殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球的緩釋性能研究*

賈利娜，何俊男，趙敬東，張　鑫，尚宏周

(華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，河北　唐山　063009)

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殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球的緩釋性能研究*

賈利娜，何俊男，趙敬東，張鑫，尚宏周

(華北理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，河北唐山063009)

采用乳化交聯(lián)法制備出負(fù)載5-氟尿嘧啶(5-Fu)的殼聚糖-海藻酸鈉磁性載藥微球。利用紅外(FIRT)、X射線衍射(XRD)、熱重(TG)、紫外-可見分光光度計(UV)對1其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和緩釋性能研究，考察了不同因素對載藥微球緩釋性能的影響。 結(jié)果表明，油水相體積比為1:1時載藥性能最佳，載藥量為6.69%，包封率為22.00%，產(chǎn)物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)且保持原有晶型，同時在不同pH值環(huán)境下載藥微球相對5-Fu藥物有明顯的緩釋作用，并且在pH=8.4時藥物達(dá)到最大釋放量，微球適用于給腸癌細(xì)胞靶向供藥。

殼聚糖；海藻酸鈉；5-氟尿嘧啶；乳化交聯(lián)法；緩釋性能

5-氟尿嘧啶(5-Fu)作為一種抗代謝藥物，已廣泛應(yīng)用于各種實體腫瘤的治療，如大腸癌、胰腺癌、乳腺癌、頭頸部腫瘤、胃癌和卵巢癌等，目前已成為消化道惡性腫瘤普遍使用的化療藥物[1-3]。但是由于5-Fu本身毒副作用大，不僅能抑制癌細(xì)胞，而且也對正常細(xì)胞產(chǎn)生毒副作用，而且市場上出現(xiàn)的藥物制劑大多不具有選擇性，存在著用量多，藥效小，副作用大等不足。靶向藥物是目前研究的熱點[4-8]，可以在病灶部位富集，具有較高的選擇性強，可以抑制癌細(xì)胞，同時減少對患者正常細(xì)胞的損害。

本論文以磁性Fe3O4為靶向磁核，以殼聚糖和海藻酸鈉復(fù)合材料為載體，通過反相乳液法制備負(fù)載5-Fu的磁性靶向載藥微球。利用紅外(IR)、XRD、熱重(TG)等對其微球制劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，采用紫外-可見分光光度計(UV)分析制備條件對載藥微球緩釋性能的影響，為高分子載藥微球研究提供理論基礎(chǔ)。

1　實驗部分

1.1實驗試劑與儀器

海藻酸鈉(化學(xué)純)，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；殼聚糖(脫乙酰度96.12%)，浙江金殼生物化學(xué)有限公司；5-氟尿嘧啶(原藥)，江蘇美達(dá)化學(xué)品有限公司；Span80(化學(xué)純)，天津市永大化學(xué)試劑有限公司；冰乙酸，天津市永大化學(xué)試劑有限公司；正丁醇，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；液體石蠟，天津市永大化學(xué)試劑有限公司；甲醛，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；戊二醛，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；無水煤油，天津市大茂化學(xué)試劑廠；氯化鈣，天津市大茂化學(xué)試劑廠；磷酸二氫鉀，天津市永大化學(xué)試劑有限公司；磷酸氫二鈉，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉，天津市永大化學(xué)試劑有限公司；鹽酸，天津市凱信化學(xué)工業(yè)有限公司；除了特殊標(biāo)注以外，以上試劑皆為分析純。

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；BSA124S電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司；101系列數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，上海葉拓儀器儀表有限公司；平衡離心機，金壇市科析儀器有限公司；AVATAR360型傅里葉紅外光譜儀，美國尼高力公司；DMAX2500PC型X射線衍射儀，日本理學(xué)株式會社；ZRT-B型熱重分析儀，德國耐馳公司；FE20型實驗室pH計，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；UV-1901紫外雙光束分光光度計，北京普析通用儀器。

