緩釋銅的凹土/海藻酸鈉復(fù)合微球的制備及性能測(cè)試

徐婷婷，李治方，吳 潔，陳 靜

（淮陰工學(xué)院，江蘇 淮陰 223003）

海藻酸鈉（sodium alginate，SA）是天然多糖類化合物，具有生物可降解性、毒性低、生物相容性高及生物黏附性好等特點(diǎn)[1-2]。SA能與多價(jià)金屬陽(yáng)離子 Ca2+、Al3+等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成三維凝膠網(wǎng)絡(luò)，該凝膠具有熱不可逆性，是傳統(tǒng)的藥物控釋載體、微生物及酶的固定化材料[3-5]。但是，凝膠強(qiáng)度不高削弱了SA載藥微球的緩釋效果[5-7]。凹土是一種天然一維納米材料，具有良好的吸附特性[8]，作為藥物及其輔料在歐美國(guó)家已被納入藥典[9]。凹土良好的納米增強(qiáng)作用可有效提升SA微球的凝膠強(qiáng)度，且其良好的吸附性能與SA的溶脹控釋性能具有完美的協(xié)同作用，從而顯著提升微球的緩釋能力。銅（Cu）是生命體必須的微量元素，對(duì)血紅蛋白的形成起活化作用，促進(jìn)鐵的吸收和利用，在傳遞電子、彈性蛋白的合成、結(jié)締組織的代謝等方面有重要的意義。缺乏銅會(huì)引起貧血、毛發(fā)異常、骨骼和動(dòng)脈異常，以致腦障礙；但是過(guò)剩則會(huì)引起肝硬化、腹瀉、嘔吐、運(yùn)動(dòng)障礙和直覺(jué)神經(jīng)障礙[10]。通過(guò)飼料添加緩釋銅制劑以保證 Cu離子代謝的穩(wěn)定是經(jīng)濟(jì)而又有效的促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)的途徑。本研究提供的凹土/海藻酸鈉復(fù)合微球具有良好的載藥及緩控釋性能，并可進(jìn)一步用于其它生命體所需的微量元素或藥物的緩釋控釋。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

凹土（中源礦業(yè)提供）。無(wú)水氯化鈣、氫氧化鈉（上海青析化工有限公司）；SA（上海化學(xué)試劑站分裝廠）、磷酸二氫鉀（南京化學(xué)試劑有限公司）、硝酸（汕頭市西隴化工有限公司）、鹽酸、硫酸（上海實(shí)意化學(xué)試劑有限公司），所有試劑均為分析純。

1.2 Cu離子標(biāo)準(zhǔn)曲線及濃度測(cè)定

使用北京普析通用有限責(zé)任公司的TAS-990AFG型原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Cu離子濃度。標(biāo)準(zhǔn)曲線以去離子水為空白樣，于324.7 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度[11]，回歸方程的線性相關(guān)系數(shù)R2值均在0.999以上。

1.3 復(fù)合微球的制備、載藥和釋放

（1）制備 采用滴制法制備復(fù)合微球，40 ℃水浴下攪拌勻化，配制20 g/L SA水溶液。凹土以2 mol/L的硫酸酸化，洗脫至中性后，以水配置成2%濃度漿料，攪拌分散 24 h。將分散好的酸化凹土（AP，acidulated palygorskite）與20 g/L SA水溶液按一定比例混合，于50 ℃水浴下攪拌2 h。將復(fù)合物通過(guò)恒流泵以7 mL/min的速度滴到2% CaCl2溶液中，持續(xù)攪拌交聯(lián)固化一定時(shí)間，收集并用去離子水沖洗。

（2）載藥 將制備好的微球浸入1%硫酸銅溶液中吸附4 h后過(guò)濾。所得微球以10 mL去離子水洗滌后于50～60℃烘干至恒重。微球吸附Cu的總量和吸附率分別按式（1）和式（2）計(jì)算。

式中，W1為添加的Cu的質(zhì)量；Cf為濾液的濃度；n為稀釋倍數(shù)；V為緩沖液體積。

（3）釋放 稱取0.5 g復(fù)合微球置于200 mL的pH值為6.8的人工模擬腸磷酸緩沖液中，37 ℃水浴恒溫振蕩器震蕩，轉(zhuǎn)速100 r/min。定時(shí)取樣。水樣過(guò)0.45 μm微孔濾膜。Cu的釋放率按式（3）計(jì)算。

式中，C1為溶液濃度；M為微球吸附Cu的總量。

2 結(jié)果和討論

2.1 凹土對(duì)微球載銅和緩釋性能的影響

海藻酸鹽微球給藥系統(tǒng)是近年來(lái)研究較多的一類新型口服藥物控釋載體，已成功應(yīng)用于多種藥物的控制釋放，但是其凝膠強(qiáng)度仍有待提高。本研究通過(guò)對(duì) SA微球和 SA/AP復(fù)合微球進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，比較兩種微球的吸附和累積釋放率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AP/SA復(fù)合微球的吸附率（94.60%）比SA微球（91.82%）高，釋放速度顯著降低（圖1），說(shuō)明加入凹土的復(fù)合微球?qū)α蛩徙~的緩釋性能有一定的改善。因此，本研究將凹土與SA進(jìn)行復(fù)合。

