聚乙交酯丙交酯共聚物體外實(shí)時(shí)降解和加速降解的相關(guān)性研究

北京市醫(yī)療器械檢驗(yàn)所（101111）林紅賽 劉曦 于少君 黃永富 岳衛(wèi)華

聚乙交酯丙交酯共聚物（PLGA）是一種重要的可降解吸收的人工合成材料，由于其良好的生物相容性，已在組織工程、骨折內(nèi)固定和外科手術(shù)縫合等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1][2]。體外降解試驗(yàn)是評(píng)價(jià)這類(lèi)材料的關(guān)鍵項(xiàng)目之一，體外降解試驗(yàn)可以預(yù)估材料在體內(nèi)降解的行為，在進(jìn)行體內(nèi)降解試驗(yàn)之前先進(jìn)行體外降解試驗(yàn)可節(jié)約大量的試驗(yàn)成本。

體外降解試驗(yàn)一般可分為體外實(shí)時(shí)降解試驗(yàn)和體外加速降解試驗(yàn)[3]，體外實(shí)時(shí)降解試驗(yàn)是模擬體內(nèi)降解試驗(yàn)的常用方法，但由于體外實(shí)時(shí)降解周期較長(zhǎng)，不適合用于降解周期較長(zhǎng)的樣品，尤其是當(dāng)體外降解試驗(yàn)用于評(píng)價(jià)樣品的均一性和穩(wěn)定性時(shí)，大量開(kāi)展體外實(shí)時(shí)降解試驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，本研究旨在探討加速降解和實(shí)時(shí)降解的關(guān)聯(lián)性，選用醫(yī)療器械產(chǎn)品中常用的PLGA材料，同時(shí)進(jìn)行體外實(shí)時(shí)降解和加速降解試驗(yàn)，從抗張強(qiáng)度試驗(yàn)、質(zhì)量損失、特性黏度和降解產(chǎn)物測(cè)定四個(gè)方面進(jìn)行實(shí)時(shí)降解和加速降解的測(cè)試，并分析實(shí)時(shí)降解和加速降解的試驗(yàn)結(jié)果，建立數(shù)學(xué)模型，考察實(shí)時(shí)降解和加速降解可能存在的相關(guān)性。

附表 PLGA樣品實(shí)時(shí)降解和加速降解的抗張強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

1 材料和方法

1.1 試劑與設(shè)備 PLGA樣品（PLGA釘子，其組成為丙交酯:乙交酯=60∶40，由國(guó)內(nèi)某廠(chǎng)商提供）；乳酸標(biāo)準(zhǔn)品（Dr. Ehrenstorfer公司生產(chǎn)）；乙醇酸標(biāo)準(zhǔn)品（Dr. Ehrenstorfer公司生產(chǎn)）；六氟異丙醇（分析純）；磷酸二氫鉀（分析純）；二水合磷酸氫二鈉（分析純）；實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

電子天平（精度：0.0001g，梅特勒－托利多公司）；配紫外檢測(cè)器的高效液相色譜儀（Waters公司）；萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（INSTRON公司）；真空干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 Sorensen緩沖液的配制[2]Sorensen緩沖液：由18.2%（體積分?jǐn)?shù)）的1/15mol/L磷酸二氫鉀和81.8%（體積分?jǐn)?shù)）的1/15mol/L磷酸氫二鈉混合而成，pH值約為7.50。1/15mol/L磷酸二氫鉀：稱(chēng)取9.078g磷酸二氫鉀，加水溶解并定容至1L容量瓶中。1/15mol/L磷酸氫二鈉：稱(chēng)取11.876g二水合磷酸氫二鈉，加水溶解并定容至1L容量瓶中。

1.3 溫度的選擇 參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16886.13-2001[3]和YY/T 0473-2004[4]，實(shí)時(shí)降解試驗(yàn)選用37℃±1℃的生理溫度，標(biāo)準(zhǔn)中建議加速降解選用高于37℃并低于材料的熔化或軟化的溫度范圍的某一個(gè)溫度下進(jìn)行試驗(yàn)。故本試驗(yàn)通過(guò)差式掃描量熱儀測(cè)試PLGA樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以進(jìn)行溫度的選擇。

1.4 樣品的制備 參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY/T 0473-2004進(jìn)行降解試驗(yàn)。PLGA樣品與Sorensen緩沖液浸提比例為500∶1（g∶mL），分別于37℃放置2天、3天、7天、14天、28天、35天、56天、63天和112天，50℃放置2天、4天、6天、8天、10天、14天、18天、21天、28天、35天和42天，到指定時(shí)間點(diǎn)后，分離樣品和降解液，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)平行制備5份樣品。

