紫外-可見分光光度法在定量監測2,3,5-三碘苯甲酸緩釋中的應用

劉來俊，徐海燕，趙 帆，王富軍，王 璐

(1.東華大學 紡織學院，上海 201620；2.東華大學 紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620)

聚對二氧環己酮(PPDO)是一種半晶質的脂肪族聚酯醚，其分子主鏈中含有酯鍵，完全降解時間在 6～12 月之間，降解產物為水和二氧化碳，對人體沒有毒害[1-2]。此外，PPDO 大分子鏈中含有獨特的醚鍵，使其具有強度高、柔韌性好、剛度小等優點，是理想的醫用生物降解材料[3]。目前，PPDO 單絲已成功運用于醫用可吸收縫合線[4]，同時在血管支架[5]、組織工程支架[6]、下腔靜脈濾器[7]、食道管支架[8]、氣管支架[9]等方面也有廣泛的應用前景；但 PPDO 中僅含有 C、H、O 元素，沒有高電子云密度的元素(如鹵素或金屬元素)，幾乎不吸收電磁光譜，無法在手術中或術后通過 X 光成像技術檢測，因此，需賦予 PPDO 單絲顯影性能，以滿足其在手術時定位及手術后監測的需求。

2,3,5-三碘苯甲酸(TIBA)是一種油性物質，幾乎不溶于水，能溶于堿性溶液(NaOH、 KOH等)和一些有機溶劑(乙醇、二甲基亞砜等)。其分子中含有碘原子，且單位摩爾的TIBA中碘原子的含量較高，具有很強的顯影效果，是很多商用顯影劑的主要成分[10-11]。與同為油性物質的PPDO 通過熔融共混擠出的方式可一體化得到PPDO顯影纖維，并且其顯影性能取決于共混材料中 TIBA 含量的多少。而PPDO 是可降解的聚合物材料，一旦用于體內，其顯影特性會隨著PPDO 的降解和TIBA 的溶出而降低，因此通過體外模擬來研究 PPDO顯影纖維中 TIBA 的釋放規律，建立體外降解與顯影效果之間的聯系是極其重要的。TIBA的熱分解溫度與PPDO較為接近，因而無法采用熱重分析(TGA)的方式來分析釋放量。此外，TIBA密度較小，不易分離，常規的稱量法不僅在操作上存在一定的難度，并且在測量上也會有較大的誤差。

紫外-可見分光光度計具有靈敏度高、準確度好、易于操作等優點，廣泛應用于無機和有機物的定性和定量檢測[12]。基于此，本文采用分光光度法測量PPDO顯影纖維降解液中TIBA的含量，研究了PPDO顯影纖維在不同降解周期內TIBA的釋放規律。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

DHY4/12型微型錐共混儀(上海德弘橡塑機械有限公司)；TU-1901型雙光束紫外-可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)；CHP-80Q型二氧化碳培養箱(上海三發科學儀器有限公司)；1000～10 000 μL 移液槍(德國普蘭德公司)；FA2004型精密電子天平(上海良平儀器儀表有限公司)。

無水乙醇(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)，中性的磷酸緩沖溶液PBS(成分包括NaCl 137 mmol/L，KCl 2.7 mmol/L，Na2HPO410 mmol/L，KH2PO42 mmol/L)，其pH值為7.2±0.2；2，3，5-磺苯甲酸(TIBA，純度大于98%，南京奧多福尼生物科技有限公司)；聚對二氧環乙酮(PPDO，實驗室自制)。

1.2 顯影纖維的制備

將干燥后的PPDO和TIBA按照質量比為90∶10在微型雙錐共混儀中進行共混，經過加熱和螺桿的剪切作用，使2種組分混合均勻。本實驗采用130 ℃的共混溫度，共混時間為30 min，轉速為20～ 30 r/min，制備PPDO/TIBA共混物。共混結束后，材料通過直徑為1 mm的擠出口擠出。采用手動牽伸，拉伸成長絲，常溫冷卻固化。

1.3 降解液的測試方法

1.3.1TIBA標準曲線的繪制

利用紫外-可見分光光度法可以準確分析降解液中析出的微量TIBA，前提是TIBA要能夠均勻、穩定地分散在稀溶液中，但TIBA是油溶性物質，不溶于水，也不溶解于PBS緩沖溶液。由于生物材料的降解一般采用的是PBS磷酸緩沖溶液，而隨著PPDO顯影纖維的降解，釋放的TIBA不易在降解液中得到較好的溶解和分散，因而，不能直接通過測試降解液的吸光度值來獲知顯影劑TIBA的釋放量。通過前期探索，并考慮到TIBA能夠完全溶解于乙醇溶液，乙醇與水能夠以任意比例互溶，本文配制了3種比例的PBS和乙醇共混溶液，分別制備梯度含量的TIBA溶液，通過測定溶液的吸光度值，繪制吸光度與TIBA質量濃度散點曲線，并進行線性回歸擬合。

