布洛芬自可降解磷酸鈣中釋放行為的研究

白志杰， 李成峰

(山東理工大學 材料科學與工程學院， 山東 淄博 255049)

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布洛芬自可降解磷酸鈣中釋放行為的研究

白志杰， 李成峰

(山東理工大學 材料科學與工程學院， 山東 淄博 255049)

摘要：為調(diào)控布洛芬自藥物載體——磷酸鈣中的釋放行為，先采用水熱合成法制備得到含布洛芬的磷酸鈣(CaP-IBU)，再在合成時加入聚乙烯醇(PVA)制備高分散度顆粒(CaP-PVA)，最后通過Pechini方法沉積磷酸八鈣層后制備得到復合顆粒(CaP-OCP).PVA的加入和Pechini工藝過程對溶液磷酸鈣的結(jié)晶行為產(chǎn)生影響，進而所制備得到磷酸鈣顆粒的物相和形貌有顯著的不同.在磷緩沖液(pH=7.2～7.4)和lysosome-like緩沖液(pH=4.7)中，布洛芬自復合顆粒中釋放行為和載體的降解性能對顆粒的結(jié)構(gòu)和溶液pH值敏感，這與布洛芬分子與磷酸鈣顆粒的作用機制及顆粒多層次結(jié)構(gòu)敏感于布洛芬的擴散機制有關(guān).

關(guān)鍵詞：磷酸鈣； 水熱法； 布洛芬； 緩釋； 降解

在藥物緩釋系統(tǒng)中，藥物分子被包裹在藥物載體內(nèi)或吸附在表面，在溶液中自藥物載體內(nèi)部釋放的行為受藥物分子與藥物載體之間的作用機制調(diào)控，最終實現(xiàn)藥物緩釋性能[1]. 無機材質(zhì)藥物載體的優(yōu)勢體現(xiàn)在與藥物分子的作用方式豐富、化學性質(zhì)穩(wěn)定和生物相容性好等方面，其中磷酸鈣，包括磷酸氫鈣、磷酸八鈣(OCP)和羥基磷灰石(HAp)是人體骨組織的無機組成部分，在體內(nèi)降解的產(chǎn)物為友好離子，磷酸鈣作為藥物載體的研究近年來備受關(guān)注[2-3]. 布洛芬在治療發(fā)燒和疼痛等領域有廣泛的應用，味苦、溶解度低和半衰期短等特點導致病人服用布洛芬時出現(xiàn)難以下咽、吸收差和服藥頻繁[4-5]. 若布洛芬在溶液中以緩慢、持續(xù)和可控的方式自藥物載體中釋放出來，可望解決布洛芬藥物自身的缺陷. 但到目前為止，布洛芬自藥物載體內(nèi)釋放的行為尚不夠理想，往往在短時間內(nèi)就完成釋放，這源于布洛芬與藥物載體的作用機制過于單一. 在完成藥物的承載和體內(nèi)釋放后藥物載體的降解性能也備受關(guān)注，這涉及到藥物載體在體內(nèi)的降解速度、降解形式和排出方式的安全性等問題[6]. 在本文中，我們先通過水熱方法制備得到含布洛芬的羥基磷灰石顆粒，隨后在顆粒表面沉積磷酸八鈣(OCP)制備得到復合顆粒，研究藥物載體的結(jié)構(gòu)對藥物釋放和藥物載體的降解行為的影響規(guī)律，旨在為具有多層次結(jié)構(gòu)藥物載體的制備、藥物釋放行為的調(diào)控和藥物載體的降解方面的研究提供實驗參考.

1實驗

1.1樣品制備

在45 mL的水中加入0.60g L-谷氨酸、0.38g十二水合磷酸氫二鈉和0.07g氫氧化鈉，待完全溶解后再依次加入0.15 g尿素，0.28 g四水合硝酸鈣和0.17 g二水合檸檬酸三鈉，將溶液攪拌均勻后加入到含0.40 g布洛芬的容器中，在100℃下水熱處理24h，經(jīng)過濾和洗滌后在60℃下干燥12h，即得含布洛芬的磷酸鈣(CaP-IBU)顆粒. 在上述反應過程中加入0.15g聚乙烯醇(PVA)制備得到含布洛芬的磷酸鈣顆粒(CaP-PVA). 通過改性的Pechini方法[7]在CaP-PVA顆粒上沉積OCP層，即在含34.58 mL水和11.5 mL乙醇的混合溶液中，依次加入1.13 g檸檬酸、0.62 g硝酸鈣和0.21 g磷酸氫二銨后用氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值至9，隨后加入2.31 g聚乙二醇(分子量為2000)，攪拌反應1h后加入含布洛芬的磷酸鈣顆粒的溶液(將0.10 g羥基磷灰石和0.20 g布洛芬分散在10 mL酒精中，超聲振動15 min制得)，再攪拌反應3h后離心分離，并用乙醇洗滌沉降物后在60℃下干燥12h，即得到含布洛芬的磷酸鈣復合顆粒(CaP-OCP).

