行高壓均質。
(三) 微乳法 (microemulsion)，已融化的固態脂質、液態脂質、藥物、
乳化劑與溫水形成外觀透明的 o/w 微乳劑，在攪拌條件下將微乳劑分散在 冷水中即可得到。
5
NLCs 被廣泛應用於藥物和化妝品傳遞的系統上，如 (表一) 是目前正 在研究並開發中的產品。
表一、目前 NLCs 的應用
Drug Implications
Lovastatin8
Enhancement of encapsulation efficiency Improvement of oral bioavailability Improvement of stability in GI environment
Vinpocetine8 Improvement of oral bioavailability
Coenzyme Q109 Improvement of skin bioavailability
TiO２9 Improvement of skin bioavailability
Wilder ginger9 Improvement of skin bioavailability
Urea9 Improvement of skin bioavailability
6
1.1.2、微脂粒 (liposomes)
微脂粒於西元 1965 年由英國劍橋的 Alec Bangham 首度提出微脂粒 的概念，此時之微脂粒主要是做爲模擬生物膜來使用10。在西元 1970 年代，
微脂粒首先被應用於藥物載體上，引起一股研究微脂粒劑型的風潮。但直 到 1990 年才有第一個經由美國 FDA 核准之微脂粒劑型 amphotericin B (Ambisome®) 上市，主要是用於全身性黴菌感染之治療11。近幾年來隨著生 物技術和科技之進步，才使得微脂粒的研究又熱門起來。
微脂粒是由天然或合成脂質所組成，在水中分散時具有自我聚集12
(self-assembly) 特性，進而形成脂質雙層的中空球體 (圖三)，其直徑範圍在 幾十個毫微米 (nm) 到幾十個微米 (μm) 之間。因為 (圖四) 具有特殊的球 形結構，所以可同時作為疏水性 (hydrophobic) 及親水性 (hydrophilic) 藥 物的載體，疏水性藥物可以嵌入脂質雙層中，而親水性藥物則可包埋在微
脂粒內層的水相中13。另外微脂粒由磷脂質構成，因與細胞膜成份相同，具
有良好的生物相容性 (compatible)14 及生物可分解性 (biodegradable)15，且 作為藥物載體經修飾後可具有主動靶向性及持續性緩慢藥物釋放系統。近
年來微脂粒被廣泛的使用在當作傳遞載體上，亦普遍的應用在癌症治療16。
7
圖三、脂質在水中形成微脂粒圖17
圖四、藥物在微脂粒內部的分佈情形18
8
微脂粒以結構分類 (圖五)12： (1) Multilamellar vesicle (MLV)
是具有多層脂雙層之微脂粒，一般而言，乾燥後的脂質薄膜，直接水合 後，即形成 MLV，但製備後體積通常較大，粒子大小介於 100-1000 nm。
特色是內具多層脂質膜，可層層釋出包埋的藥物並能達到持續釋放的效果。
一般而言多在五層以上；小於五層的 MLV 又稱為 oligo-lamellar liposomes 或 paucilamellar vesicle。
(2) Large unilamellar vesicle (LUV)
是單層脂雙層所構成的微脂粒，一般是介於 25-250 nm 的微脂粒。
(3) Small unilamellar vesicle (SUV)
是單一層脂雙層所構成的小微脂粒，但粒徑較小，一般是介於 20-50 nm 的微脂粒，可穿過血管壁，但缺點為包埋藥物率低。
圖五、微脂粒的結構分類12
MLV
LUV
SUV
9
微脂粒的製備有以下常見的方法：19
(1) 薄膜振搖法 (thin film method; hand-shaking method)
Alec Bangham 最初就是用此法製備。首先將磷脂質溶於有機溶劑中，
以減壓濃縮機將有機溶劑去除後，在瓶壁會形成脂質薄膜，再加入水相溶 液產生水合作用以手搖或超音波震盪的方式，即可形成多層膜微脂粒。
(2) 冷涷-再解凍 (freeze-thaw)、均質 (homogenization) 及超音波震盪法 (sonication method)
以超音波震盪將其均質化，並反覆冷凍再解凍的方式造成微脂粒的破裂、
重組及再密合，形成大小均勻的單層微脂粒。
(3) 界面活性劑溶解法 (detergent solubilization)
利用界面活性劑的特性，和磷脂質均勻混合形成微胞 (micelles)，之後 將界面活性劑去除，微胞最後會漸漸形成單一脂雙層的微脂粒。
(4) 溶劑注射法 (solvent-injection method)
先將磷脂質先溶於有機溶劑 (如：乙醚或乙醇) 中，接著注入至水相溶 液中，混合以形成水包油乳狀液，再移除有機溶劑後所得到之單層微脂粒。