對相同質量濃度的TIBA乙醇溶液和TIBA-PBS乙醇溶液進行光譜掃描發現，2種溶液均在232 nm附近出現峰值，這表明TIBA的特征峰值在232 nm左右，PBS溶液中的溶質Na2HPO4、KH2PO4、NaCl和KCl對TIBA的吸收峰基本沒有影響。

稱取0.1 g TIBA粉末加入到50 mL無水乙醇中，超聲溶解5 min。用移液槍分別吸取體積為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mL的TIBA無水乙醇溶液，向其中加入PBS緩沖溶液，使得體系中PBS緩沖溶液與無水乙醇的體積比分別為1∶3、1∶1和3∶1，不同PBS與乙醇體積比的溶液分別記為R1、R2和R3。每種比例下，配制成質量濃度分別為5、10、15、20、25、30、35 mg/L的待測溶液。取上述待測溶液約3 mL于比色皿中，采用紫外-可見分光光度計進行光譜掃描和光度測量，每種試樣測量3次以保證實驗的準確性。

1.3.2標準液穩定性的測定

為研究TIBA在體積比為3∶1的PBS和乙醇共混溶液中的穩定性，將TIBA質量濃度分別為5、10、15、20、25、30、35 mg/L的溶液靜置于37 ℃培養箱中，以模擬體外降解的環境。8 d后測試溶液的吸光度值，以判斷其穩定性。

1.3.3TIBA體外累積釋放率的測定

降解實驗前，用去離子水清洗樣品，在40 ℃真空干燥箱干燥24 h至恒態質量，取干燥后試樣 3根，分別用精密電子天平稱量并記錄每根纖維的質量。將試樣放置于離心管中，加入pH值為7.2±0.2的PBS溶液10 mL，密封后置于(37±1) ℃恒溫培養箱中進行體外釋放實驗。圖1示出為降解液的收集流程圖。在1、3、6、10、16、22、30 d收集10 mL降解液，向離心管中加入4 mL無水乙醇，用于溶解黏附在離心管內壁以及纖維表面的TIBA，最后再向離心管中加入2 mL磷酸緩沖溶液，這樣收集到的溶液中PBS與無水乙醇的體積比為3∶1。每次提取后，向離心管中補充10 mL相同pH值的PBS溶液。將提取后的溶液中加入PBS和無水乙醇體積比為 3∶1的共混液進行一定倍率的稀釋，充分攪拌以保證均勻混合。取上述溶液3 mL于比色皿中，用紫外可見分光光度計測試吸光度，每種濃度含量的溶液測定3次，以保證測定結果有效。結合TIBA質量濃度與吸光度標準曲線，利用下式計算TIBA的累積釋放率：

式中：Q為TIBA在n個時間節點的累積釋放率，%；Xn為n個時間節點的稀釋倍率；Cn為n個時間節點的釋放濃度，mg/L;V為體積，L；mc為共混纖維中TIBA的計算質量，mg。

圖1 降解液收集流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of degradation fluid collection process

2 結果與討論

2.1 不同PBS/乙醇共混比下TIBA回歸曲線

圖2～4分別示出TIBA在R1、R2和R3標準液的光譜圖和質量濃度-吸光度擬合曲線。

圖2 TIBA在R1溶液中的光譜圖和回歸分析Fig.2 Spectrum (a) and regression analysis (b) of TIBA in solution R1

以TIBA的質量濃度為自變量，吸光度值為因變量進行線性擬合，得到TIBA溶液濃度和吸光度之間的線性擬合函數關系。結果表明：TIBA的R1標準液在波長為231 nm處測得最大吸收峰，回歸方程為y=0.057 2x；TIBA的R2標準液在波長為232 nm處測得最大吸收峰，回歸方程為y=0.0612x；TIBA的R3標準液在波長為232 nm處測得最大吸收峰，回歸方程為y=0.0583x。回歸直線的線性范圍在[0，35 mg/L]，3種共混比例的溶液的擬合度均達到了0.999，接近1，說明這3種共混比例的溶液其質量濃度-吸光度線性回歸關系十分明顯，即在上述3種共混比下，其擬合曲線均可用于估算降解液中TIBA的含量。考慮到乙醇的用量，后續實驗采用PBS和乙醇的體積比為3∶1。

圖3 TIBA在R2溶液中的光譜圖和回歸分析Fig.3 Spectrum(a) and regression analysis(b) of TIBA in solution R2

圖4 TIBA在R3溶液中的光譜圖和回歸分析Fig.4 Spectrum(a) and regression analysis(b) of TIBA in solution R3

