pH敏感的分子篩組裝體藥物緩釋性能研究*

李曉豐，王 宇，于霽厚

（1.東北石油大學(xué)華瑞學(xué)院,黑龍江哈爾濱150025;2.哈爾濱師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,黑龍江哈爾濱;150025;3.黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院,黑龍江哈爾濱150040）

介孔分子篩是指孔徑為2～50 nm，具有規(guī)則有序孔道結(jié)構(gòu)的無機(jī)多孔材料。通常以表面活性劑作為模板劑，利用溶膠、凝膠、乳化等化學(xué)過程，通過控制有機(jī)物和無機(jī)物之間的界面作用來合成。介孔二氧化硅材料的研究最早始于1990年[1]。該材料在光學(xué)、催化以及藥物輸送[1～3]等領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。由于介孔二氧化硅材料具有穩(wěn)定的介孔結(jié)構(gòu)、較高的比表面積、孔徑分布可調(diào)、可修改的表面性質(zhì)[1,4]、無毒的性質(zhì)[5]，以及良好的生物相容性[6，7]，因此常被用來作為緩控釋給藥載體。此外，由于介孔二氧化硅材料表面含有豐富的自由硅羥基，因而具有良好的化學(xué)反應(yīng)活性，通過表面硅羥基與活性組分相互作用，可將催化活性位引入孔道或骨架，從而可以增加載藥量，調(diào)節(jié)藥物的釋放[8～10]。

人體各消化器官的pH值各不相同，胃（pH值1.0-3.0）、小腸（pH 值 6.5-7.0）、結(jié)腸（pH 值 7.0-8.0）變化，以及在腫瘤組織中（pH值6.5-7.2）。因此，可以設(shè)計(jì)pH敏感的藥物組裝體，通過檢測周圍環(huán)境的pH值，來實(shí)現(xiàn)藥物的靶向釋放[4]，以達(dá)到降低副作用及藥物毒性，提高療效的作用。

鹽酸二甲雙胍是一種治療糖尿病的藥物，廣泛應(yīng)用于非胰島素依賴型(Ⅱ型)糖尿病的降糖藥，口服后主要通過降低肝及外周組織對(duì)胰島素的敏感度來降低血糖水平。

本文采用原位合成法，利用氰乙基三烷氧基氯硅烷作為修飾劑，在SBA-15的表面用嫁接了-COOH官能團(tuán)。載入鹽酸二甲雙胍后，在藥物組裝體外包裹pH敏感聚合物殼聚糖，合成出一種新型介孔pH敏感材料的控釋釋放系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)不同pH值環(huán)境，利用-COOH官能團(tuán)與殼聚糖之間的相互作用，以達(dá)到藥物的pH值敏感和腸道靶向釋放。

1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器設(shè)備

1.1 主要試劑

表1 實(shí)驗(yàn)試劑Table1 Reagents used in the experiments

1.2 主要儀器設(shè)備

樣品的掃描電鏡在Hitachi S-4800掃描電子顯微鏡上進(jìn)行(加速電壓20～30 kV）。紫外用上海光譜儀器有限公司的752型紫外分光光度計(jì)。X-射線粉末衍射(XRD)數(shù)據(jù)在Siemens D5005型衍射儀上收集，管電壓40 kV，管電流50 mA，Cu Kα輻射(λ=1.540598 nm)，掃描速度 1°/min。氮?dú)馕?/脫附實(shí)驗(yàn)在液氮溫度下進(jìn)行，由Micromeritics ASAP 2010M分析儀上測得。紅外光譜在Nicolet Impact 410 FT-IR光譜儀上測定，采用KBr壓片(樣品占1 wt%)，測試范圍 400～4000 cm-1，真空脫氣至壓力小于3×10-4Torr。比表面積采用BET比表面積，孔分布利用BJH方法計(jì)算，孔容根據(jù)t-plot計(jì)算。高分辨透射電鏡照片在日本電子公司的JEM-2010透射電子顯微鏡上進(jìn)行(加速電壓200 kV)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 介孔分子篩的合成

SBA-15的合成：將4 g P123加入到30 g水和120 g 2 mol/L HCl混合溶液中，攪拌使其溶解。然后加入8.50 g TEOS攪拌5 min。混合液在35℃靜置陳化20 h后，100℃晶化5d。將所得產(chǎn)物洗滌、過濾、室溫干燥后550℃焙燒樣品5 h除去表面活性劑。

-COOH修飾的SBA-15合成：將2 g P123加入到75 g 2 mol/L HCl中，攪拌使其溶解。然后加入4.50 g TEOS和CTES,35℃攪拌2 h，過濾后用乙醇洗滌3次。將所得產(chǎn)物過濾、室溫干燥。將樣品加入到50 wt%H2SO4中，在100℃加熱24 h，然后產(chǎn)品過濾用去離子水洗滌至中性得到最終產(chǎn)品。

