醫用PVA/CMC復合薄膜的制備及其性能研究*

王 培，牛麗麗

(衡水學院 應用化學系,河北 衡水 053000)

聚乙烯醇(PVA)作為一種親水性高分子，因其良好的成膜性、生物降解性和生物相容性在醫藥領域得到了重視[1-2]。羧甲基纖維素鈉(CMC)是一種纖維素醚，含有活性官能團，可溶于水，溶液呈現中性或堿性，因其制備工藝簡單，原材料易得，且具有很好的生物相容性，抑制傷口粘連、發炎的作用，較好的pH敏感性，被廣泛應用在傷口敷料等生物醫藥領域[3]。但是單獨選用一種原料為藥物載體，則功能性單一，應用范圍受到限制，因此為制備多功能化的優異藥物載體，選用可降解的PVA和pH敏感性的CMC為原料。

姜黃素(CUR)因其顯著的抗腫瘤、抗菌等多種生物活性在醫藥衛生領域有巨大應用市場[4-7]，但其水溶性較差，生物利用度較低等缺陷，限制了其廣泛應用。因此，本實驗以PVA和CMC為載藥材料，以CUR為原藥模型，拓寬PVA和CMC在藥物載體的應用范圍，同時改善姜黃素的成藥性[8-9]，為拓寬藥物薄膜體系的研究提供參考。

1 實驗部分

1.1 主要原料和儀器

主要藥品如表1所示。

主要儀器如表2所示。

表1 主要原料

表2 主要儀器

1.2 PVA/CMC復合薄膜的制備

稱取適量PVA于燒瓶中，加入 10 mL 蒸餾水，磁力攪拌，加熱到 95 ℃，大約 30 min，至PVA完全溶解；磁力攪拌下加 3 mL CUR的乙醇溶液和 7 mL CMC的水溶液，混合均勻；將所得溶液倒入培養皿中，室溫干燥 48 h，60 ℃ 干燥 48 h，得到淡黃色復合薄膜，備用。

1.2.1 偏光顯微鏡觀察

用乙醇清潔干凈載玻片置于工作面上，裁取一定大小的樣品，放在載玻片上，然后蓋上蓋玻片。用鑷子輕輕按壓載玻片，調節檢偏鏡和起偏鏡使其偏振方向處于正交狀態。用(10×)低倍物鏡先觀察樣品，并調節顯微鏡的光源亮度以獲得更加清晰的結晶圖像，然后換用(25×)高倍鏡觀察，保存圖像。

1.2.2 包封率

1)標準曲線的繪制

分析天平稱取 50 mg CUR，溶于乙醇-PBS緩沖液(pH7.4，乙醇體積分數30%)中，稀釋至 100 mL。分別取0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL 溶液，稀釋至 50 mL。取適量，采用紫外分光光度計在 426 nm 處測定其吸光度A。標準曲線如圖1所示，標準曲線回歸方程：y=5.52658x+0.02523，R2=0.99179。 (其中x為藥物在介質中的濃度，y為吸光度。)

圖1 標準曲線

從回歸方程可知，姜黃素質量濃度與吸光度成良好的線性關系。

2)包封率的測定

分析天平稱取適量薄膜溶于乙醇中，溶解充分后，用緩沖溶液稀釋，在 426 nm 處測吸光度，再通過標準曲線找到對應姜黃素的質量濃度，載藥量表示為：

包封率=溶解出的姜黃素的質量/添加姜黃素的質量×100%

1.2.3 體外緩釋測試

將一定質量的復合薄膜置于盛有 20 mL 磷酸鹽緩沖液(pH7.4，PBS)的錐形瓶之中，恒溫(37±0.5)℃下超聲；每間隔 2 h 取出 2 mL，同時補充同溫同pH等量的介質，保持稀釋介質的恒定。用紫外分光光度計在 426 nm 處測定復合薄膜的吸光度，再通過標準曲線回歸方程計算姜黃素質量濃度，平行測定3組樣品，取平均值，計算累計釋藥率。

