殼聚糖改性蒙脫石作為藥物控釋載體的研究

彭 琪，葛瑩瑩，陳 琳，經夢麗

(1.信陽師范學院化學化工學院，信陽 464000；2.信陽市中心醫院藥劑科，信陽 464000)

0 引 言

蒙脫石(Montmorillonite，MMT)是礦物材料膨潤土的重要組成部分[1]，在膨潤土中所占比例最高，可達90%以上，但由于膨潤土的產地不同，蒙脫石所占的比例也不盡相同，并且所含雜質也各種各樣。將蒙脫石提純后其外觀通常為白色粉末，有時候也會是淺黃色或淺綠色的粉末，無味無毒且有滑膩感[2]。蒙脫石化學成分穩定、結構特殊，由兩層硅氧四面體[SiO2]和一層鋁氧八面體[AlO2(OH)4]構成，是比較典型的2∶1型層狀硅酸鹽，在晶體層間含有Ca2+、Mg2+等陽離子，可以和外部的無機或有機陽離子進行交換[3]。此外，蒙脫石不僅能吸附并抑制消化道內的細菌和病毒，而且能增強消化道的黏膜防御功能[4]。蒙脫石不僅具有良好的吸附和陽離子交換能力，而且安全無毒，這些特征使它在醫藥方面得到廣泛的應用[5]。

殼聚糖(Chitosan，CS)又稱為幾丁質或脫乙酰殼多糖，是一種天然高分子堿性多糖，是甲殼素的脫乙酰產物[6]。殼聚糖分子中存在氨基、羥基以及一些N-乙酰氨基，表現出較為活潑的化學性質[7]。酸性條件下分子中氨基和質子結合使自身帶有正電荷，因此，殼聚糖是天然多糖中少見的帶正電荷的高分子。由于殼聚糖具有優良的生物相容性，并且其降解時只能被結腸菌群所產生的特有糖苷酶系所降解，被研究者廣泛用于口服結腸靶向給藥系統的研究[8-9]。

5-氟尿嘧啶(5-Fluorouracil,5-FU)，分子式為C4H3FN2O2，是一種抗代謝腫瘤藥物，常作為臨床抗癌藥物用于結腸癌、直腸癌、胃癌、乳腺癌、頭頸部癌等多種腫瘤的治療[10]。但是5-氟尿嘧啶的毒副作用比較強，在使用的過程中有強烈的胃腸道反應，會干擾胃腸的正常功能。

本文首先對鈣基蒙脫石進行鈉化處理，然后采用殼聚糖對鈉基蒙脫石進行有機化改性，制備出殼聚糖改性蒙脫石(CS-MMT)，通過XRD、FT-IR等表征手段對其進行分析。以5-FU為模型藥物，制備出載藥復合物5-FU/CS-MMT，考察其載藥量及其在人工模擬胃液、小腸液和結腸液中的釋藥情況。

1 實 驗

1.1 試劑和儀器

實驗試劑為殼聚糖(脫乙酰度≥95%，粘度40～50 mPa·s)、鈉基蒙脫石(由信陽市方浩實業有限公司生產的膨潤土原礦提純后制得)、5-氟脲嘧啶(阿拉丁公司)、氯化鈉、95%乙醇、鹽酸、冰乙酸、甲醛、氯化銨、異丙醇、酚酞、硝酸銀。試劑均為分析純，水為二次蒸餾水。

實驗儀器采用FA2004型電子天平(上海越平科學儀器有限公司)，DHG-9023A型電熱恒溫鼓風干燥箱(深圳市賽亞泰科儀器設備有限公司)，DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市予華儀器有限責任公司)，TGL-16G型離心機(上海安亭科學儀器廠)，SHZ-D(Ⅲ)型循環水式真空泵(鞏義市予華儀器有限責任公司)，DZF-6020型真空干燥(上海比朗儀器有限公司)，SX-5-12型箱式電阻爐(天津市泰斯特儀器有限公司)，Rigaku-Mini Flex600型X射線衍射儀(日本理學株式會社)，TENSOR-27型傅立葉變換紅外光譜儀(德國布魯克公司)，HITACHI-U3900H紫外分光光度計(上海百賀儀器科技有限公司)。