SA與AP的比例變化會(huì)影響微球結(jié)構(gòu)，從而影響微球的載藥釋藥性能。隨著 AP/SA比例的增大（10%～40%），Cu2+的吸附率逐漸增大并趨于穩(wěn)定。AP本身具有良好的吸附性能，其加入對(duì)微球的吸附能力體現(xiàn)出一種協(xié)同作用。而AP的量增多之后，降低了微球的彈性，從而一定程度上會(huì)降低微球的吸附性能。不同凹土含量對(duì)Cu2+釋放性能的影響見(jiàn)圖2，AP/SA的比例為20%時(shí)的釋放率相對(duì)緩慢，且對(duì)Cu2+的吸附率也較高（94.60%）。綜合考慮吸附與緩釋性能，AP/SA的比例為20%為最佳。

圖1 凹土對(duì)微球累積釋放率的影響

圖2 AP/SA比例對(duì)微球累積釋放率的影響

2.2 交聯(lián)條件對(duì)載銅及其緩釋的影響

交聯(lián)條件對(duì)形成微球的密實(shí)程度有很大影響，因此會(huì)顯著影響微球的載藥與釋藥性能[12-13]。微球的吸附率隨著交聯(lián)劑CaCl2濃度的增加而先增加后降低（表1）。隨著交聯(lián)時(shí)間的增加，微球?qū)?Cu2+的吸附率先增大后趨于穩(wěn)定（值分別為 94.60%、98.99%、98.98%），但交聯(lián)時(shí)間為0.5 h時(shí)緩釋控制最為良好（圖3）。Cu2+在微球上的載負(fù)可能有兩種形式：一種是吸附；另一種為微球豐富的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)容納一定的 CuSO4溶液。CaCl2濃度小，交聯(lián)時(shí)間短的時(shí)候，三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不完善，吸附量和容留量都小，CaCl2濃度增大，交聯(lián)時(shí)間增長(zhǎng)，完善的凝膠結(jié)構(gòu)使得微球的吸收能力變強(qiáng)，但是吸附主要是在外表面，且毛細(xì)留容量較小。吸附在表面的Cu2+釋放路徑短，而吸附在內(nèi)部的Cu2+釋放出來(lái)要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的路徑，從而顯示出緩釋的效果。因此，雖然隨著CaCl2濃度增加和交聯(lián)時(shí)間的延長(zhǎng)，微球的吸附性能略有提高，而緩釋性能卻有所降低。因此，本實(shí)驗(yàn)采用CaCl2濃度為2%，交聯(lián)時(shí)間為0.5h。

2.3 微球釋放過(guò)程中的形態(tài)表征

從圖4顯示的微球在緩沖溶液中的溶脹性能比較中可看出，在藥物釋放了1 h后，AP/SA復(fù)合微球的粒徑明顯小于SA微球，且微球中心未完全溶脹微球中心仍有藍(lán)色的顆粒狀物質(zhì)，而SA微球的凝膠強(qiáng)度很小而且微球中的銅離子基本完全釋放呈白色狀。

在pH值為6.8的磷酸鹽緩沖液（模擬人工腸液）環(huán)境中，微球中的海藻酸根離子與鉀離子形成可溶性海藻酸鹽，吸水后造成凝膠微球發(fā)生不同程度的溶脹，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，溶脹的微球開(kāi)始溶蝕，因此在藥物釋放過(guò)程中，藥物擴(kuò)散與骨架溶蝕同時(shí)進(jìn)行。

表1 CaCl2濃度對(duì)微球吸附性的影響

圖3 交聯(lián)時(shí)間對(duì)微球累積釋放率的影響

圖4 微球在PBS中釋放1 h

2.4 微球的掃描電鏡（SEM）圖譜

由圖5(a)和(d)的對(duì)比可見(jiàn)，復(fù)合微球的表面比SA微球要褶皺得多，因此藥物從微球中釋放出來(lái)要經(jīng)過(guò)更長(zhǎng)的途徑，AP/SA復(fù)合微球的緩釋作用有所提高。圖5(b)進(jìn)一步展示了復(fù)合微球外表皺褶的大比表面積，較大的比表面積是復(fù)合微球的載藥率高的一個(gè)重要因素。而圖5(c)顯示載銅復(fù)合微球中有大量的毛細(xì)管；微球中毛細(xì)孔的毛細(xì)作用也可能是微球載銅量提高的重要因素。

圖5 微球的電鏡照片

3 結(jié) 論

滴制法制備載銅AP/SA復(fù)合微球的最佳工藝條件是：原料經(jīng)充分研磨分散，SA濃度2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），CaCl2濃度2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），AP/SA=1∶5，復(fù)合溫度50 ℃，交聯(lián)時(shí)間30 min，pH=5。微球烘干前，外表光滑圓潤(rùn)，粒徑約為2 mm，烘干后，外表粗糙，粒徑約為1 mm。AP/SA復(fù)合微球與SA微球相比，吸附率由91.82%提高到94.60%，在2 h內(nèi)的釋放率由66.35%降低到22.78%，得到了一定程度的減緩，這說(shuō)明在復(fù)合微球中，凹土起到了改善其凝膠強(qiáng)度和緩釋性能的作用。本復(fù)合微球可進(jìn)一步用于其它生命體所需的微量元素或藥物的緩釋控釋。

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