一種可釋放維生素B2的聚乙烯醇口腔膜的制備及其性能研究*

李俊起，李文明，王憲鵬，史建華，朱愛臣，李博，郈秀菊，王傳棟

（山東省藥學(xué)科學(xué)院，山東省醫(yī)用高分子材料重點實驗室，濟南250101）

1 引 言

復(fù)發(fā)性口腔潰瘍是一種常見的臨床口腔疾病，嚴(yán)重時可影響患者言語及進食，其發(fā)病原因復(fù)雜，其中免疫缺陷、自身免疫反應(yīng)、疲勞、精神緊張、營養(yǎng)不良及微量元素缺乏等均與之有關(guān)[1]。臨床治療主要是消除誘因，減輕癥狀，促進潰瘍面愈合[2]。由于維生素B2在水中可以溶解，能轉(zhuǎn)移甲基，加快新生組織生長，促進黏膜恢復(fù)與愈合[3]，故臨床多用維生素B2治療口腔潰瘍。

聚乙烯醇（PVA）是由聚醋酸乙烯酯水解而成的一種水溶性聚合物，無毒、生物相容性好，其制品力學(xué)性能優(yōu)良，并有很好的可紡性及成膜性[4]；用靜電紡絲法制備的PVA膜具有比表面積大、長徑比高、孔隙率高、透濕透氣性好及質(zhì)地柔韌的特點[5]，可作為皮膚醫(yī)療護理的優(yōu)良替代品，在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景[6]。本研究將維生素B2溶解于PVA的水溶液中，用靜電紡絲法紡成膜，為了提高其力學(xué)強度，用壓膜機將纖維壓成口腔膜，并測試了PVA膜的理化性能及累積溶出度。

2 材料與方法

2.1 原料試劑

PVA，國藥集團化學(xué)試劑有限公司，牌號：1750±50、1799±50、2488±50；維生素 B2，湖北威德利化學(xué)科技有限公司。

2.2 儀器設(shè)備

掃描電子顯微鏡，德國 Zeiss公司，型號 SUPRA55；高倍系統(tǒng)顯微鏡，德國OLYMPUS公司，型號BX40；恒溫培養(yǎng)箱，德國 Binder公司，型號KB240；萬能拉力機，日本島津，型號AGS-H；紫外分光光度計，日本島津，型號UV-2501；示差掃描量熱儀，日本島津，型號DSC60；鼓風(fēng)干燥箱，湖北黃石醫(yī)療器械廠，型號DFG801；壓片機，北京富友馬科技有限公司，型號FM350。

2.3 PVA口腔膜的制備

稱取一定質(zhì)量的PVA置于100 mL三口燒瓶中，加入適量去離子水，在油浴條件下機械攪拌2 h，同時冷卻回流，油浴溫度設(shè)定95℃，使PVA完全溶解，得到PVA水溶液。

預(yù)先將維生素B2溶解于水中，待上述PVA水溶液溫度降至60℃時，加入維生素B2溶液，60℃條件下機械攪拌30 min，得到含維生素B2的PVA溶液。

將PVA溶液和含維生素B2的PVA溶液分別吸入到配有12#噴針的10 mL注射器中，噴針接高壓電源正極，收集裝置接高壓電源負(fù)極，高壓電源電壓設(shè)定為20 kv[7]，PVA流量由自動進樣器控制，進樣器螺桿轉(zhuǎn)速0.005 mm/s，纖維收集在接地鋁箔上，噴針與鋁箔間距約15 cm[8]，電紡?fù)戤吅髮VA膜與鋁箔一同取下，送入鼓風(fēng)干燥箱中，40℃下干燥2 h。

將PVA膜與鋁箔剝離，利用壓片機對膜施加最高靜態(tài)壓力5 Mpa，得到靜電紡絲的PVA口腔膜。

2.4 系統(tǒng)顯微鏡觀察

將PVA靜電紡絲膜裁切成片，利用高倍系統(tǒng)顯微鏡（放大倍率10×10）觀測表面形貌。

2.5 掃描電鏡測試

PVA口腔膜表面噴金處理后，采用德國Zeiss公司的SUPRA55掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面形態(tài)。

2.6 力學(xué)性能測試

將不同濃度的PVA口腔膜裁剪成50 mm×100 mm的樣條[9]，采用日本島津AGS-H電子萬能試驗機測試待測樣品的拉伸強度；將樣品兩端夾緊，以5 mm/min的速度加載試驗機直至樣品斷裂，繪制其拉力曲線。

2.7 熱性能測試

將不同濃度的PVA口腔膜用日本島津DSC60示差掃描量熱儀測定熱性能，升溫速率10℃/min，溫度范圍15～150℃。

2.8 紫外吸收測試

依據(jù)《中華人民共和國藥典》[10]中有關(guān)維生素B2的測試要求，進行PVA口腔膜的溶出物紫外吸收測試，具體方法如下：

取PVA口腔膜500 mg，加入50 mL水，避光置于37℃的恒溫振蕩箱（轉(zhuǎn)速：100 r/min）中24 h，取上層液體，使用日本島津公司的UV-2501紫外分光光度計測定試樣的吸收峰，掃描波長200～500 nm，測定PVA口腔膜溶出液中是否含有維生素B2。