1.2 殼聚糖改性蒙脫石的制備及表征

將采自信陽市方浩實業有限公司的膨潤土采用靜沉降法進行提純，把提純后的沉淀加入一定量1 mol/L NaCl溶液中，于65 ℃下攪拌、離心。多次水洗沉淀，將沉淀真空干燥，研磨，過200目篩備用。

取少量以上制得的MMT，測定其陽離子交換容量(Cation Exchange Capacity,CEC)[11]。將CS分別按照MMT的0.5倍、1.0倍、1.5倍和2.0倍CEC的用量，和MMT一起加入到2%HAc溶液中，于60 ℃攪拌反應6 h，離心，洗滌沉淀至中性，干燥過夜，研磨，制得0.5 CEC、1.0 CEC、1.5 CEC和2.0 CEC CS-MMT。

采用高溫灼燒法，測定CS-MMT系列復合物的有機化程度[12]。

使用X射線衍射儀(Rigaku-Mini Flex 600型)進行X射線衍射分析(XRD)，分析條件為：管電壓40 kV，管電流15 mA，掃描范圍3°～40°，掃描速度5°/min；使用傅立葉變換紅外光譜儀(TENSOR-27型)進行紅外光譜分析(FT-IR)。

1.3 標準曲線的制作和有機改性蒙脫石的載藥量分析

稱取一定量5-FU，溶解于0.1 mol/L HCl溶液中并于100 mL容量瓶中定容。分別移取2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL、12 mL以上溶液于100 mL容量瓶中，用0.1 mol/L的HCl溶液定容。以0.1 mol/L的HCl溶液作為空白試樣，在265 nm處測吸光度，制作標準曲線。

稱取適量MMT和CS-MMT，分別加入水，攪拌至分散均勻。分別加入一定量 5-FU，在80 ℃下攪拌反應2 h，離心收集上清液，在265 nm波長處測定其吸光度，根據標準曲線計算出上清液中藥物含量。沉淀物在80 ℃真空干燥10 h，研磨后即得5-FU/CS-MMT和5-FU/MMT載藥復合物[13-14]。

1.4 載藥復合物在體外人工模擬體液內的釋放

分別稱取適量的5-FU/CS-MMT和5-FU/MMT置于錐形瓶中，并加入pH值為1.5的人工胃液，搖勻。將錐形瓶置于水浴恒溫振蕩器中震蕩，30 min后第一次取液，同時向錐形瓶內補充同體積的新鮮人工胃液。將離心后所得上清液在265 nm處用紫外分光光度計測吸光度，接著依次以1 h為間隔取液，同樣補充新鮮的人工胃液，將溶液離心后，將上清液在265 nm處用紫外分光光度計測量，記錄數據。

將pH值為1.5的人工胃液換成pH值為6.8的人工小腸液和pH值為7.4的人工結腸液，重復上述操作。

2 結果與討論

2.1 CS-MMT和MMT的分析表征

采用氯化銨-50%乙醇法[15]，測得MMT的含量為95.7%，陽離子交換容量為71.5 mmol/100 g；采用高溫灼燒法，測得0.5 CEC、1.0 CEC、1.5 CEC和2.0 CEC CS-MMT的有機化程度分別為17.17%、28.66%、28.85%和28.91%，結果表明，隨著殼聚糖含量的增大，改性蒙脫石的有機化程度不斷增加；但1.0 CEC后再增大改性劑用量，改性蒙脫石有機化程度增加并不明顯。

2.2 FT-IR分析

圖1是MMT、CS及1.0 CEC CS/MMT的FT-IR譜。圖中MMT的特征峰有3 601 cm-1處自由羥基-OH的伸縮振動峰，和915～1 100 cm-1處-SiO的伸縮振動峰。3 309 cm-1處是-NH2的伸縮振動峰，2 864 cm-1處是-CH2的伸縮振動峰，1 628 cm-1處是-CONH-的彎曲振動峰，1 570 cm-1處是-NH的振動吸收峰，這是CS的系列特征吸收峰。對比CS-MMT與CS、MMT的紅外譜圖發現，插層復合物的紅外光譜圖中既有MMT在3 601 cm-1處的-OH伸縮振動和1 010 cm-1處的-SiO伸縮振動峰，又有CS的眾多特征吸收峰，并且復合物中MMT在3 455 cm-1處-OH的伸縮振動峰變寬，這表明MMT上的羥基與CS上的氨基形成了氫鍵，該結果顯示CS已經插入了鈉基蒙脫石的片層間或者吸附在其表面。