1.2結(jié)構(gòu)表征與性能測試

用荷蘭FEI公司Sirion 200型掃描電子顯微鏡(SEM)表征顆粒的組織和形貌. 用德國Brucker AXS公司D8 ADVANCE型多晶X射線衍射儀(XRD)分析顆粒的物相(銅靶，掃描范圍(2θ)為3°～8°，掃描速度為0.1°·min-1). 用美國Thermo Electron公司Nicolet 5700型Fourier變換紅外光譜儀(FTIR，掃描范圍為400～4000 cm-1，掃描步長為2cm-1，采用KBr壓片制樣)檢測顆粒的化學基團. 稱取0.15 g CaP-IBU、CaP-PVA和CaP-OCP顆粒，經(jīng)200 MPa壓成?10mm的圓片，將其分別放入50 mL磷緩沖液(PBS，pH=7.2～7.4)和lysosome-like緩沖液(pH=4.7，含4.4 mM檸檬酸和5.6 mM檸檬酸三鈉的水溶液)中，在37℃下以120 r/min的轉(zhuǎn)速搖動，用紫外-可見分光光度計(北京普析通用儀器公司，TU1901)每隔一段時間測溶液的吸光度，以表征顆粒的載藥性能和藥物的釋放行為，再根據(jù)經(jīng)72h浸泡后圓片的剩余質(zhì)量來確定樣品的降解率.

2結(jié)果與討論

2.1XRD分析

如圖1所示，CaP-IBU的XRD圖譜與標準HAp的卡片一致，幾乎沒有任何雜質(zhì)峰出現(xiàn). 谷氨酸水解致使初始溶液的pH值大約在4左右，PO43-離子濃度非常低，溶液中不出現(xiàn)任何的沉淀. 在100℃下尿素水解產(chǎn)生大量的OH-并與Ca2+和PO43-離子一起發(fā)生沉淀反應，生成HAp[8]. 加入PVA后，反應溶液中CaP-PVA顆粒則變?yōu)镺CP和HAp的混合物，其中OCP的(010)衍射峰較弱， HAp的衍射峰明顯寬化，2θ位于30～35°的(211)、(300)和(112)衍射峰幾乎并在一起. 經(jīng)Pechini工藝過程后，CaP-OCP顆粒則為OCP，其衍射峰的強度高.

圖1　樣品的XRD譜圖

2.2SEM 表征

圖2　樣品的SEM照

如圖2所示，CaP-IBU顆粒中晶體成片狀并自中心呈放射狀，以自組裝的形式聚集成球形，球體之間也通過晶體片連接在一起. 在溶液中加入PVA后CaP-PVA顆粒分散，這是因為PVA的存在影響磷酸鈣晶體并自組裝為球形聚集體的行為. 在Pechini工藝過程中，當反應溶液的pH值調(diào)節(jié)至9時Ca2+、PO43-和OH-離子會生成OCP，在檸檬酸根離子和聚乙二醇的作用下沉積到CaP-IBU顆粒表面，形成CaP-OCP復合顆粒.

2.3FTIR分析

如圖3所示，CaP-IBU顆粒表面吸附水的伸縮振動吸收峰在3 426.1cm-1處發(fā)現(xiàn)，位于565.0cm-1和603.3 cm-1的雙峰是HAp的磷酸根不對稱變角振動的特征吸收峰[9]，磷酸鹽的伸縮振動吸收峰分別出現(xiàn)在1 037.0 cm-1[9]. 谷氨酸中羧基的伸縮振動吸收峰位于1 574.7 cm-1處，而-CH2伸縮振動峰位于2 971.9 cm-1處. 在1 415.3和879.3 cm-1出現(xiàn)吸收峰是因為尿素水解產(chǎn)生的CO32-離子進入HAp晶格內(nèi)[10]. 對CaP-OCP而言，在1 575.0和1 542.5 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰分別對應于檸檬酸根羧基的反對稱伸縮(νas(COO-))和對稱伸縮峰(νs(COO-))，其峰值差小于自由羧基的188cm-1，

表明羧基通過雙齒形的方式接合到OCP顆粒[11].