取5 mg維生素B2，溶于50 mL水中，同樣置于37℃的恒溫震蕩箱中避光保存24 h，取上層液體，使用紫外分光光度計測定維生素B2紫外吸收峰，作為對照。

2.9 維生素B2的釋放試驗

取含維生素B2的PVA口腔膜200 mg，加入25 mL水，置于37℃的恒溫振蕩箱（轉(zhuǎn)速：100 r/min）中，避光保存。每間隔1 h取一次震蕩液1 mL，置于5 mL的量瓶中，加水至刻度線，用紫外分光光度計測定其含量，PVA母液再補充37℃的恒溫水1 mL，繼續(xù)放入恒溫箱避光保存。連續(xù)測定8 h，計算維生素B2的累計釋放度，并繪制釋放度曲線。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同PVA牌號的篩選

選取常用的PVA牌號1750、1799、2488，分別配置成12%的濃度，在相同的紡絲條件下紡絲5 min，顯微鏡下形貌見圖1。

電紡的優(yōu)劣性主要體現(xiàn)在電紡時噴針頂端能否形成穩(wěn)定泰勒錐，收集輥上是否收集到纖維，纖維形態(tài)是否良好。好的電紡形式應(yīng)為噴針溶液流動順暢，有良好的泰勒錐，收集到的纖維松散無斑點[11]。

圖1（a）中PVA-1750膜在顯微鏡下觀察纖維排列有序，粗細(xì)均勻，靜電紡絲穩(wěn)定性良好。圖1（b）中，PVA-1799膜在顯微鏡下觀察到有多處斑點，纖維較細(xì)，主要是其醇解度較高，PVA醇解反應(yīng)時的副產(chǎn)物醋酸鈉會在水中電離，從而增加了電紡溶液的電導(dǎo)率[11]，導(dǎo)致其在靜電場中受力減小，液滴容易滴落在收集輥上，溶解周圍纖維形成膜狀斑點。圖1（c）中，PVA-2488膜在顯微鏡下觀察到纖維較細(xì)，排列較雜亂，有少量斑點，且電紡過程中噴針容易堵塞，主要是由于其分子量較高，濃度也較大，增加了其電紡難度。經(jīng)過對比，選擇1750牌號的PVA進行電紡，其紡絲過程穩(wěn)定，成絲性較好。

圖1 不同牌號的PVA形貌Fig 1 PVA morphology of different type

3.2 不同濃度PVA口腔膜的性能研究

3.2.1 掃描電鏡測試 以PVA-1750：維生素B2=100：1[12]（質(zhì)量比）分別配制成含 PVA為 10%、12%、15%、18%的溶液，在相同的電紡條件下收集成膜并經(jīng)過壓片機處理，利用掃描電鏡觀察外觀形態(tài)，見圖2（a-d）。取上述12%的溶液電紡膜，一部壓片處理，觀察壓片前后的掃描電鏡圖，其纖維電紡結(jié)構(gòu)見圖 2（e-f）。

圖2 10%、12%、15%、18%濃度下的PVA膜掃面電鏡圖Fig 2 PVA scanning electron microscopy at concentrations of 10%，12% ，15%，18%

由圖可以看出，不同濃度的紡絲液均能紡出形態(tài)較好的纖維，PVA靜電紡絲膜經(jīng)壓片處理后，微觀纖維層結(jié)構(gòu)變化不明顯，隨著濃度的增加，纖維直徑有增大的趨勢，這主要是由于隨著紡絲液濃度的增加，紡絲液的表面張力也隨之增大，在靜電紡絲過程中，同等靜電力下，較大的表面張力能使纖維在電場中分化困難，噴射流分化能力降低，導(dǎo)致纖維直徑增大[13-14]。

低濃度時纖維束間有搭接點，隨著濃度的提升，纖維直徑逐步穩(wěn)定，搭接處減少，這主要是由于聚合物濃度過低時很難保證噴絲細(xì)流的連續(xù)性，不能形成穩(wěn)定的流體[15]，收集的纖維也不穩(wěn)定，容易相互搭接；PVA溶液的濃度主要是通過溶液粘度影響纖維的形貌及直徑[16]，隨著濃度和粘度的增加，聚合物的分子間作用力與靜電場力達到一個平衡，此時液體流速穩(wěn)定，噴射速率也較高，得到的纖維形貌較穩(wěn)定。濃度繼續(xù)提高，纖維直徑雖然變大，但是大分子間力與靜電場力平衡有被破壞的趨勢，直徑變得不穩(wěn)定，且溶液濃度太高，溶液粘性太大影響溶液推注速度[17]，效率降低。經(jīng)過對比，可以看出15%濃度下的PVA溶液進行電紡，成絲性較好，紡絲過程較穩(wěn)定。

3.2.2 力學(xué)性能分析 以 PVA-1750：維生素B2=100：1（質(zhì)量比）分別配制成含 PVA為10%、12%、15%的溶液，電紡成膜后用壓片機壓實，用萬能拉力機測定其拉力，見圖3。