累計釋藥率=釋放量/薄膜的包封量×100%

1.2.4 降解性能測試

將不同配比的復合薄膜樣品裁成 2 cm×2 cm 大小的小薄片，烘干到恒重。然后置于 37 ℃ 的緩沖溶液中，進行降解實驗，每過一定時間，測量一下樣品質量。測量樣品的質量之前，用蒸餾水沖洗數次，再用濾紙吸干多余的水分，最后測量樣品的質量。

降解率=(降解前的質量-降解后的質量)/降解前的質量×100%

2 結果與討論

2.1 偏光顯微鏡分析

圖2為無CUR添加的PVA/CMC復合薄膜，且質量比為1∶1。由圖2可知，在共混膜中結晶相和連續相分布均勻，這可能是因為CMC上的羥基和PVA鏈上的羥基之間結合，形成分子間氫鍵。

圖2 PVA/CMC復合薄膜25倍的偏光顯微鏡圖像

圖3為CUR添加量為5%(質量分數)，m(PVA)∶m(CMC)不同時，復合藥物薄膜25倍的偏光顯微鏡照片。由圖3可知，隨著PVA添加比例的增大，薄膜的結晶度明顯增大，這可能是因為隨著PVA比例增大，兩者間形成較多氫鍵，體系內的分子活動被限制，表現出結晶程度增大，薄膜宏觀表現更硬。因此，嘗試通過調整PVA和CMC的比例，可調節復合薄膜的成膜性和結晶性，從而制備適應不同環境的薄膜。

(a)m(PVA)∶m(CMC)=1∶5 (b)m(PVA)∶m(CMC)=1∶2 (c)m(PVA)∶m(CMC)=2∶1

2.2 包封率的影響因素分析

2.2.1 PVA/CMC比例對包封率的影響

由圖4可知，姜黃素質量分數一定時，隨著PVA比例增大，包封率有增大趨勢。當m(PVA)∶m(CMC)比例增大到1∶1時，包封率達到最大值11.45%，這可能是因為此時PVA和CMC之間形成的氫鍵最多，體系中分子鏈活動受限，導致同時限制了姜黃素分子向體系外擴散的運動，從而提升了姜黃素的包封率；隨著PVA比例的進一步增大，載藥量開始緩慢降低，一直到m(PVA)∶m(CMC)比例增大到5∶1時，包封率仍可達到11%以上，但是隨著CMC添加量的大幅降低，材料吸水后的黏性會增大。因此，當m(PVA)∶m(CMC)添加比例為1∶1時，包封率達到最大值，而在1∶1到5∶1范圍內，包封率變化緩慢，可根據材料的黏度需求進行選擇。

圖4 包封率與PVA/CMC比例的關系

2.2.2 姜黃素濃度對包封率的影響

圖5為m(PVA)∶m(CMC)=1∶1時，不同姜黃素質量濃度對薄膜包封率的影響。

圖5 包封率與姜黃素質量濃度的關系

由圖5可知，當加入姜黃素的質量濃度為 0.00025 g/mL 時，包封率為5.1%。姜黃素質量濃度為 0.0005 g/mL 時，包封率達到11.45%，提高了6.35%，而且隨著姜黃素質量濃度增到 0.00075 g/mL，包封率達到最大值16.3%，這說明了在一定質量濃度范圍內，可以通過提高姜黃素質量濃度，提高藥膜中姜黃素含量。當姜黃素質量濃度繼續增大到 0.001 g/mL 時，包封率降低到11.45%，這可能是因為添加姜黃素較多時，破壞了薄膜的致密結構，降低了薄膜對姜黃素的包封效率。