圖3　樣品(CaP-IBU(a)、CaP-PVA(b)和CaP-OCP(c))的FTIR光譜

2.4緩釋行為研究

如圖4所示，布洛芬自CaP-IBU、CaP-PVA和CaP-OCP中釋放的行為表現(xiàn)出明顯的緩釋性能和pH值敏感性能. 布洛芬的初始速度較快，6小時后釋放速度變慢，直至釋放達到平衡. 布洛芬在CaP-IBU、CaP-PVA和CaP-OCP中載藥量分別為107.92、128.60和30.93 mg/g. 在PBS中，布洛芬自CaP-IBU中釋放的速度較慢，這源于電離后的布洛芬解離常數(shù)(pKa=7.2)與HAp之間的結(jié)合力強，而在lysosome-like緩沖液中質(zhì)子化的布洛芬與HAp的結(jié)合力后以較快的速度擴散出來. 自CaP-PVA顆粒中布洛芬在lysosome-like緩沖液中的釋放要比其在PBS中要慢，這可能是因為在lysosome-like緩沖液中PVA與顆粒形成的氫鍵導致分子間鍵合密度大大增加，對布洛芬的釋放起到位阻作用. 如圖4(b)和(c)所示，布洛芬的累計釋放量(C)與時間的平方根之間存在線性關(guān)系，這與基于Fickian擴散定律的 Higuchi模型(C = k·t1/2)描述的釋放行為一致[12-14].

圖4　在PBS(實心符號)和lysosome-like緩沖液(空心符號)中布洛芬自Ca-IBU(■和□)，Ca-PVA(●和○)和Ca-OCP(▲和△)中釋放行為

2.5降解性能研究

在PBS或lysosome-like緩沖液中，布洛芬自藥物載體顆粒中逐步釋放，藥物載體也隨之發(fā)生降解. 如圖5所示，CaP-IBU、CaP-PVA和CaP-OCP的降解率隨溶液pH值的降低而明顯增加，這與磷酸鈣在低pH值的溶液中溶解度大幅度提高有關(guān)系. 藥物載體的降解性能對顆粒的結(jié)構(gòu)也敏感，CaP-OCP的降解性能明顯提高，在lysosome-like緩沖液中降解率達到85.12 %，即使在PBS中其降解率也高達74.28 %.

圖5　樣品在緩沖液中浸泡72小時后的降解比率

3結(jié)束語

本文采用水熱合成法制備得到CaP-IBU，隨后在合成時加入聚乙烯醇制備高分散度CaP-PVA顆粒，最后通過Pechini方法制備得到CaP-OCP復合顆粒. 磷酸鈣顆粒的物相和形貌隨反應條件的不同而發(fā)生變化，PVA的加入和Pechini工藝過程對磷酸鈣的結(jié)晶行為產(chǎn)生影響致使顆粒的分散性能有顯著改善. 布洛芬自顆粒中釋放的行為和藥物載體的降解性能對溶液的pH值和顆粒的結(jié)構(gòu)敏感，這可為研究藥物載體結(jié)構(gòu)、藥物緩釋行為和載體降解性能提供有益的實驗參考.

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(編輯：姚佳良)

Investigation of the release behavior of ibuprofen from degradable calcium phosphate

BAI Zhi-jie, LI Cheng-feng

(School of Materials Science and Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China)

Abstract:To modulate the release behavior of ibuprofen from drug carrier, ibuprofen loaded calcium phosphate (CaP-IBU) was firstly synthesized through a hydrothermal method, then dispersible powders of CaP-PVA were prepared with addition of PVA during hydrothermal treatment, and finally, composite powders of CaP-OCP were obtained through a Pechini method. The phase and morphology of calcium phosphate powders were varied with the addition of PVA and the Pechini process, which influenced the crystallization of calcium phosphate in reaction solutions. The sustained-release behaviors of IBU and the degradation of drug carrier were seriously depended on core-shell structure and pH value of phosphate buffered saline (pH=7.2～7.4) or lysosome-like buffer (pH=4.7).

Key words:calcium phosphate; hydrothermal method; ibuprofen; sustained release; degradation

中圖分類號：TB321

文獻標志碼：A

文章編號：1672-6197(2016)04-0024-04

作者簡介：白志杰，男，baizhijie139@126.com ; 通信作者： 李成峰，男，cfli@sdut.edu.cn

基金項目：山東省高等學校科技計劃項目(J11LD52); 山東省自然科學基金項目(ZR2013EML008)

收稿日期：2015-03-22