1.5 抗張強(qiáng)度測(cè)試 取按1.4制備的樣品，取出降解后的樣品，用線(xiàn)將樣品的兩端固定，進(jìn)行抗張強(qiáng)度測(cè)試，機(jī)頭加力速度：25mm/min，上下夾具之間的距離約為80mm。

1.6 質(zhì)量損失的測(cè)定 降解前稱(chēng)量樣品的質(zhì)量W0，然后按1.4浸泡樣品，通過(guò)過(guò)濾分離樣品和降解液，用超純水清洗樣品5～6遍，于真空干燥箱中干燥至恒重得到降解后樣品質(zhì)量Wt，質(zhì)量損失百分比計(jì)算公式為：(W0-Wt)/W0×100%。

1.7 特性黏度的測(cè)定 取按1.4制備的樣品，通過(guò)過(guò)濾分離樣品和降解液，用超純水清洗樣品5～6遍，于真空干燥箱中干燥至恒重后，精密稱(chēng)取50mg干燥后的樣品，用六氟異丙醇溶解并定容至50mL，3號(hào)垂熔漏斗過(guò)濾后，于25℃條件下，用烏氏黏度計(jì)測(cè)定。

1.8 降解產(chǎn)物測(cè)定 取分離后的降解液，用磷酸調(diào)節(jié)pH值至2.8，用流動(dòng)相稀釋1～50倍后，0.45μm濾膜過(guò)濾，進(jìn)樣分別測(cè)定降解產(chǎn)物中乙醇酸和乳酸的含量。色譜條件如下：Synergi Hydro-RP 80A C18色譜柱（250mm×4.6mm）；流動(dòng)相為20mmol/LKH2PO4；流速0.6mL/min；柱溫30℃；紫外檢測(cè)器，檢測(cè)波長(zhǎng)210nm；進(jìn)樣量20μL。

2 結(jié)果

2.1 溫度的選擇 差式掃描量熱法測(cè)得PLGA樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為52.8℃，故本試驗(yàn)選擇了50℃±1℃作為加速降解的試驗(yàn)溫度。

2.2 抗張強(qiáng)度試驗(yàn) PLGA樣品在37℃和50℃的抗張強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)附表。50℃的樣品降解2天后輕微施加外力樣品即碎裂，所以50℃時(shí)樣品降解速率過(guò)快不易進(jìn)行抗張強(qiáng)度試驗(yàn)，故無(wú)法獲得抗張強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。

2.3 質(zhì)量損失 PLGA樣品在37℃和50℃下的質(zhì)量損失百分比結(jié)果見(jiàn)附圖1，由附圖1可知，50℃的樣品降解速率明顯大于37℃的，經(jīng)曲線(xiàn)擬合得到不同溫度下質(zhì)量損失幾乎呈線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系。37℃的曲線(xiàn)擬合方程：y=0.830x-5.321，R2=0.97，R2=0.98，50℃的曲線(xiàn)擬合方程：y=3.280x+5.222，R2=0.92。由曲線(xiàn)擬合的斜率可初步推斷，50℃的降解速率約是37℃降解速率的4倍。

2.4 特性黏度 測(cè)試PLGA樣品在37℃和50℃兩個(gè)不同溫度下的特性黏度。各個(gè)降解時(shí)間點(diǎn)的特性黏度值ηt比上降解前樣品的特性黏度η0，計(jì)算公式為：ηt/η0×100%，以ηt/η0%為橫坐標(biāo)，時(shí)間天數(shù)為縱坐標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)附圖2，由附圖2可見(jiàn)，37℃和50℃的ηt/η0%與時(shí)間的關(guān)系圖均呈現(xiàn)對(duì)數(shù)相關(guān)關(guān)系。因此，取ηt/η0%的對(duì)數(shù)即ln(ηt/η0%)，以ln(ηt/η0%)為縱坐標(biāo)，時(shí)間天數(shù)為橫坐標(biāo)，繪制曲線(xiàn)圖，見(jiàn)附圖3，經(jīng)曲線(xiàn)擬合得到不同溫度下ln(ηt/η0%)與時(shí)間幾乎呈線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系。37℃條件下曲線(xiàn)方程為：ln(ηt/η0%)=-0.043x+4.568，R2=0.99；50℃條件下曲線(xiàn)方程為：ln(ηt/η0%)=-0.151x+4.392，R2=0.97。由擬合曲線(xiàn)斜率可初步推斷，50℃的降解速率是37℃降解速率的3.5倍。