以 PVA-1750：維生素 B2=100：1（質(zhì)量比）配制成含PVA為12%的溶液，相同電紡條件下收集成膜，一部分用壓片機處理，用萬能拉力機測定電紡膜經(jīng)過壓片機處理前后的拉力，見圖4。

圖3 10%、12%、15%濃度下的PVA拉力曲線Fig 3 PVA stretch curves at concentrations of 10%，12% and 15%

由圖3可知，隨著濃度的增大，拉伸強度在增大，這主要是由于高濃度溶液紡絲的纖維比低濃度的纖維直徑要大，這點已在SEM圖像中經(jīng)過證明，直徑大的纖維相比較擁有更強的力學(xué)性能；并且高濃度條件下紡絲纖維噴射流速穩(wěn)定，纖維取向性較好，因此擁有更好的拉伸強度。12%和15%濃度下的PVA膜具有良好的力學(xué)性能。

由圖4可知，PVA膜在經(jīng)過壓片機處理后，其拉伸度有明顯增強。

3.2.3 熱力學(xué)性能分析 以PVA-1750：維生素B2=100：1（質(zhì)量比）分別配制成含 PVA為10%、12%、15%的溶液，電紡成膜后用壓片機處理，測定其熱力學(xué)性能，見圖5。

圖4 壓片前后的PVA拉力曲線Fig 4 PVA tension curve before and after tablet compression

圖5 PVA的DSC曲線Fig 5 DSC of PVA

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是高聚物的一個重要特性參數(shù)，是高聚物從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的溫度，在玻璃態(tài)溫度以下，PVA膜分子鏈和鏈段均不能運動，只是構(gòu)成分子的原子在其平衡位置做振動；在玻璃化溫度以上時，分子鏈段可以運動，表現(xiàn)出高彈態(tài)[18]，隨著PVA濃度的增大，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有降低的趨勢。這是由于低濃度時纖維之間有搭接點，隨著濃度的提升，纖維直徑逐步穩(wěn)定，搭接處減少，高聚物自由體積增大，分子鏈的運動受到約束的程度也減小，相鄰纖維搭接點之間平均鏈長變大，鏈段更容易運動，所以玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也降低。15%濃度下的Tg溫度也有92.5℃，完全高于人體溫度，作為口腔膜不會影響其熱力學(xué)性質(zhì)。

3.2.4 紫外吸收分析 依據(jù)《中華人民共和國藥典》中有關(guān)維生素B2的鑒定方法，其水溶液用紫外-可見分光光度法測定，在267、375、444 nm處的波長有最大吸收，且375 nm波長的吸光度與267 nm波長的吸光度比值應(yīng)為0.31～0.33，444 nm處的吸光度與267 nm處的吸光度比值應(yīng)為0.36～0.39。

以 PVA-1750：維生素 B2=100：1（質(zhì)量比）配制成PVA濃度為15%的溶液，進行紡絲成口腔膜，取PVA口腔膜500 mg，加入50 mL水，避光置于37℃的恒溫振蕩箱（轉(zhuǎn)速100 r/min）中24 h，并測定其特征峰與對應(yīng)吸光度，結(jié)果見表1。

表1 特征波長下的紫外吸收值Table 1 UV absorption values at characteristic wavelengths

含維生素B2的PVA口腔膜溶出液紫外吸收譜圖，見圖6。

圖6 維生素B2的紫外吸收峰Fig 6 UV absorption peaks of VB2

結(jié)果表明，含維生素B2的PVA口腔膜溶出液在444、375、267 nm處均有吸收峰存在，與維生素B2的特征峰吻合，說明PVA口腔膜可以釋放維生素B2。

3.2.5 釋放性試驗分析 釋放的影響因素主要包括聚合物的膨脹、降解，搭載物質(zhì)的溶解、擴散及與聚合物的比例等[19]。通過對PVA口腔膜釋放曲線分析，可以看到維生素B2在第1 h時釋放強烈，釋放度達到50%，3 h內(nèi)基本釋放完畢，達到85.75%。這主要是由于PVA膜強烈的親水性，隨著時間的推移，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷溶解，維生素B2也隨之釋放，PVA膜變?yōu)槟z狀后，維生素B2釋放速率也隨之下降，見圖7。

圖7 PVA膜中維生素B2的累計釋放度Fig 7 Cumulative release of vitamin B2 PVA films

4 結(jié)論

用靜電紡絲法制備含有維生素B2的PVA膜，研究了不同牌號、不同濃度對電紡性的影響及對口腔膜的電鏡形貌、力學(xué)及熱力學(xué)性能的測試分析，最終確定1750牌號、濃度為15%的PVA溶液與維生素B2混紡成膜，并測定其中維生素B2的釋放度，發(fā)現(xiàn)3 h內(nèi)維生素B2的累計釋放度達到85.75%，可以通過定時多次給藥方式來調(diào)節(jié)給藥量，從而滿足臨床要求，具有良好的應(yīng)用前景，可以作為貼膜來治療口腔潰瘍。其臨床研究有待進一步開展。