溫度/pH 雙敏型羧甲基殼聚糖/海藻酸鈉凝膠微球的制備

王娟，張保華，崔曉翠，孔祥平

(青島農業大學 化學與藥學院，山東青島 266109)

聚合物微球是被廣泛研究和應用的一類藥物載體［1］。由于能對外界環境(如溫度、pH、電、光、磁場、特定生物分子等)微小的變化或刺激產生顯著應答，環境敏感型凝膠微球作為控制釋放載體材料受到人們的廣泛關注［2-3］。溫度和pH 是兩個重要的環境因素，具備溫度/pH 雙敏型凝膠微球控釋材料對實現藥物的有效控釋至關重要。羧甲基殼聚糖同時含有—NH2和—COOH［4］，在溶液中表現出兩性聚電解質性質，存在一特定等電點，表現出明顯的pH 敏感性，適于用作pH 敏感型控釋載體材料。海藻酸鈉易與一些2 價陽離子形成凝膠，其溫和的溶膠凝膠過程、良好的生物相容性使其適于作為釋放或包埋藥物、蛋白及細胞的微膠囊［5］。羧甲基殼聚糖/海藻酸鈉作為載體的控釋劑已有報道［6-7］，但關于羧甲基殼聚糖/海藻酸鈉凝膠微球的性能研究較少，限制了其應用。本文以羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉為原料，氯化鈣和戊二醛混合溶液為交聯劑，制備溫度/pH 雙敏型凝膠微球，為其用于藥物控釋載體提供依據。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

羧甲基殼聚糖(自制，其取代度為0.99，脫乙酰度為88%［4］;黏均分子量［8］為3.8 ×105);海藻酸鈉(黏度1.05 ～1.15 Pa·s)、戊二醛(≥50%)、氯化鈣、氫氧化鈉、鹽酸均為分析純;標準緩沖溶液(pH =4.00，6.86，9.18)。

98-1 型磁力攪拌器;AR2140 型電子分析天平;FD-1C-55 型真空干燥箱;HH-S 數顯恒溫水浴鍋;Sartorius PB-10 型pH 計;注射器(帶7#針頭)。

1.2 實驗方法

1.2.1 凝膠微球的制備 將羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉按一定比例混合，配成2%的羧甲基殼聚糖/海藻酸鈉混合溶液。分別取一定量的氯化鈣和戊二醛，配成5%的氯化鈣/戊二醛混合交聯劑。在磁力攪拌器不斷攪拌下，用10 mL 注射器(7#針頭)將羧甲基殼聚糖/海藻酸鈉混合溶液逐滴滴加到氯化鈣/戊二醛混合交聯液中，保鮮膜封口，30 ℃恒溫水浴交聯1 h(溫度影響實驗除外)，去除交聯液，用去離子水洗滌數次，60 ℃下干燥12 h，得凝膠微球。

采用稱量法測定凝膠微球的溶脹度［9］。準確稱取50 個干燥凝膠微球的質量，記為m0，將凝膠微球置于去離子水中浸泡至溶脹平衡，取出，用濾紙吸干表面多余水分，稱量，記為m，溶脹度SR=(m－ m0)/m0，平行測定3 次，取平均值。

將10 個凝膠微球并成一排，用直尺量出溶脹前后的長度，計算出溶脹前后單個凝膠微球的粒徑，平行測定3 次，取平均值。

1.2.2 凝膠微球的pH、溫度敏感性 將干燥的凝膠微球分別置于不同pH 溶液中，通過測定微球的溶脹度考察微球的pH 敏感性。采用類似的方法研究凝膠微球的溫度敏感性。

2 結果與討論

2.1 凝膠微球的制備條件優化

2.1.1 氯化鈣和戊二醛的配比 固定羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉的配比為1∶1(質量比，下同)，交聯溫度30 ℃，氯化鈣與戊二醛混合交聯液的pH 為6.8，改變氯化鈣和戊二醛的配比制備凝膠微球，結果見表1。可以看出，隨著氯化鈣量的減少，凝膠微球的溶脹度先升高后降低，在氯化鈣和戊二醛的配比為1∶1 時，溶脹度最高，此時微球的粒徑最小，因此優選氯化鈣與戊二醛的配比為1∶1。

表1 氯化鈣和戊二醛的配比對制備凝膠微球的影響Table 1 Effect of the ratio of calcium chloride and glutaraldehyde on the preparation of hydrogel microsphere

2.1.2 羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉的配比 固定氯化鈣與戊二醛的配比為1∶1，交聯液的pH 為6.8，交聯溫度30 ℃，改變羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉的配比制備凝膠微球，結果見表2。可以看出，隨著氯化鈣量的減少，凝膠微球的粒徑基本保持不變，溶脹度先升高后降低，在羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉的配比為1∶1時達到最大值14.4，優選羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉的配比為1∶1。