2.5 降解產(chǎn)物的測(cè)定結(jié)果 乙醇酸和乳酸的方法驗(yàn)證結(jié)果：降解液中乙醇酸的線(xiàn)性范圍為2.500μg/mL～250.0μg/mL（r=0.9999），定量限為0.48μg/mL，加標(biāo)回收率為99.4%～102.6%，乙醇酸峰面積的RSD為0.5%（n=6）；降解液中乳酸的線(xiàn)性范圍為2.642μg/mL～264.2μg/mL（r=0.9999），定量限為1.0μg/mL，加標(biāo)回收率為97.9%～103.2%，乳酸峰面積的RSD為0.1%（n=6）。

附圖1 PLGA樣品實(shí)時(shí)降解和加速降解的質(zhì)量損失百分比比較

附圖2 PLGA樣品實(shí)時(shí)降解和加速降解的ηt/η0%比較

附圖3 PLGA樣品實(shí)時(shí)降解和加速降解的ln(ηt/η0%)比較

附圖4 PLGA樣品實(shí)時(shí)降解和加速降解的乙醇酸含量比較

附圖5 PLGA樣品實(shí)時(shí)降解和加速降解的乳酸含量比較

將不同時(shí)間點(diǎn)的樣品稀釋1～50倍后進(jìn)樣測(cè)得的濃度值與浸提液的體積相乘，折算成降解液中乙醇酸和乳酸的絕對(duì)含量。由附圖4和附圖5可知，50℃的試驗(yàn)條件下，在降解第10天到21天之間，乙醇酸和乳酸的含量顯著增加，降解約28天后，乙醇酸和乳酸的含量幾乎趨于穩(wěn)定；37℃的試驗(yàn)條件下，在降解第28天到63天之間，乙醇酸和乳酸的含量顯著增加，降解約63天以后，乙醇酸和乳酸的含量幾乎趨于穩(wěn)定。

3 討論

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[5-8]，PLGA材料的降解為均相降解，降解過(guò)程主要分為三個(gè)過(guò)程，分別是PLGA的吸水、酯鍵的水解斷裂和可溶性低聚物的擴(kuò)散溶解。體外加速降解和實(shí)時(shí)降解都經(jīng)歷這三個(gè)過(guò)程，當(dāng)樣品接觸緩沖溶液時(shí)，首先發(fā)生吸水溶脹現(xiàn)象，然后逐步發(fā)生酯鍵的水解斷裂，該階段大約發(fā)生在實(shí)時(shí)降解過(guò)程的7天后（加速降解約在2天后），此時(shí)樣品由高聚物斷裂成中度聚合物，故樣品的特性黏度明顯減小，但樣品外觀(guān)形態(tài)和質(zhì)量損失并沒(méi)有明顯的改變。當(dāng)實(shí)時(shí)降解約28天后（加速降解約在2天后），樣品質(zhì)量損失開(kāi)始明顯增加，當(dāng)實(shí)時(shí)降解約28天后（加速降解約在10天后），降解液中降解產(chǎn)物乙醇酸和乳酸的含量開(kāi)始明顯增加。加速降解試驗(yàn)三個(gè)階段可能不是很明顯，尤其是溶脹和酯鍵水解發(fā)生的很快，但通過(guò)質(zhì)量損失百分比和特性黏度百分比的對(duì)數(shù)的曲線(xiàn)擬合斜率可知，加速降解速率約是實(shí)時(shí)降解速率的3.5～4倍。因此，選用加速降解試驗(yàn)替代實(shí)時(shí)降解試驗(yàn)具有一定的可能性，并縮短將近四分之三的試驗(yàn)時(shí)間，尤其適用于降解周期較長(zhǎng)的PLGA樣品的降解試驗(yàn)的開(kāi)展。但是，PLGA材料的降解受多種因素的影響，如分子量、結(jié)構(gòu)組成和工藝等，因此不同來(lái)源的PLGA材料的加速降解和實(shí)時(shí)降解的倍比關(guān)系可能不同。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，PLGA樣品（丙交酯∶乙交酯=60∶40）的加速降解和實(shí)時(shí)降解存在一定的相關(guān)性，本試驗(yàn)條件下發(fā)現(xiàn)，PLGA的加速降解速率約是實(shí)時(shí)降解速率的3.5～4倍。