2.2 藥物在分子篩中的組裝

藥物組裝的基本過程如下：配置0.1 M的MetH的水溶液，取165 mg的SBA-15樣品加入到10 mL的上述溶液中，在室溫下攪拌2 h，攪拌過程中儀器要要密封以防止溶劑揮發(fā)，再通過室溫下真空過濾和干燥來分離載藥后的粉末樣品。取1.0 mL的濾液適當(dāng)?shù)南♂尯螅∫欢窟M(jìn)行紫外分光光度計(jì)測定，計(jì)算得出裝載量。

2.3 甲殼素中提取可溶性殼聚糖

取0.5 g的甲殼素溶解在20 g 40%的NaOH溶液中劇烈攪拌10 min，混合物在80℃條件下保持24 h。最后把樣品洗滌、過濾取上層清液稀釋至50 mL待用。

2.4 рH敏感聚合物的包裹

pH敏感的藥物釋放系統(tǒng)的包覆Chit/COOH/SBA-15過程如下：取樣品約0.18 g在3.0 MP壓成直徑約為10 mm，厚度約為0.5 mm的片劑。同時(shí)取0.32 g的殼聚糖溶解于水溶液中，室溫下攪拌。取載藥后的COOH/SBA-15的片劑采用蘸取-浸漬法包覆殼聚糖。再把Chit/COOH/SBA-15片劑置于室溫下干燥，即得到包覆好的樣品。

2.5 藥物釋放性能測試

藥物釋放過程中，取不同分子篩片劑樣品206 mg，室溫37℃下浸泡于500 mL模擬人工胃液(pH=1.2的緩沖溶液)和模擬人工小腸液 (pH=7.4的緩沖溶液)中，經(jīng)一定時(shí)間間隔后吸附一定量(3 ml)釋液，同時(shí)立即補(bǔ)充等量的模擬人工胃液或者模擬人工小腸液。吸取液用0.45 μm的微孔濾膜過濾，適當(dāng)稀釋，在波長為233 nm紫外法測定藥物的釋放量。

釋放液中所釋放布洛芬精確量的計(jì)算是根據(jù)以下公式進(jìn)行：

公式中Cc是在t時(shí)間時(shí)推倒后的濃度，Ct是在t時(shí)間時(shí)的測定濃度，V是加入釋放液體的總體積，ν是吸取釋放液的體積。

3 結(jié)果討論

3.1 小角粉末XRD分析

圖1-1分別為介孔分子篩修飾前后的小角粉末X射線衍射圖。由圖可以看出樣品修飾前后，在2θ=2°處均出現(xiàn)明顯的(100)晶面的衍射峰，與未修飾前比較，羧基修飾后的介孔分子篩在(100)晶面的衍射峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，說明經(jīng)過羧基修飾后，仍然保持介孔相結(jié)構(gòu)。羧基嫁接后的COOH/SBA-15的衍射峰較之SBA-15的衍射峰稍微低，這是由于羧基嫁接之后孔道塌陷造成的。

圖1樣品的小角粉末XRDFig.1 XRDPatterns at low diffraction angles

3.2 氮?dú)馕?脫附測試分析

圖2 a為羧基修飾前后樣品的氮?dú)馕?脫附等溫曲線圖，由圖可見兩種樣品均為Ⅳ型等溫曲線H1型滯后環(huán)。圖2 b為樣品的孔徑分布圖，由圖b可以看出，未修飾的SBA-15平均孔徑約為7.1 nm，羧基修飾后孔徑下降至約為4.2 nm。

圖2 樣品的氮?dú)馕矫摳綀DFig.2 Sample nitrogen adsorption/desorption isotherm

Table 2為樣品的比表面積、孔容及孔徑數(shù)據(jù)。由表中的數(shù)據(jù)中可知SBA-15具有較大的比表面積(706 m2/g)和孔容(1.08 cm3/g)，平均孔徑為 (7.1 nm)。羧基修飾后，材料的比表面積 (534 m2/g)和孔容(0.53 cm3/g)，孔徑(4.2 nm)，由此可知，加入修飾劑后孔徑變小，相應(yīng)的比表面積和孔容也隨之降低，這可能是由于-COOH嫁接到分子篩中，占據(jù)了一部分孔道。這與XRD分析結(jié)果相一致。

表2 樣品氮?dú)馕矫摳奖砻娣e數(shù)據(jù)Table 2 Parameters of sample nitrogen adsorption/desorption surface area

圖3為樣品的紅外光譜圖。由圖3 b可知羧基修飾后，波長在1648和3023 cm-1處有兩個(gè)吸收峰，這分別是羧基集團(tuán)中C=O的伸縮振動(dòng)峰和修飾劑中烷基振動(dòng)峰。說明羧基已經(jīng)成功嫁接在SBA-15介孔分子篩上。從圖3 c可見，波長在1078,1458,和1687 cm-1處有三個(gè)振動(dòng)峰，分別是硅烷化殘基C─H的伸縮振動(dòng)峰，并在807和780 cm-1處出現(xiàn)Si─ C的 υ(C-O-C),δ(N-H)and υ(C=O)伸縮振動(dòng)峰[11]，說明殼聚糖已經(jīng)包裹分子篩。