表2 羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉的配比對制備凝膠微球的影響Table 2 Effect of the ratio of carboxymethyl chitosan and sodium alginate on the preparation of hydrogel microsphere

2.1.3 pH 的影響 固定交聯溫度30 ℃，調節2∶1配比的氯化鈣與戊二醛混合交聯液的pH 分別為1.2，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，6.8，7.4，8.0，9.0，10.0，分別將1∶1 配比的羧甲基殼聚糖/海藻酸鈉混合液逐滴滴加到上述混合交聯液中，考察pH 對制備凝膠微球的影響，結果見表3。當pH 為1.2 時，難以形成微球，原因可能是海藻酸鈉經質子催化快速水解所致。由表3 可知，溶脹度開始隨pH 的升高而升高，當pH＞6 時，溶脹度基本保持不變。另外，凝膠微球的粒徑隨pH 的升高而增大，當pH≥8 時，微球粒徑較大，綜合考慮微球的溶脹度和粒徑，優選pH 為6.8 ～7.4。

表3 pH 對制備凝膠微球的影響Table 3 Effect of pH on the preparation of hydrogel microsphere

2.1.4 溫度的影響 固定羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉的配比為1∶1，氯化鈣與戊二醛的配比為1∶1，交聯液的pH 為5.0，改變恒溫水浴交聯的溫度，考察溫度對制備凝膠微球的影響，結果見圖1。可以看出，溶脹度開始隨溫度的升高而升高，在溫度為35 ～45 ℃時，溶脹度較高，在溫度為40 ℃時，溶脹度最大，達12.9，隨后溶脹度隨溫度的升高而降低。另外，隨著溫度的升高微球硬度也是先增加后降低，在溫度為40 ℃時硬度最好，因此優選溫度為40 ℃。

綜上，當2%的羧甲基殼聚糖/海藻酸鈉混合液和5%的戊二醛/氯化鈣混合交聯劑的質量配比均為1∶1，交聯劑的pH 為6.8 ～7.4，交聯溫度為40 ℃時，成球性好，凝膠微球硬度高，溶脹度最大。

2.2 凝膠微球的pH、溫度敏感性

2.2.1 凝膠微球的pH 敏感性 凝膠微球在不同pH溶液中的溶脹度見圖2。

圖2 不同pH 溶液對凝膠微球溶脹度的影響Fig.2 Effect of pH on the swelling ratio of hydrogel microsphere

由圖2 可知，隨著pH 的升高，微球的溶脹度先升高后降低，在pH 為6.8 ～8.0 時溶脹度較大，表現出明顯的pH 敏感性。微球在pH 為1.2(胃液環境pH)的酸性環境中溶脹度較小，為7.5，而在pH 為7.4(結腸環境pH)的弱堿性環境中溶脹度最大，達到13.2，表明凝膠微球在胃液環境中具有較好的穩定性，而在結腸位置則具有很好的靶向溶脹選擇性，因此有望作為結腸靶向給藥的藥物載體［10］。

2.2.2 凝膠微球的溫度敏感性 凝膠微球在不同恒溫水浴溫度下的溶脹度見圖3。

圖3 溫度對凝膠微球溶脹度的影響Fig.3 Effect of temperature on the swelling ratio of hydrogel microsphere

由圖3 可知，隨著溫度的升高，微球的溶脹度先升高后降低，在溫度為45 ℃時溶脹度最大，達到14.3，表現出明顯的溫度敏感性。當溫度低于45 ℃時，溶脹度隨溫度的升高而升高，原因可能是隨著溫度的升高，水凝膠網絡水合作用增強(水合作用通常為吸熱反應)。當溫度高于45 ℃時，網絡結構中的疏水基團逐漸占據了主導因素，較高的溫度促使分子之間的氫鍵作用遭到破壞，疏水基團聚集，排出一定量的水分子，使溶脹度下降［11］。另外，當溫度在35 ～40 ℃時，微球的溶脹度較高(12.0 ～13.2)，說明凝膠微球適用于作為溫度控釋藥物的載體。

3 結論

(1)羧甲基殼聚糖/海藻酸鈉凝膠微球的適宜制備條件:2%的羧甲基殼聚糖/海藻酸鈉混合溶液和5%的戊二醛/氯化鈣混合交聯劑的質量配比均為1∶1，交聯劑的pH 為6.8 ～7.4，交聯溫度為40 ℃。

(2)凝膠微球的溶脹度隨pH 和溫度的升高均表現出先升高后降低的趨勢，具有明顯的pH 和溫度敏感性，適用于作為藥物控釋載體材料。

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