殼聚糖絨網成型及其在模擬體液內降解的研究*

盧 娟 梁列峰 陳曉龍 張成龍

(1.西南大學材料科學與工程學院，重慶，400715; 2.西南大學紡織服裝學院，重慶，400715)

殼聚糖絨網成型及其在模擬體液內降解的研究*

盧 娟1梁列峰2陳曉龍2張成龍2

(1.西南大學材料科學與工程學院，重慶，400715; 2.西南大學紡織服裝學院，重慶，400715)

殼聚糖具有良好的生物相容性和生物可降解性，在醫藥領域常作為藥物載體和釋放體。將殼聚糖乙酸溶液噴紡成絨，自然沉積成網，分別置于空氣和模擬體液中，用顯微鏡觀察絨網體的降解和吸附特征。結果表明，殼聚糖絨網具有良好的降解特征，降解速度不僅與制品的材料構成有關，而且主要受成型工藝控制的絨網結構，即絨的線密度和網孔尺寸的影響。研究結果可為以殼聚糖為載體的藥物釋放體的設計和制備提供理論依據和技術路徑。

殼聚糖，絨網，模擬體液，制備，降解

殼聚糖(chitosan，CS)是由自然界廣泛存在的甲殼素脫乙酰后得到的產物，廣泛應用于食品、生物醫學和制藥領域［1］。CS具有生物相容性、生物可降解性、無毒性、抗菌性、對重金屬的螯合作用、成膜性、親水性及對蛋白質的親和性［2］。CS在組織工程領域可抑制纖維素增生，促進傷口愈合及組織生長和分化［3］;在制藥工程中能對藥物釋放進行有效的控制［4］。CS是依靠物理和化學作用交聯成的水凝膠，能夠大量地吸收水分并進行物質交換［5-6］。本研究采用 CS作為藥物釋放體系的載體，將CS溶液噴紡成絨，自然沉積成網，控制絨網的結構，通過在模擬體液(Simulated Body Fluid，SBF)中的形態變化研究絨網成型方式，為CS絨網用于藥物釋放體的制備提供理論依據和技術路徑。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

CS，相對分子質量分別為5萬 ～10萬、15萬和20萬，浙江金殼生物化學有限公司;

HOI-3型恒溫磁力攪拌器，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司;

ALC-110.4電子天平，Acculab公司;

NDJ-8S數字顯示黏度計，上海精密科學儀器有限公司;

HH-4恒溫水浴鍋，常州澳華儀器有限公司;

數碼相機;

Axioskop 40/40 FL光學顯微鏡，Carl Zeiss(上海)公司。

1.2 方法

1.2.1 CS 絨網制備

以3%(體積分數)的乙酸水溶液為溶劑，分別配制不同相對分子質量、不同質量濃度的CS溶液，常溫攪拌至完全溶解，靜置脫泡，噴絲進入15%(質量濃度)NaOH+10%(體積分數)C2H5OH的凝固浴中定型，取出后洗滌，放置于玻璃皿中，加入適量的水，使其處于懸浮狀態，振蕩，搖勻，自然堆積，烘箱干燥(40℃，12 h)，獲得干燥的CS絨網體。

1.2.2 SBF 配制

SBF用于常規檢測材料的生物相容性，通過材料在SBF中磷灰石的形成和沉積可以預測該材料在體內的生物活性［7］。本實驗旨在觀察 37℃下CS絨網在SPF中的降解情況。為了縮短實驗周期，本實驗按文獻［8］配制一定體積的 5倍 SBF(5SBF)，即按原配方中的各藥劑用量的5倍配制。將干燥的CS絨網浸于5SBF中觀察其吸附和降解狀況。

1.2.3 檢測

用數字顯示黏度計分別測定不同質量濃度CS溶液的黏度;將CS絨網浸泡于37℃的5SBF中，30 d后開始每間隔3 d用數碼相機照相觀察其形態變化;并用顯微鏡觀測置于空氣中的CS絨網表面降解狀況，進行比較。

2 結果與討論

2.1 CS溶液的黏流特征

CS溶液的存放及使用均處于酸性環境中，會產生降解，有必要對CS溶液黏度隨存放時間的變化進行觀察［9］。從圖1可看出，隨存放時間的增加，CS溶液的黏度逐漸下降，說明CS溶液的穩定性較差。CS的糖苷鍵是半縮醛結構，該結構對酸不穩定。CS的酸性溶液在放置過程中會發生酸催化的水解反應，分子主鏈不斷降解，黏度越來越低，相對分子質量逐漸降低，最后被水解成寡糖和單糖。即使采取一些辦法使周圍環境近乎沒有游離酸存在，CS溶液放置較長時間也會發生水解［10］。因此，CS溶液配制后應及時噴紡，以免相對分子質量發生變化而影響紡絲的連續性。黏度可以反映CS溶液的致密性及可紡性，黏度過高或過低都不能紡絲。通過黏度測試，了解CS溶液黏度變化情況，可確定最佳的紡絲時機。

