靜電紡聚乳酸串珠纖維的藥物緩釋性能

劉兆麟 岳承明 張 威

河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院(中國)

靜電紡絲技術(shù)具有可紡原料范圍廣泛、工藝調(diào)控靈活等優(yōu)點已成為有效制備納米纖維的重要方法之一。靜電紡納米纖維的直徑小、孔隙率高、孔徑小，能夠在結(jié)構(gòu)上模擬天然細(xì)胞外基質(zhì)，這推動了其在藥物傳遞系統(tǒng)和組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用[1-2]。藥物緩釋對于促進(jìn)組織修復(fù)和再生，以及減少對健康細(xì)胞的傷害至關(guān)重要[3]。然而，藥物顆粒的尺寸通常為微米級別，常規(guī)靜電紡納米纖維很難有效承載這些微米級藥物?；诖?，藥物在纖維表面裸露而導(dǎo)致的突釋問題已成為阻礙載藥納米纖維發(fā)展的瓶頸[4]。

分布在納米纖維上的直徑約為微米級的串珠，通常被視作靜電紡絲的“副產(chǎn)品”而加以去除[5]。然而，在藥物釋放領(lǐng)域，納米纖維可以模擬細(xì)胞外基質(zhì)，而微米級的微珠則可作為藥物顆粒的貯存介質(zhì)。因此，具有獨特微珠結(jié)構(gòu)的串珠纖維在藥物承載和緩釋方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

本文將阿司匹林藥物模型加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚乳酸(PLA)溶液中，通過靜電紡絲工藝制備串珠纖維。采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)對纖維形態(tài)的影響，用紅外光譜儀分析阿司匹林在串珠纖維中的負(fù)載情況，并討論和比較串珠纖維與光滑納米纖維的體外釋藥行為。

1 試驗

1.1 聚乳酸串珠纖維的制備

將PLA(相對分子質(zhì)量為90 000)加入二氯甲烷(DCM)溶劑中，調(diào)節(jié)PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%、 4%、 5%和6%，然后將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的阿司匹林藥物模型顆粒溶解在各PLA溶液中。經(jīng)6 h攪拌后，得到具有不同PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PLA/阿司匹林混合溶液。在DT-1003型靜電紡絲機上制備纖維膜，紡絲電壓為20 kV、溶液流速為1 mL/h、接收距離為15 cm。

1.2 測試與表征

采用NDJ-79型黏度計測定PLA溶液黏度，通過TM30002型SEM觀察纖維膜形貌，采用adobephotoshop軟件測量微珠粒徑和納米纖維直徑，用TJ270-30型紅外光譜儀測試阿司匹林、PLA和載藥PLA串珠纖維的紅外光譜，確定串珠纖維對阿司匹林的承載情況。為探討纖維的體外釋藥行為，將10 mg納米纖維浸泡在37 °C的1 mL磷酸鹽緩沖液(PBS)中，收集上層清液并以固定的時間間隔補充等量的新鮮PBS。采用TU-1810型紫外分光光度計測定阿司匹林在270 nm波長處的吸光度，并基于標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算阿司匹林的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。將釋放的阿司匹林總量與包封在串珠纖維內(nèi)的阿司匹林總量相除獲得累積釋藥速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 PLA串珠纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)

圖1給出了不同PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制得的PLA納米纖維膜的SEM圖。表1列出了相應(yīng)納米纖維的溶液的黏度特性和規(guī)格參數(shù)。值得注意的是，只有在一定的PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)下才能獲得串珠纖維，說明適當(dāng)?shù)娜芤嘿|(zhì)量分?jǐn)?shù)是形成串珠結(jié)構(gòu)的必要條件。當(dāng)PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，珠粒直徑大小不一，纖維連續(xù)性欠佳[圖1a)]。這是因為低黏度的溶液射流不能承受外加電壓的拉伸。當(dāng)PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時，紡錘形珠粒隨機分布在連續(xù)的納米纖維上，獲得了形態(tài)良好的串珠纖維[圖1b)]。這是因為聚合物大分子在拉伸射流作用下發(fā)生取向，纏結(jié)的分子鏈以納米纖維骨架形式存在，而剩余溶液則在表面張力驅(qū)動下收縮成微珠。進(jìn)一步增加聚乳酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)至5%，串珠形狀趨于細(xì)長[圖1c)]。當(dāng)PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時，由于溶液的黏度顯著增強，靜電紡絲產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)橹睆捷^大的光滑納米纖維[圖1d)]。

a) 3%

b) 4%

c) 5%

d) 6%

表1 不同PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)下PLA串珠纖維的溶液黏度特性和規(guī)格參數(shù)

2.2 聚乳酸串珠纖維的載藥方式

圖2 阿司匹林、PLA和PLA/阿司匹林串珠纖維 (PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%)的紅外光譜

2.3 聚乳酸串珠纖維的體外釋藥行為

圖3給出了阿司匹林在不同PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制得的串珠纖維和光滑納米纖維中的累積釋藥曲線。由圖3可以看出，所有纖維的藥物釋放速率均在4 h內(nèi)迅速增長，然后逐漸減緩，48 h后釋藥速率達(dá)到穩(wěn)定；PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、 4%和5%時，對應(yīng)串珠纖維的釋藥速率分別為84.2%、 80.9%和83.1%，而PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時，獲得的光滑納米纖維的釋藥率則為90.4%?？芍?，光滑納米纖維的累積釋藥速率始終高于串珠纖維。

此外，PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時，串珠纖維的釋藥率最低，PLA載藥串珠纖維對藥物的承載方式為物理包覆，擴散作用在藥物釋放過程中起決定性作用，阿司匹林的主要釋放機制是擴散作用。大粒徑微珠確保了藥物顆粒的包被厚度，因此，粒徑較大的串珠纖維具有更好的緩釋效果。

圖3 串珠纖維和光滑納米纖維的累積釋藥曲線

3 結(jié)論

適當(dāng)?shù)腜LA溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)是獲得串珠纖維的必要條件。隨著PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，珠粒直徑先增大后減小，纖維直徑增大。阿司匹林顆粒包裹在珠粒中，而非裸露在串珠納米纖維表面。串珠纖維的體外累積釋藥速率明顯低于光滑納米纖維。大直徑的微珠具有更好的緩釋效果。研究表明，具有可控形態(tài)的串珠纖維在體外藥物緩釋系統(tǒng)中表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。