圖5示出為8 d后標準液R3的光譜圖和回歸分析。其中回歸分析中的散點為吸光度的實測值，直線為標準狀態下的回歸方程y=0.058 9x。結果表明，靜置8 d后，共混溶液依然在波長為232 nm處測得最大吸收峰。測試值與回歸方程y=0.058 9x相比，低質量濃度區域5、10、15、20、25 mg/L偏差較小，而在高質量濃度區域30、35 mg/L處存在一定程度的偏差，這可能是由于共混液在保存過程中，存在少量溶劑揮發逸散的現象，導致測試值的吸光度值增加，與回歸曲線的結果存在少量偏差。通過線性擬合得出的散點與回歸方程y=0.058 9x的偏差為0.988 6，即R2為0.998 6，接近于1，偏差較小，可認為TIBA的濃度和吸光度值依然遵循最初的回歸曲線。實驗設計的最長換液周期為8 d，能夠保證析出的TIBA在共混液中保持穩定，因此可用最初的回歸方程y=0.053 8x計算TIBA的濃度。

圖5 8 d后TIBA在R3溶液中的光譜圖和回歸分析Fig.5 Spectrum (a) and regression analysis(b) of TIBA in solution R3 after 8 days

2.2 TIBA累積釋放率測試結果分析

TIBA與大多數藥物一樣，屬于小分子物質，PPDO屬于可降解的高分子材料。PPDO與TIBA復合的材料體系與很多藥物緩控釋體系類似，TIBA從PPDO基質中釋放可以參考藥物釋放的模型[13]。為更加直觀地描述TIBA在磷酸緩沖溶液的體外模擬環境中的釋放情況，建立TIBA的釋放行為與顯影效果的關系，借助表1所示的藥物釋放常規模型進行TIBA的累積釋放率-降解周期擬合，以進一步探究顯影劑TIBA中的釋放規律[14-16]。根據TIBA累積釋放率和時間的關系擬合各個函數模型。R2表示判定系數，R2的值越接近于1，則表示擬合程度越高。一般而言，擬合曲線與實測曲線的特征一致，則擬合程度越高，且各個參數的物理意義明確，則是比較理想的函數模型[17]。

表1 藥物釋放常規模型Tab.1 Common drug release kinetics

注：Mt為時間節點為t的藥物累積釋放量；M0為初始的藥物上載量；Mt/M0為時間節點t的藥物累計釋放率；k為釋放動力學常數。

通過測量不同降解周期的降解液吸光度值，按照回歸方程y=0.053 8x計算TIBA的質量濃度，然后根據公式計算出TIBA的累積釋放率，如圖6所示。可以看出，標準液R3中的3個試樣(S1、S2、S3)的TIBA累計釋放規律較為相似，現以S2試樣為例進行說明。表2示出S1、S2和S3中TIBA的累積釋放率的擬合參數。

圖6 S1、S2和S3 中TIBA的累積釋放率Fig.6 Cumulative release ratio of TIBA in S1、S2 and S3

表2 S1、S2和S3中TIBA緩釋擬合參數Tab.2 TIBA release fitting parameters in S1、S2 and S3

注：Peppas-Korsmeyer方程中S1,S2和S3的釋放動力學系數分別為0.157 2，0.352 7，0.318 5。

圖7 S2中TIBA的累積釋放率-時間擬合結果Fig.7 Cumulative release rate-time fitting results of TIBA in S2

S2采用4種釋放模型擬合時，R2值分別為0.837、0.985、0.958和0.912，其中一級釋放模型的R2值最接近于1。圖7示出4種模型的擬合曲線。可以看出，一級釋放模型的擬合效果最好，因此認為，一級釋放是S2的主要擬合模型。觀察圖7中的擬合曲線可知，PPDO顯影纖維中TIBA的釋放主要分為2個階段，初期的快速釋放和后期的緩慢釋放，這主要是與共混樣品為纖維形態相關。樣品為纖維形狀，其外周與PBS緩沖溶液的接觸面積較大，不斷受到溶液的侵蝕，其中的TIBA和PPDO的無定型區易受PBS溶液的侵蝕，從纖維當中釋放出來。

3 結 論

1)在PBS緩沖溶液與無水乙醇的體積比分別為1∶3，1∶1和3∶1的3種共混溶液中，以TIBA的質量濃度為自變量、吸光度值為因變量進行線性擬合，均能得到回歸關系明顯的線性方程，故3個擬合曲線均可用于估算降解液中TIBA的含量。

2)共混液在37 ℃的環境中靜置8 d，仍能保證析出TIBA在共混液中保持穩定，并確定最長換液周期為8 d。

3)采用4種藥物釋放常規模型對TIBA的累計釋放量進行擬合發現，其符合一級釋放模型。

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