圖3 樣品的紅外光譜圖Fig.3 IR spectra of samples

3.3 介孔分子篩的組裝和釋放

圖4 是組裝不同濃度的MetH（2 h），其組裝量隨濃度的變化曲線，當(dāng)濃度達(dá)到0.1 mol/L時(shí)，兩種樣品均達(dá)到最大組裝量。SBA-15的最大載藥量為25.32%，而羧基修飾的SBA-15的最大載藥量可達(dá)52.3%。可見修飾后的SBA-15具有更大的載藥量。這是由于修飾后的材料表面富含-COOH，這些基團(tuán)可與藥物分子中的-NH2產(chǎn)生氫鍵相互作用，增加了分子篩與藥物分子之間的作用，即使在比表面積較小的情況下，仍然具有較大的載藥量。

圖 4 樣品最大載藥量曲線Fig.4 Sample maximum drug loading curve

圖 5 a、b和 c分別表示 SBA-15、COOH/SBA-15和Chit/COOH/SBA-15載藥后在pH=4.0以及pH=7.4中的緩釋曲線。由圖可見SBA-15與COOH/SBA-15在兩種pH條件下都具有良好的釋放曲線。由SBA-15釋放曲線可見，在pH=4.0時(shí)鹽酸二甲雙胍2 h內(nèi)有43 wt%的首釋放，70 wt%經(jīng)48 h釋放完全，與SBA-15相比，鹽酸二甲雙胍在COOH/SBA-15的釋放較慢，鹽酸二甲雙胍2 h內(nèi)有29 wt%的首釋放，55 wt%經(jīng)48 h釋放完全，COOH/SBA-15體系的釋放率要略低于SBA-15，這是因?yàn)?COOH基與藥物分子中的-NH2在pH=4.0的環(huán)境下產(chǎn)生作用力，SBA-15中的孿Si-OH與藥物分子的作用力稍弱，因此純SBA-15體系的釋放量要比COOH/SBA-15藥物釋放體系的釋放速度快。然而在pH=7.4的條件下，COOH/SBA-15的初釋放率要快于SBA-15，這是由于在微堿性條件下COOH/SBA-15中的羧基與藥物分子作用減弱，因此導(dǎo)致COOH/SBA-15的釋放率較快。由氮?dú)馕綌?shù)據(jù)可知，SBA-15的孔道大于COOH/SBA-15，而SBA-15的釋放速度在7 h后快于COOH/SBA-15體系。因?yàn)镃OOH/SBA-15具有較小的孔道，介空孔道內(nèi)部的藥物分子較難釋放出來，故此在7 h之后COOH/SBA-15的釋放速率開始減慢。這表明一定時(shí)間之后，介孔分子篩的孔徑成為決定藥物分子釋放的關(guān)鍵。

圖5 鹽酸二四雙胍釋放曲線Fig.5 Cumulative release rates of meth

Chit/COOH/SBA-15系統(tǒng)在pH=7.4具有良好的釋放曲線，而在pH=4.0時(shí)難以釋放，主要原因在于殼聚糖分子中富含大量的-NH2基，這些基團(tuán)與分子篩表面形成氫鍵堵塞孔道，因此釋放率較低。根據(jù)Chit/COOH/SBA-15的釋放曲線可見該體系在pH 7.4時(shí)具有良好的釋放性能，但是在pH 4.0時(shí)的釋放量非常小。在pH 7.4的釋放過程中，Chit/COOH/SBA-15體系在1 h釋放45%的藥物，在經(jīng)過12 h釋放了近50%。在pH 4.0的環(huán)境下包裹的分子篩的釋放能力明顯降低，其經(jīng)過24 h只釋放低于20%的鹽酸二甲雙胍。這是因?yàn)闅ぞ厶窃谶@個(gè)體系起到了pH控制閥的作用。當(dāng)在低pH環(huán)境中，殼聚糖與分子篩上的羧基氫鍵作用力較強(qiáng)阻塞孔道，因此藥物釋放量降低；反之當(dāng)在高pH環(huán)境下，殼聚糖與分子篩上的羧基氫鍵作用力較弱，因此藥物釋放量升高。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)主要合成了一個(gè)新型的pH敏感的藥物靶向釋放系統(tǒng)，這個(gè)釋放系統(tǒng)采用殼聚糖包覆COOH/SBA-15片劑而形成，該系統(tǒng)藥物釋放在胃液中受到抑制，而盡量多的釋放到小腸液中，因此可以針對(duì)小腸病變形成靶向釋放的效果。從而能夠極大地增加了藥效，降低毒副作用，該系統(tǒng)將具有很好的應(yīng)用前景。

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