靜電紡聚乳酸串珠纖維的藥物緩釋性能

劉兆麟 岳承明 張 威

河北科技大學 紡織服裝學院(中國)

靜電紡絲技術具有可紡原料范圍廣泛、工藝調控靈活等優點已成為有效制備納米纖維的重要方法之一。靜電紡納米纖維的直徑小、孔隙率高、孔徑小，能夠在結構上模擬天然細胞外基質，這推動了其在藥物傳遞系統和組織工程領域的應用[1-2]。藥物緩釋對于促進組織修復和再生，以及減少對健康細胞的傷害至關重要[3]。然而，藥物顆粒的尺寸通常為微米級別，常規靜電紡納米纖維很難有效承載這些微米級藥物。基于此，藥物在纖維表面裸露而導致的突釋問題已成為阻礙載藥納米纖維發展的瓶頸[4]。

分布在納米纖維上的直徑約為微米級的串珠，通常被視作靜電紡絲的“副產品”而加以去除[5]。然而，在藥物釋放領域，納米纖維可以模擬細胞外基質，而微米級的微珠則可作為藥物顆粒的貯存介質。因此，具有獨特微珠結構的串珠纖維在藥物承載和緩釋方面表現出良好的應用前景。

本文將阿司匹林藥物模型加入不同質量分數的聚乳酸(PLA)溶液中，通過靜電紡絲工藝制備串珠纖維。采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察PLA質量分數對纖維形態的影響，用紅外光譜儀分析阿司匹林在串珠纖維中的負載情況，并討論和比較串珠纖維與光滑納米纖維的體外釋藥行為。

1 試驗

1.1 聚乳酸串珠纖維的制備

將PLA(相對分子質量為90 000)加入二氯甲烷(DCM)溶劑中，調節PLA質量分數分別為3%、 4%、 5%和6%，然后將質量分數為1%的阿司匹林藥物模型顆粒溶解在各PLA溶液中。經6 h攪拌后，得到具有不同PLA質量分數的PLA/阿司匹林混合溶液。在DT-1003型靜電紡絲機上制備纖維膜，紡絲電壓為20 kV、溶液流速為1 mL/h、接收距離為15 cm。

1.2 測試與表征

采用NDJ-79型黏度計測定PLA溶液黏度，通過TM30002型SEM觀察纖維膜形貌，采用adobephotoshop軟件測量微珠粒徑和納米纖維直徑，用TJ270-30型紅外光譜儀測試阿司匹林、PLA和載藥PLA串珠纖維的紅外光譜，確定串珠纖維對阿司匹林的承載情況。為探討纖維的體外釋藥行為，將10 mg納米纖維浸泡在37 °C的1 mL磷酸鹽緩沖液(PBS)中，收集上層清液并以固定的時間間隔補充等量的新鮮PBS。采用TU-1810型紫外分光光度計測定阿司匹林在270 nm波長處的吸光度，并基于標準曲線方程計算阿司匹林的質量分數。將釋放的阿司匹林總量與包封在串珠纖維內的阿司匹林總量相除獲得累積釋藥速率。

2 結果與討論

2.1 PLA串珠纖維的形態結構

圖1給出了不同PLA質量分數下制得的PLA納米纖維膜的SEM圖。表1列出了相應納米纖維的溶液的黏度特性和規格參數。值得注意的是，只有在一定的PLA質量分數下才能獲得串珠纖維，說明適當的溶液質量分數是形成串珠結構的必要條件。當PLA質量分數為3%時，珠粒直徑大小不一，纖維連續性欠佳[圖1a)]。這是因為低黏度的溶液射流不能承受外加電壓的拉伸。當PLA質量分數為4%時，紡錘形珠粒隨機分布在連續的納米纖維上，獲得了形態良好的串珠纖維[圖1b)]。這是因為聚合物大分子在拉伸射流作用下發生取向，纏結的分子鏈以納米纖維骨架形式存在，而剩余溶液則在表面張力驅動下收縮成微珠。進一步增加聚乳酸質量分數至5%，串珠形狀趨于細長[圖1c)]。當PLA質量分數為6%時，由于溶液的黏度顯著增強，靜電紡絲產物轉變為直徑較大的光滑納米纖維[圖1d)]。

a) 3%

b) 4%

c) 5%

d) 6%

表1 不同PLA質量分數下PLA串珠纖維的溶液黏度特性和規格參數

2.2 聚乳酸串珠纖維的載藥方式

圖2 阿司匹林、PLA和PLA/阿司匹林串珠纖維 (PLA質量分數為4%)的紅外光譜

2.3 聚乳酸串珠纖維的體外釋藥行為

圖3給出了阿司匹林在不同PLA質量分數下制得的串珠纖維和光滑納米纖維中的累積釋藥曲線。由圖3可以看出，所有纖維的藥物釋放速率均在4 h內迅速增長，然后逐漸減緩，48 h后釋藥速率達到穩定；PLA質量分數為3%、 4%和5%時，對應串珠纖維的釋藥速率分別為84.2%、 80.9%和83.1%，而PLA質量分數為6%時，獲得的光滑納米纖維的釋藥率則為90.4%。可知，光滑納米纖維的累積釋藥速率始終高于串珠纖維。

此外，PLA質量分數為4%時，串珠纖維的釋藥率最低，PLA載藥串珠纖維對藥物的承載方式為物理包覆，擴散作用在藥物釋放過程中起決定性作用，阿司匹林的主要釋放機制是擴散作用。大粒徑微珠確保了藥物顆粒的包被厚度，因此，粒徑較大的串珠纖維具有更好的緩釋效果。

圖3 串珠纖維和光滑納米纖維的累積釋藥曲線

3 結論

適當的PLA溶液質量分數是獲得串珠纖維的必要條件。隨著PLA質量分數的增大，珠粒直徑先增大后減小，纖維直徑增大。阿司匹林顆粒包裹在珠粒中，而非裸露在串珠納米纖維表面。串珠纖維的體外累積釋藥速率明顯低于光滑納米纖維。大直徑的微珠具有更好的緩釋效果。研究表明，具有可控形態的串珠纖維在體外藥物緩釋系統中表現出良好的應用前景。