圖1 不同質量濃度的CS溶液黏度變化趨勢

2.2 CS絨網的形態

噴紡的難易取決于溶液配制濃度。相對分子質量為5萬～10萬的CS配制成質量濃度為9%的溶液時，紡絲液黏度適中，擠壓成形容易，絲條線密度均勻。相對分子質量為15萬的CS配制成質量濃度為3%的溶液時，黏度過小，噴入凝固浴液中易發生斷頭;配制成質量濃度為6%的溶液時，紡絲液流動性差，噴紡壓力不易控制均勻，絲條易出現線密度不勻;配制成質量濃度為4%的溶液時，噴紡較為容易。要形成較一致結構(線密度、致密度)的絲絨，需綜合考慮原料的相對分子質量和溶液濃度，相對分子質量大的CS，溶液濃度可低些，反之可使用較高的濃度，以保證能夠實現較連續的噴紡。為了檢測制品在SBF內隨時間變化的解體狀況，減少其他可變因素，實驗選擇相對分子質量為20萬，質量濃度為2%的CS溶液，噴紡成批量絲絨(樣品編號S202)［圖2(a)］，可發現單絨長度連續，線密度均勻，堆砌干燥后成絨網結構［圖2(b)］，網孔清晰。作為藥物載體，網孔的數量和大小以及網孔分布的均勻程度是藥物釋放速度及網體降解的控制要素。

圖2 噴紡成型的樣品S202

2.3 CS絨網在SBF內的形態變化

藥物載體是藥物釋放體系的重要組成部分。CS是一種具有良好生物相容性的氨基多糖，可被體內溶菌酶、胃蛋白酶等多種生物酶降解。用此類生物降解性高分子制成絨網狀的藥物載體時，隨著時間的延續，網狀結構在體內變得更加疏松，絨網單纖與體液接觸面逐步擴大，使其內含藥物的溶解和向網體外的擴散阻力減少，藥物釋放速度加快，抵消了因接觸體液的網體外表含藥量減少引起的釋藥速度減慢，從而實現藥物在體內的恒量釋放。因此，結構控制是網體作為藥物釋放體功能實現的關鍵環節。

當CS溶液細流與凝固浴接觸時，細流表面的溶劑被堿性溶液迅速中和，在最外層生成稠密的膜層(顯微鏡觀察顯示出玻璃化程度較高的晶狀)，獲得表面勻凈、線密度均一的絲絨狀CS［圖3(a)］。將這種屬于生物降解高分子材料的CS絲絨放置在空氣中，在物理因素(如熱、紫外線等)和化學因素(如氧氣)作用下材料會逐漸變性，其中以氧化降解和因自然界微生物(如細菌、真菌等)作用引起的降解為主，將高分子物質分解成小分子化合物，但是這種降解是緩慢和有限的，表現為放置50 d后，在樣品的表面才局部出現小顆粒狀的降解斑［圖3(b)］，而絨網中的單纖維依然保持完整的形態。將絨網體放置在5SBF內，降解速度明顯加快，在30 d后絲絨單纖維已完全膨脹，表面吸附有晶狀顆粒。生物活性材料在體內或在SBF內會發生類骨磷灰石(Bonelike Apatite，BLA)的表面沉積。根據CS的生物相容性和SBF的性質，CS吸附 SBF中 Ca2+，隨后 Ca2+與 PO結合，生成磷灰石，導致晶狀顆粒的形成。此時，由于絲絨表面遍布降解形成的白斑，并部分隨同外表面沉積的磷灰石溶解或分散至SBF內［圖4(a)］，SBF變得白濁，單纖維因降解在表面發生凹凸不平的降解區［圖4(b)］。絨網體在5SBF中放置50 d后外圍的單纖維已全部膨脹解體，以粉碎的顆粒狀溶解在SBF內［圖5(a)］，原網體孔隙分布較多的部分已解體，較致密的部分及網體的內部也開始膨脹松散，單纖維已開始表面剝離、開裂至解體［圖5(b)］。

圖3 樣品S202的表面形態

圖4 在5SBF中放置30 d后的S202表面形態

圖5 在5SBF中放置50 d后的S202表面形態

3 結論

本研究將CS先噴紡成絲絨，再自然沉積成絨網體。通過CS絨網體在SBF內的降解實驗發現，絨網體降解速度受成型工藝控制的絨網結構即絨的線密度和網孔尺寸的影響，合理配置和選擇上述要素能夠實現此類型和結構的藥物釋放體的釋藥速度的準確控制。

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Study on preparation of chitosan fluffy meshwork and its degradation in stimulated body fluid

Lu Juan1，Liang Liefeng2，Chen Xiaolong2and Zhang Chenglong2
(1.College of Materials Science and Engineering，Southwest University;2.College of Textile and Garment，Southwest University)

Chitosan has good biocompatibility and biodegradation，which is often used as drug carrier and release body in medical field.In this research，the chitosan acetic acid spinning dope was spun into slender fluff，the fluffy network deposited naturally were placed respectively in air or simulated body fluid(SBF).The characteristics about adsorption and degradation of its fluffy body was investigated by optics microscope.The result showed that the chitosan fluffy had good degradation characteristic.The speed of degradation is not only related to material composition but also to the structure of the fluffy network which is mainly controlled by the fineness of the fluffy and the network size modulated from the molding process.This research would provide the theory basis and technical way to design and fabricate for chitosan as the carrier of the drug release.

chitosan，fluffy network，stimulated body fluid，preparation，degradation

TQ914.2;TQ340.643

A

1004－7093(2010)09－0025－04

*重慶市自然科學基金項目(CSTC-2008BB4096)，重慶市教委科學研究計劃項目(KJ060307)

2010－04－14;修改稿:2010－06－30

盧娟 ，女，1985年生，在讀碩士研究生。研究方向是紡織材料與功能材料。