2.3 體外緩釋分析

2.3.1 不同PVA∶CMC對緩釋性能的影響

圖6為姜黃素含量一定、PVA質量濃度不同時，復合薄膜進行藥物緩釋的實驗結果。由圖6可知，薄膜均具有一定的藥物緩釋性能，在 160 min 時，累計釋放率在68.2%～89.1%；實驗過程中不同比例薄膜的藥物緩釋趨勢基本一致，都是在開始 1 h 內姜黃素釋放速率較快，之后緩釋速率放緩，這可能是因為在初始階段薄膜表層的姜黃素快速向介質中擴散，后期薄膜內部的姜黃素由于PVA和CMC分子間氫鍵的阻礙，向外擴散緩慢。當m(PVA)∶m(CMC)比例為1∶1時，在相同條件下，表現出緩釋曲線最低，薄膜的緩釋性能較為顯著，且在 60～160 min 這個階段，緩釋曲線平緩，這可能與薄膜的結構有關，在m(PVA)∶m(CMC)為1∶1時， PVA和CMC形成了較多的氫鍵，薄膜體系中分子鏈限制姜黃素分子運動。薄膜中m(PVA)∶m(CMC)比例依次為1∶1、2∶1、5∶1、1∶2、1∶5時，累計釋放率曲線依次升高，該順序和包封率隨PVA/CMC變化規律基本一致，說明薄膜結構對材料做藥物載體有較大影響，可通過調整薄膜結構制作出性能適宜的藥物載體。

圖6 不同m(PVA)∶m(CMC)比例值對累計釋放率的影響

2.3.2 姜黃素質量濃度對緩釋性能的影響

由圖7可知，隨著姜黃素質量濃度增高，曲線越高，即累計釋放率越高，這可能是因為姜黃素質量濃度大時，薄膜的單位體積內姜黃素含量較多，姜黃素藥物可以更加容易地擴散溶解到釋放介質中。隨著藥物的釋放還會留下釋放藥物孔道，因此在前期一段時間內藥物釋放速率較快。在 0.0005～0.00075 g/mL 范圍內，160 min 時姜黃素累計釋放率在65%～72%，該體系表現出較好的藥物緩釋性。

圖7 累計釋放率與姜黃素質量濃度的關系

2.4 降解性能分析

由圖8可知，第28天，m(PVA)∶m(CMC)=1∶2時，薄膜的降解率最大，達到了79.8%；m(PVA)∶m(CMC)=5∶1時，降解率最低，但是也達到了70%以上，表明該薄膜具有較好的降解性。根據圖8發現，在 14 d 之前，曲線較平緩，說明降解速率較慢，14～21 d 這段時間降解速率明顯加快，這可能是因為在初期薄膜致密度較高，降解較緩慢。隨著降解率增大，薄膜結構出現缺陷，液體介質更容易進入體系侵蝕薄膜，表現出降解速率開始變大；在21～28 d 這個階段，降解速率又開始變慢，這可能是因為在此階段薄膜結構缺陷對降解率影響變小，薄膜本體材料降解性在降解過程中起主要作用。

圖8 降解率與m(PVA)∶m(CMC)比值的關系

m(PVA)∶m(CMC)=1∶5時，前 14 d 的降解率明顯高于其比例的薄膜，可能是由于PVA含量較少，CMC破壞PVA連續相，在初期就表現出降解速率較高，在第14天，降解率即達到了47%。隨著m(PVA)∶m(CMC)提高，達到1∶1時，降解率降低到33%，繼續提高PVA比例，降解率變化不大。根據該結果，可以根據薄膜降解需求和藥物釋放速率需求調整PVA和CMC比例。

3 結論及展望

性能優異的藥物載體可以通過減少給藥頻率、增加釋放時間、減少副作用、易于制備等優勢，達到更好治療的效果。因此，制備具有藥物緩釋功能的優異藥物載體顯得尤為重要，已成為藥物給藥方面的研究熱點。本文制備了具有一定緩釋效果的CUR-PVA/CMC薄膜，在m(PVA)∶m(CMC)=1∶1時，醫用CUR-PVA/CMC薄膜具有較好的緩釋性和較高的包封率。其中，PVA和CMC的添加比例對醫用薄膜的緩釋性和包封率有較大影響，在制備該類醫用薄膜時可采用調整其比例的策略得到理想的載藥薄膜，為姜黃素、聚乙烯醇和羧甲基纖維素在藥物載體領域的應用提供數據參考。