淀粉微球的體外降解性能研究

秦 蓓

(西安醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，陜西 西安 710021)

淀粉微球是淀粉的人造衍生物，粒徑約50 μm，表面具有良好的微孔結(jié)構(gòu)，能夠吸附和緩慢地釋放藥物[1,2]，是一種常見的緩釋型藥物載體。由于其在生物體內(nèi)具有一定的可變形性[3]、良好的生物可降解性和生物相容性[4]、無毒、無免疫原性等優(yōu)點(diǎn)[3～5]，因此也是一種具有潛力的半合成藥物載體材料。淀粉微球藥物的緩釋性能取決于微球結(jié)構(gòu)在生物體內(nèi)的降解情況[6～8]，因此，研究淀粉微球的降解過程,對(duì)于淀粉微球載藥性能和緩釋性能研究具有重要的意義。

作者以人工腸液和人工胃液模擬體液，采用掃描電子顯微鏡觀察淀粉微球在人工體液中的降解過程形貌變化，并采用紅外光譜監(jiān)控其結(jié)構(gòu)的變化,擬為淀粉微球的藥物緩釋研究提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

可溶性淀粉、氫氧化鈉、環(huán)己烷、無水乙醇、乙酸乙酯、Tween-60、Span-60、亞硫酸氫鈉、N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)、丙三醇、環(huán)氧氯丙烷、硝酸鈰銨、過硫酸銨，均為分析純；葡萄糖、胃蛋白酶、胰蛋白酶、苯酚、α-淀粉酶、3，5-二硝基水楊酸等；實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

JSM6460型掃描電子顯微鏡，日本電子；VECTOR-22型傅立葉紅外光譜儀，島津公司；SKC-2000型光透式粒度分析儀，SEISHIN公司；PHS-3C型酸度計(jì)，上海雷磁儀器廠；TDL-40B型臺(tái)式大容量離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 淀粉微球的制備[9]

在50 mL環(huán)己烷中加入2 g乳化劑[m(Span-60)∶m(Tween-60)=3︰2]，于50 ℃加熱，攪拌10 min，使乳化劑完全溶解，得到連續(xù)相。

將一定量可溶性淀粉加熱溶于蒸餾水，得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的淀粉水溶液。在10 mL淀粉水溶液中加入0.2 g MBA，攪拌，使之充分溶解,得到分散相。

將分散相逐滴加入到連續(xù)相中，600 r·min-1攪拌30 min后，加入0.1 g硝酸鈰銨引發(fā)反應(yīng)。攪拌1.5 h后，調(diào)pH值至8～9，加2 mL環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)2 h。離心，除油相后，依次用乙酸乙酯、無水乙醇分別洗滌3次，真空冷凍干燥20 h，得白色淀粉微球樣品。

1.3 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

3，5-二硝基水楊酸溶液的配制：將6.5 g 3,5-二硝基水楊酸溶于325 mL 2 mol·L-1的氫氧化鈉溶液中，加入45 g丙三醇，定容至1 L。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：配制0～5 mg·mL-1的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，取各濃度水平的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL，移至25 mL容量瓶中，加入3,5-二硝基水楊酸溶液2 mL，水浴加熱2 min，冷卻至室溫，定容至25 mL。在540 nm處測(cè)吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。線性擬合方程為：A=0.2210c-0.0046(R2=0.9990)，擬合結(jié)果良好。

1.4 人工體液的配制

(1)人工胃液：取稀鹽酸16.4 mL，加水約800 mL、胃蛋白酶10 g，攪勻后加水定容至1000 mL[10]。

(2)人工腸液：取磷酸二氫鉀6.8 g加水500 mL，用0.4%的氫氧化鈉溶液調(diào)pH值至6.8；另取胰蛋白酶10 g加水適量使溶解；將兩者混合后，加水定容至1000 mL[10]。

1.5 淀粉微球在人工體液中的降解

取0.2 g淀粉微球樣品，加入到50 mL容量瓶中，用人工體液定容至50 mL，37 ℃恒溫振蕩，每隔一段時(shí)間取上清液2 mL，測(cè)上清液葡萄糖含量。按下式計(jì)算微球降解率：

同法測(cè)定可溶性淀粉在人工體液中的降解率，并與淀粉微球的降解率進(jìn)行比較。

1.6 淀粉微球及降解產(chǎn)物的表征

利用掃描電鏡觀測(cè)淀粉微球及其降解產(chǎn)物的表面形貌及粒徑大小。利用傅立葉紅外光譜儀進(jìn)行紅外光譜分析，KBr壓片法測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 淀粉微球在人工胃液中的降解

考察平均粒徑分別為25 μm、40 μm、60 μm的淀粉微球和可溶性淀粉在人工胃液中的降解情況，其降解動(dòng)力學(xué)變化過程如圖1所示。

圖1 人工胃液中淀粉微球和可溶性淀粉的降解

由圖1可見，淀粉微球和可溶性淀粉在人工胃液中的降解率隨時(shí)間的變化過程均為接近于線性的過程。其中可溶性淀粉的降解速率很快，降解300 min，降解率就達(dá)到25%左右；而不同粒徑的淀粉微球在300 min內(nèi)的降解率均低于20%，顯現(xiàn)出良好的抗酸和抗胃蛋白酶的能力。這是由于淀粉微球經(jīng)交聯(lián)劑改性后，表面結(jié)構(gòu)緊實(shí)，不易降解。

