臧惠迪，程曉杰，李 陽(yáng)，李 敬，陳西廣

（中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院，山東青島266003）

殼聚糖／α，β－甘油磷酸凝膠微球的制備及性質(zhì)研究＊

臧惠迪，程曉杰，李 陽(yáng)，李 敬，陳西廣＊＊

（中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院，山東青島266003）

以液體石蠟為油相，以殼聚糖／α，β－甘油磷酸凝膠溶液為水相，用乳化法制備了殼聚糖／α，β－甘油磷酸凝膠微球，并對(duì)微球形態(tài)、粒徑分布、溶脹性、蛋白吸附率、溶血率、體外降解率進(jìn)行了分析。光學(xué)顯微鏡下顯示，微球形態(tài)圓整，粒徑主要分布在100～400μm；掃描電鏡顯示，微球內(nèi)部為三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，骨架清晰；p H＝7.4的PBS緩沖液中干凝膠微球的溶脹率為218.08%，普通殼聚糖微球?yàn)?0.98%；1和24 h測(cè)得凝膠微球的蛋白吸附量分別為13.21和15.68μg／g，普通殼聚糖微球分別為3.71×103和4.83×103μg／g；微球的溶血率小于5%，血液相容性良好；體外降解實(shí)驗(yàn)顯示，殼聚糖的脫乙酰度、黏度以及溶菌酶濃度對(duì)殼聚糖／α，β－甘油磷酸凝膠微球的降解性質(zhì)產(chǎn)生影響。

殼聚糖；α，β－甘油磷酸；凝膠微球；理化性質(zhì)

選用合理的栓塞劑對(duì)血管介入栓塞治療至關(guān)重要。栓塞劑按物理性狀劃分，可分為顆粒狀栓塞劑、液態(tài)栓塞劑、大型栓塞劑、磁性栓塞劑及放射性栓塞劑［1］。顆粒狀栓塞劑（包括微球和微囊），具有成球材料多、栓塞效果好［2］、對(duì)特定組織器官靶向性高［3］、可與化療藥物結(jié)合、可緩釋藥物等優(yōu)點(diǎn)［4］，因而受到越來(lái)越多的重視。按照載體材料不同，可將顆粒栓塞劑分為可生物降解和不可生物降解2種［5］。不可生物降解類微球（粒）以聚乙烯醇為代表，適用于永久性栓塞治療?？缮锝到忸愇⑶颍＃┚哂芯忈尰熕幬铮植克幬餄饧?，減輕身體不良反應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，適用于多次反復(fù)栓塞治療［6－7］。

殼聚糖（Chitosan，CS）具有良好的生物相容性、可降解性、低毒性及低抗原性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域［8］。國(guó)內(nèi)研究者將抗癌藥順鉑包裹于殼聚糖微球內(nèi)，制備出了順鉑殼聚糖微球，已成功應(yīng)用于肝動(dòng)脈栓塞的臨床治療［9－10］。環(huán)境敏感型水凝膠具有生物相容性好、可生物降解、親水性強(qiáng)［11］、膨脹系數(shù)大等特點(diǎn)，在組織工程和藥物緩釋領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景［12］。本實(shí)驗(yàn)室已成功制備和研究了殼聚糖微球（Chitosan Microspheres，CMs）和殼聚糖／α，β－甘油磷酸水凝膠，本研究在此基礎(chǔ)上，采用乳化法制備了殼聚糖／α，β－甘油磷酸凝膠微球（Chitosan／α，β－Glycerophosphate Hydrogel Microspheres，CS／α，β－GP HMs），并對(duì)微球的理化性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試，以期為用于栓塞治療的凝膠微球選材、制備等基礎(chǔ)研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

殼聚糖，購(gòu)于金湖甲殼制品有限公司，黏度和脫乙酰度分別為130cps、69.5%，130cps、84%，130cps、93.7%，200cps、95.8%和400cps、92.5%；α，β－甘油磷酸，購(gòu)于山西運(yùn)城風(fēng)陵渡開(kāi)元藥化有限公司；牛血清白蛋白（BSA）、考馬斯亮藍(lán)，購(gòu)于美國(guó)Sigma公司；溶菌酶購(gòu)于日本Boyun Biotech公司；其他化學(xué)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 方法

1.2.1 CS／α，β－GP HMs的制備 采用乳化法制備CS／α，β－GP HMs。準(zhǔn)確稱取一定量殼聚糖，溶于90 mL濃度為0.1mol／L的醋酸溶液中，冰浴中攪拌。用針管滴加入10 m L濃度為50%α，β－甘油磷酸，攪拌均勻，然后倒入600 m L液體石蠟中，加入適量司班、吐溫，調(diào)轉(zhuǎn)速至900 r／min攪拌，水浴鍋加熱升溫至溫敏凝膠成膠溫度之上。待液態(tài)乳滴變成凝膠微球后，攪拌并降溫至10℃以下，靜置沉降。收集微球，用溫?zé)嵋掖枷礈煳⑶?，干燥，保存?/p>