圖1 MMT、1.0 CEC CS-MMT和CS的FT-IR譜
Fig.1 FT-IR spectra of MMT, 1.0 CEC CS-MMT and CS

圖2 MMT和1.0 CEC CS/MMT的XRD譜
Fig.2 XRD patterns of MMT and 1.0 CEC CS/MMT

2.3 XRD分析

圖2為MMT和1.0 CEC CS/MMT的XRD譜。根據d(001)峰的值，可以計算出蒙脫石的層間距。從圖可知，鈉基蒙脫石的層間距離不到1.2 nm，而對于1.0 CEC的CS-MMT，層間距的值為1.300 nm。由層間距的變化可以看出，殼聚糖的加入增大了蒙脫石的層間距，這表明殼聚糖已經成功插入到蒙脫石層間。因此，在后續實驗中，CS-MMT的最佳比例為1.0倍CEC。

2.4 5-FU標準曲線的制作和載藥量分析

將5-FU配制成不同濃度的溶液，在265 nm處測定其吸光度，所得結果如表1所示。并依據此做出5-FU的標準曲線，結果見圖3。

表1 5-FU標準曲線的測定Table 1 Standard curve for determination of 5-FU

圖3 5-FU的標準曲線Fig.3 Standard curve of 5-FU

采用紫外可見分光光度法，在265 nm處測定溶液上清液中5-FU的含量。根據圖3中5-FU的標準曲線，計算上清液中5-FU的濃度[16]。計算結果表明，1.0 CEC CS-MMT對5-FU的吸附率為62.22%，載藥量達到393 mg/g；而在相同條件下，MMT對5-FU的吸附率為43.50%，載藥量為239 mg/g。

2.5 體外釋放實驗

圖4是5-FU/CS-MMT和5-FU/MMT在體外人工模擬體液中的累積釋藥情況，實驗結果表明，5-FU/CS-MMT在pH值分別為1.5、6.8、7.4的人工胃液、人工小腸液以及人工結腸液中釋放，受pH的影響比較顯著。其中在pH值為7.4的人工結腸液中釋放的最快最多，在pH值為6.8的人工小腸液中的釋放量次之，在pH值為1.5的人工胃液中的釋放量最少，所以從中可以看出在中性和弱酸性條件下5-FU/CS-MMT中的5-氟尿嘧啶可以更多地釋放出來。而5-FU/MMT在人工模擬體液中的釋放情況與5-FU/CS-MMT的釋放情況相反，即5-FU/MMT在酸性較強的人工胃液中的釋放情況最好，在人工結腸液中次之，在人工小腸液中的釋放情況最差。相比較可知，5-FU/CS-MMT在人工模擬結腸液中的累積釋藥率最大，可達34.5%，并使藥物的有效濃度長時間保持恒定，由此可知，CS-MMT有望做為一種載藥量大、穩定性好的pH型口服結腸定位給藥材料。

圖4 1.0 CEC CS-MMT和MMT載藥復合物在模擬人工體液中的釋放情況
Fig.4 Release of 1.0 CEC CS-MMT and MMT complexes in artificial body fluids

3 結 論

本文以CS為有機改性劑，對MMT進行有機化改性，制備出插層型有機蒙脫石(CS-MMT)。

通過FT-IR和XRD分析研究該復合物，結果表明CS確實插層進入了MMT的片層間，當改性劑CS的用量為1.0 CEC時，改性蒙脫石的層間距最大。

以5-FU為藥物模型，制備出5-FU/CS-MMT，在人體模擬體液(人工胃液、人工小腸液和人工結腸液)中考察其藥物釋放情況，結果顯示相較于鈉基蒙脫石，有機改性蒙脫石對5-FU具有更高的載藥量，在人工模擬結腸液中的累積釋藥率最大。

因此，殼聚糖改性蒙脫石有望成為一種5-FU載藥量大、穩定性好的pH型口服結腸定位給藥材料。