1.2磁性殼聚糖的制備

采用乳化交聯(lián)法，將1.0000 g 磁性Fe3O4加入殼聚糖乙酸溶液(1.0000 g殼聚糖加入50 mL體積比為2.5%的乙酸中，至殼聚糖全部溶解)，以1:2(V:V)比例加入表面活性劑Span-80(5 mL)和表面活性劑正丁醇(10 mL)，加人100 mL的液體石蠟，升溫到60 ℃加入3 mL 25%的戊二醛反應(yīng)1 h，再升溫至80 ℃繼續(xù)反應(yīng)1 h，洗滌得磁性殼聚糖。

1.3殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球的制備

將制備的磁性殼聚糖(1.0000 g溶于40 mL體積比為2.5%的乙酸溶液中)、5-Fu(0.4000 g)、海藻酸鈉(0.5000 g溶于20 mL 2.5%的乙酸溶液)配制的水相滴加到溶有Span-80乳化劑的煤油中(各10 mL/50 mL)，攪拌均勻后，加入交聯(lián)劑2.0% 的CaCl2溶液交聯(lián)1～2 h，離心除去上層油層，用石油醚洗滌下層微球，干燥后得殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球。采用單因素實驗法改變實驗中油水相比例為1:1、2:1、3:1條件下制備殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球。

1.4測定殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球的載藥量和包封率

取0.1000 g殼聚糖海藻酸鈉載藥微球于錐形瓶中，加入100 mL緩沖溶液，磁力攪拌24 h，離心取上清液，在波長266 nm下測量吸光度，借助標(biāo)準(zhǔn)曲線計算濃度，從而進(jìn)行載藥量和包封率的計算，公式如(1)和(2)。

(1)

其中：ms——所加微球中藥物全部釋放質(zhì)量

mj——所加微球總質(zhì)量

(2)

式中：mb——微球中包封藥物的質(zhì)量

my——加入藥物的總質(zhì)量

1.5殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球在不同pH緩沖液中的釋藥性

稱取0.1000 g載藥微球和0.1000 g 5-氟尿嘧啶各三份，分別用濾紙包裹，外包兩層紗布，放入編號1、2、3、4、5、6的六個150 mL的燒杯中，1、2、3組作為實驗組分別加入pH為6.85、7.4、8.4的緩沖溶液100 mL，4、5、6組作為對照組也分別加入pH為6.85、7.4、8.4的緩沖溶液100 mL。

依次在過0.5 h、1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、20 h、24 h、48 h、72 h、96 h時間取樣測試，每次取出2 mL，放入100 mL容量瓶稀釋至100 mL，測吸光度，同時向燒杯中補加2 mL相應(yīng)的緩沖溶液。

由測所得數(shù)據(jù)計算累積釋藥率W：

(3)

式中：Wn——第n個取樣點的累積釋藥率

Cn——第n個取樣點的濃度

V——實驗釋放介質(zhì)的體積

V取——每次取樣的體積

m0——加入微球中藥品總含量

1.6性能表征

采用溴化鉀壓片法，對Fe3O4微粒、磁性殼聚糖、殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球進(jìn)行紅外光譜表征分析，用X-射線衍射儀對Fe3O4微粒、磁性殼聚糖、殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球的晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。用熱分析儀在40～1000 ℃范圍內(nèi)測定Fe3O4微粒、磁性殼聚糖、殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球的熱失重曲線，分析其熱穩(wěn)定性，確定成分含量。

2　結(jié)果與討論

2.1紅外數(shù)據(jù)分析

采用溴化鉀壓片法，用AVATAR360型傅里葉紅外光譜儀對樣品進(jìn)行分析，測試范圍為400～4000 cm-1，F(xiàn)e3O4(曲線A)、磁性殼聚糖(曲線B)、殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球(曲線C)的紅外光譜圖如圖1所示。