(5) 逆相蒸發法 (reverse-phase evaporation method)
水溶液和過量含磷脂質之有機溶劑混合成油包水乳劑，再將有機溶劑去 除所形成微脂粒。
10
1.2、量子點 (quantum dots, QDs)
最早是在 1982 年由 A. L. Efros 等人發現在某些半導體材料於奈米的 大小下會發出螢光，此即命名為 QDs 3。QDs 是奈米級的半導體螢光材料，
直徑範圍在 2~20 nm 之間 (圖六)。而硫化鋅 (ZnS) 則是 QDs 上的塗層 材料，被認為是必要的，以其殼作為一種抗氧化劑可保護核心和提高其穩 定性 20。
圖六、QDs 結構21
雖然 QDs 主要是以化學週期表上 II-VI 族或 III-V 族元素組成的 22。 其中 QDs 螢光效能以以鎘為最高，螢光能透較深層的組織，因此能應用在 動物甚至人體實驗中。現今最常被拿來利用為 CdSe、CdTe、CdS。QDs 具 有獨特的光譜特性，如限量化效應 (圖七)23，當 QDs 粒徑發生變化時，會 分別發出藍色、綠色及接近紅色的螢光。這種尺寸效應，吸引了許多學者 投入 QDs 研究，探討其螢光顏色的調控、螢光效能、生物相容性的提升等。
11
且 QDs 和傳統有機螢光染料分子相比有更多在生醫應用上的優勢：螢光亮 度強、光化學穩定性佳、用單一波長雷射就可激發不同粒徑的 QDs 發出多 種波長的發射波、發射波狹窄且對稱、可重複激發等。以紅色染劑若丹明 (rhodamine 6 G) 為例，QDs 亮度為它的 100 倍24，在時間穩定上 QDs 可 持續發光 240 分鐘，而 rhodamine 6 G 卻僅能維持 6 分鐘 25。
圖七、QDs 限量化效應：不同尺寸的 QDs 可以發射出不同顏色23
但由於開始製備技術困難、產率低、穩定性不高等原因，其應用研究未 取得很大突破。直到解決了 QDs 本身水溶性不佳和生物相容性的問題, 才 開啟 QDs 應用於生醫領域上的研究26。剛合成的 QDs 外層是屬於直鏈的 烷基，使得原始表面特性是呈現疏水性，無法直接與生物分子作用，若要 應用於水相系統，特別是生物與生醫相關領域，則需進行表面親水化修飾
27。常見的方法有三種，第一種是以含硫醇基 (-SH) 及親水端 (COO-) 的
12
雙官能性分子置換 QDs 表面的疏水性分子，硫醇基與 CdSe 或 ZnS 表面 鍵 結 ， 親 水 端 則 自 QDs 向 外 伸 展 至 水 溶 液 中 ， 如 ( 圖 八 ) 所 示 以 mercaptocarbonic acid 加入為例28。而當使用含超過一個硫醇基的分子，可
圖八、利用 mercaptocarbonic acid 上的硫醇基置換 QDs 表面 28
增加鍵結能力，有助於長時間的水相安定性。第二種方法是藉由矽化處理 (silanization) 形成極性化的外殼，如 (圖九) 所示也就是在 ZnS 被覆蓋之 QDs 的表面再被覆一層 SiO2，隔絕 QDs 外層增加水溶性 29。第三種方法 是藉著兩性高分子聚合物如 (圖十) lipo-polymer 或 amphiphilic diblock copolymers 嵌入 QDs 表面使其疏水端穩定，利用聚合物的親水端溶於水 相中以達到親水性的目的 30。
13
圖九、利用 silanization 方式修飾 QDs 表面 29
圖十、利用 polymer 方式修飾 QDs 表面30
14
QDs 具有多種特點而有以下的應用 31-34：生物高敏感性，QDs 螢光亮 度夠，通常在螢光顯微鏡下就可以直接觀察到 QDs 的螢光性。多色同時標 記，QDs 的螢光顏色具有很好的調控性，藉由同一激發波長激發大小不同 的 QDs 即可觀察到不同顏色，故可控制粒徑大小其螢光波長的範圍則可由 紫外光到紅外光。活體動態即時監測和細胞標定，由於 QDs 具有螢光強度 強、產率高和光穩定性佳等特性，因此可以同時滿足體外細胞組織螢光標 定和長時間動態跟蹤監測的需要，成為活體靶向追蹤和動態影像的理想標 記物。已有許多細胞和動物實驗表明 QDs 標記技術在活體研究中應用的可 行性 35。(圖十一) 表示 QDs 在各種生物應用上發展的潛力25。
圖十一、QDs 在生物應用上的種類25
15
1.3、模式藥物 1.3.1、Camptothecin
Camptothecin 於 1960 年代被 M. E. Wall 和 M. C. Wani 利用系統篩 選天然物發現，屬於一種具有細胞毒性喹啉類 (quinoline) 生物鹼，在分子 結構式 (圖十二) 中以 lactone 環對活性最為重要36。但經過二十年後，人
Camptothecin 於 1960 年代被 M. E. Wall 和 M. C. Wani 利用系統篩 選天然物發現，屬於一種具有細胞毒性喹啉類 (quinoline) 生物鹼，在分子 結構式 (圖十二) 中以 lactone 環對活性最為重要36。但經過二十年後，人