由圖1還可見，隨著淀粉微球粒徑的減小，其降解速率明顯加快。這是由于，在胃液環(huán)境中，淀粉作為一種多糖，其降解主要受到酸度的影響，是一個(gè)酸解的過程。由于淀粉微球不溶于水，因此酸對(duì)淀粉微球的水解作用主要發(fā)生在固液兩相的界面上，H+通過擴(kuò)散作用進(jìn)入淀粉微球的表面實(shí)現(xiàn)降解，粒徑較小的淀粉微球的比表面積較大，H+的擴(kuò)散速率較快，使得降解速率相應(yīng)加快。

2.2 淀粉微球在人工腸液中的降解

考察平均粒徑分別為25 μm、40 μm、60 μm的淀粉微球和可溶性淀粉在人工腸液中的降解情況，其降解動(dòng)力學(xué)變化過程如圖2所示。

圖2 人工腸液中淀粉微球和可溶性淀粉的降解

由圖2可見，淀粉微球和可溶性淀粉在人工腸液中的降解過程與在人工胃液中的降解差異顯著，降解表現(xiàn)為兩個(gè)階段：(1)快速降解階段(0～45 min)，該階段降解速率較快；(2)緩慢降解階段(45 min以后)。且淀粉微球在人工腸液中的降解速率明顯快于在人工胃液中的降解速率，這是由于，當(dāng)以人工腸液為介質(zhì)時(shí)，淀粉微球的降解是酶解(淀粉酶)和酸解共同作用的結(jié)果。

與人工胃液降解實(shí)驗(yàn)相同的是，淀粉微球的降解速率明顯慢于可溶性淀粉的降解速率，且粒徑較小微球的降解速率較快。

2.3 淀粉微球降解過程的SEM分析

淀粉微球在人工腸液中降解過程的SEM照片如圖3所示。

a.未降解 b.降解3 h c.降解6 h d.降解12 h e.降解24 h

由圖3可見，未降解的淀粉微球球形結(jié)構(gòu)圓整，表面致密；經(jīng)3 h降解后，微球表面略顯粗糙，表現(xiàn)為表面淀粉初步溶蝕，球形結(jié)構(gòu)未被破壞；經(jīng)6 h降解后，微球表面可觀察到明顯的結(jié)構(gòu)脫落，有層狀物溶蝕剝落，球形結(jié)構(gòu)部分破壞；經(jīng)12 h降解后，微球球形結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出較為顯著的崩解，完整性被破壞；經(jīng)24 h降解后，微球球形結(jié)構(gòu)完全崩解，已經(jīng)無法觀察到球形結(jié)構(gòu)。

總體來看，隨著降解的進(jìn)行，在降解初期(0～6 h)，淀粉微球的粒徑變化并不大，主要表現(xiàn)為淀粉的脫落，微球的球形結(jié)構(gòu)并沒有完全破壞；而經(jīng)過6～24 h的降解后，球形結(jié)構(gòu)出現(xiàn)崩解。

2.4 淀粉微球降解過程的紅外光譜分析

淀粉微球在人工腸液中降解3 h和12 h的紅外光譜見圖4。

a.可溶性淀粉 b.淀粉微球降解3 h c.淀粉微球降解12 h

由圖4可見，淀粉微球在3450 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度較可溶性淀粉強(qiáng)，這是由于微球結(jié)構(gòu)中具有N-H結(jié)構(gòu)，而3450 cm-1在淀粉微球結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)為O-H伸縮振動(dòng)吸收峰和N-H伸縮振動(dòng)吸收峰的重疊；1560～1520 cm-1處的N-H吸收峰和660 cm-1處O-CN吸收峰則證明了淀粉微球結(jié)構(gòu)中MBA結(jié)構(gòu)的存在。

由圖4還可見，隨著淀粉微球降解的進(jìn)行，1680 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度增強(qiáng)，這表明降解過程中未交聯(lián)的淀粉結(jié)構(gòu)較易被降解，因此，隨著降解的進(jìn)行，聚合物結(jié)構(gòu)中酰氨基的比例加大。

3 結(jié)論

對(duì)淀粉微球在人工體液中的降解進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，淀粉微球的降解速率比可溶性淀粉慢，并且其降解速率隨著微球粒徑的減小而加快；淀粉微球在人工胃液中的降解速率明顯比在人工腸液中慢；在人工腸液中降解6 h以內(nèi)，淀粉微球可基本維持其骨架結(jié)構(gòu)，粒徑變化不大，降解6～24 h，主要表現(xiàn)為微球球形結(jié)構(gòu)的崩解；微球結(jié)構(gòu)淀粉的降解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于交聯(lián)結(jié)構(gòu)淀粉的降解速率。

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