圖1　磁性Fe3O4(A)和磁性殼聚糖(B)和載藥微球(C)紅外譜圖

由圖1可知，F(xiàn)e3O4的紅外吸收曲線A，3420 cm-1附近出現(xiàn)寬峰，是由-OH的伸縮振動引起的，在1650 cm-1和1560 cm-1附近出現(xiàn)特征峰是由-OH的彎曲振動引起，在573 cm-1附近有Fe-O振動特征峰。

在磁性殼聚糖紅外吸收曲線中，殼聚糖的特征峰：3420 cm-1處-OH、2930 cm-1處C-H；在1650 cm-1、1570 cm-1處峰強度增加，除由-OH的彎曲振動引起外，可能是-NH2和N-H作用，1410 cm-1明顯峰C-N的伸縮振動峰,1080 cm-1處的強峰為C=O。此外在579 cm-1處有特征峰，說明殼聚糖包裹了磁性鐵。

在殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球紅外吸收曲線中，2930 cm-1處C-H特征峰，1570 cm-1處-OH的彎曲振動引起及-NH2和N-H作用峰，1410 cm-1處C-N的伸縮振動峰，1080 cm-1處 C=O峰基本保持不變；3440 cm-1處-OH與殼聚糖相比發(fā)生了位移，說明-OH參加了反應(yīng)；而1660 cm-1處出現(xiàn)強峰，由發(fā)生反應(yīng)造成；1250 cm-1處增加峰，說明交聯(lián)發(fā)生在-NH2處；833 cm-1和812 cm-1處峰可能由于交聯(lián)了5-氟尿嘧啶出現(xiàn)的特征峰；555 cm-1處仍有強度基本不變的特征峰，說明殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球仍保有磁性。

2.2X-射線衍射分析

用X射線衍射儀對Fe3O4微粒、磁性殼聚糖、殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球的晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，如圖2所示。

圖2　磁性Fe3O4(A)和磁性殼聚糖(B)和載藥微球(C)XRD衍射圖

從XRD衍射譜圖可看出，圖譜中主要衍射峰的d值與標(biāo)準(zhǔn)的Fe3O4的特征衍射峰值相對應(yīng)。將磁性殼聚糖(B)和載藥微球(C)XRD衍射圖與Fe3O4(A)對比，六個主要衍射峰：(220)、(311)、(400)、(422)、(440)、(511)基本一致，說明Fe3O4的晶型結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，其順磁性也都未改變。同時衍射峰尖銳，表明晶體結(jié)構(gòu)較好，粒徑分布較窄。B和C在衍射角2θ=20°時分別出現(xiàn)了饅頭峰，應(yīng)該是四氧化三鐵表面的包覆殼聚糖-海藻酸鈉形成的無定型結(jié)構(gòu)。

2.3熱重數(shù)據(jù)分析

用熱分析儀測定Fe3O4微粒、磁性殼聚糖、殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球的熱失重曲線，分析其熱穩(wěn)定性，確定成分含量。

如圖3所示，在40～1000 ℃范圍內(nèi)測試，由圖3A可知Fe3O4隨溫度升高，重量幾乎不變，未分解。磁性殼聚糖(圖3B)TG曲線大致可分為三階段：40～100 ℃升溫脫水，出現(xiàn)第一個質(zhì)量減少階段；200～460 ℃間有大幅度下降，可推測是包裹的殼聚糖分解導(dǎo)致，后期又變緩，最后33.18%保持不變。殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球(圖3C)的TG曲線與磁性殼聚糖相比在200～460 ℃間下降幅度更大，是因為殼聚糖分解的同時，也伴隨著海藻酸鈉的分解和5-氟尿嘧啶的升華，之后又有小幅度減少，最后剩28.92%。

在一定程度上也可以看出Fe3O4微粒、磁性殼聚糖、殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球的相對熱穩(wěn)定性順序為Fe3O4微粒>磁性殼聚糖>殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球。

2.4載藥微球載藥特性分析

考查油水相體積比：根據(jù)測得的各油水比例條件下的吸光度值，據(jù)載藥量和包封率的計算公式(1)和(2)求得載藥微球的載藥量和包封率，繪制載藥量和包封率關(guān)于油水相比的折線圖，如圖4和圖5所示。

圖4　油水相體積比與載藥量關(guān)系圖

圖5　油水相體積比與包封率關(guān)系圖

由圖4和圖5中可看出在一定范圍內(nèi)，隨著油水相體積比的增加，載藥量和包封率都減小，當(dāng)油水相體積比為1:1時可取得最大的載藥量和包封率，對應(yīng)的最大載藥量為6.69%，最大包封率為22.00%。

2.5殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球在不同pH緩沖液中的釋藥性

將pH為6.85、7.4、8.4的三組不同緩沖液中殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球的累積釋藥率-時間曲線對比結(jié)果如圖6。

圖6中曲線a，b，c分別為在pH=6.85，7.4，8.4下載藥微球的累積釋藥率-時間曲線。從圖6上可以觀察到，在不同pH條件下，載藥微球釋放5-Fu藥物的速率和釋藥量有較大不同。在10 h左右微球釋藥量基本達(dá)到最大值，其釋藥速率為 c>b>a。在10 h內(nèi)，累計釋藥量最大值為c>b>a。從圖中明顯看出，在實驗范圍內(nèi)，當(dāng)pH=8.4時，載藥微球的最大累積釋藥量和釋藥速率都達(dá)到最大。

圖6　不同pH值下載藥微球釋藥性曲線

3　結(jié)　論

(1)以海藻酸鈉、殼聚糖為基準(zhǔn)，5-氟尿嘧啶(5-Fu)為模型藥物，采用乳化交聯(lián)法制備了殼聚糖-海藻酸鈉載藥微球，采用單因素實驗法考查油水相體積比對載藥微球載藥量和包封率的影響。結(jié)果表明，油水相體積比為1:1時載藥性能最佳，載藥量為6.69%，包封率為22.00%。

(2)采用傅里葉紅外儀、X-射線衍射及熱重分析等對載藥微球進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及性能表征。

(3)在不同pH值緩沖液中，載藥微球相對5-Fu藥物有明顯的緩釋作用。緩釋速率和累積釋藥量隨著pH值變化而變化，在實驗范圍內(nèi)，當(dāng)pH=8.4時，載藥微球的最大累積釋藥量和釋藥速率都達(dá)到最大。

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Preparation and Drug Release Property of Chitosan-sodium Alginate Carrier Drug Microspheres*

JIALi-na，HEJun-nan，ZHAOJing-dong，ZHANGXin，SHANGHong-zhou

(College of Chemical Engineering，North China University of Technology and Science，Hebei Tangshan 063009，China)

The chitosan-sodium alginate magnetic drug-carried microspheres were prepared through the method of emulsion crosslinking, in which 5-fluorouracil was loaded. Structure and performance were characterized and researched respectively by infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD), thermal gravimetric analyzer (TG), and ultraviolet-visible spectrophotometer, the influence on sustained release property of drug-carried microspheres brought by different factors were observed. The results showed that the drug-loaded property of microspheres became optimal with drug loading and embedding ratios of 6.69% and 20.00% accordingly, as well as the cross-linking reaction occurred in products and original crystalline continued to keep when the ratio between oil and water reached 1:1. Meanwhile, under different pH environments, drug-loaded microspheres performed obvious sustained released in terms of 5-Fu, and while pH was 8.4, the drug reached its maximum release capacity, which was suitable to supply treatment targeting to colorectal cancer cells.

chitosan sodium alginate; 5-fluorouracil; the method of emulsion crosslinking; release function

華北理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目(編號:x2013028)。

尚宏周，博士，副教授，主要從事功能有機材料的研究。

O646.8

A

1001-9677(2016)02-0065-04