1.2.2 CS／α，β－GP HMs形態(tài)及粒度分布 采用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察微球形態(tài)，掃描電鏡觀察微球表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，顯微計(jì)數(shù)法測(cè)定微球粒徑及分布。每次測(cè)定樣品不少于800個(gè)，重復(fù)3次。微球的平均粒徑計(jì)算公式為：。其中：為微球的平均粒徑；ni為微球的數(shù)量；Di為微球直徑。

1.2.3 CS／α，β－GP HMs的溶脹性測(cè)定 參照文獻(xiàn)［6］制備殼聚糖微球。分別稱取50 mg的干燥CMs和CS／α，β－GP HMs，放入10 mL離心管中，加入足量p H＝7.4的PBS緩沖液，開(kāi)始計(jì)時(shí)，分別間隔5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90、120、180 min，將離心管中的緩沖液倒出，用蒸餾水沖洗2次，吸干微球表面水分，稱重，根據(jù)微球的凈增重計(jì)算微球的溶脹率。每種微球設(shè)3組平行樣，重復(fù)3次。計(jì)算公式為S w＝（W s－Wd）／Wd×100%，S w為溶脹率，Wd為初始質(zhì)量（mg），W s為溶脹后質(zhì)量（mg）。

1.2.4 CS／α，β－GP HMs的蛋白吸附測(cè)定 采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定微球吸附蛋白的含量。準(zhǔn)確稱取CMs和CS／α，β－GP HMs各20 mg，加入1 m L生理鹽水充分溶脹后，與1 m L BSA標(biāo)準(zhǔn)液（100μg／m L）混合，分別于37℃溫浴1、3、6、9、12、15和24 h。對(duì)照組以生理鹽水取代BSA溶液。4 000 r／min離心分離棄上清，用生理鹽水洗滌沉淀2次，以除去未與微球表面結(jié)合的蛋白。加入1m L含1%SDS的生理鹽水溶液超聲解吸在微球表面的蛋白。離心，取1 m L上清液，加入5 m L考馬斯亮藍(lán)G－250，混勻、靜置5 min，分光光度法測(cè)定在波長(zhǎng)595 nm處吸光度值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，計(jì)算材料對(duì)BSA的蛋白吸附量。

1.2.5 CS／α，β－GP HMs血液相容性檢測(cè) 通過(guò)紅細(xì)胞溶血實(shí)驗(yàn)檢測(cè)材料的血液相容性。取新鮮人體血液4 m L迅速注入含有0.2 m L肝素抗凝劑的試管中，充分混合，制備抗凝血液，加入5 m L生理鹽水稀釋備用。實(shí)驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)組，陽(yáng)性對(duì)照（Positive control，pc）組，陰性對(duì)照（Negative control，nc）組，各設(shè)3個(gè)平行樣，其中陽(yáng)性對(duì)照用蒸餾水，陰性對(duì)照用0.9%的生理鹽水。CMs／α，β－GP的干燥樣品為實(shí)驗(yàn)材料。準(zhǔn)確稱取實(shí)驗(yàn)材料30 mg，用蒸餾水沖洗多次，去掉微球表面可能殘有的雜質(zhì)，將微球浸泡在3 m L生理鹽水中37℃恒溫水浴1 h后制成測(cè)試懸液。向每個(gè)樣品中加入預(yù)熱的抗凝血0.06 mL，輕輕混勻，37℃條件下恒溫保存1 h。4 000 r／min離心測(cè)試懸液10 min以除去完整的紅細(xì)胞、紅細(xì)胞碎片以及樣品等固形物。用分光光度法在545 nm處測(cè)定上清液的吸光值。樣品的溶血率（Hemolysis rate，HR（%））計(jì)算公式：HR（%）＝，其中，HR（%）為溶血率，為樣品組的吸光度值，Dnc為陰性對(duì)照組吸光度值，Dpc為陽(yáng)性對(duì)照組吸光度值。

1.2.6 CS／α，β－GP HMs的體外降解實(shí)驗(yàn) 準(zhǔn)確稱取CMs／α，β－GP HMs 50mg，在p H＝7.4的PBS中充分溶脹，分離微球，放入10 m L的試管中，帶試管稱重，初始重量記為M0。向試管中加入一定濃度的溶菌酶溶液10 m L，37℃水浴中恒溫振蕩。為保持酶活性，每天更換50%的溶菌酶溶液，分別于第1、2、3、4周后取出，倒掉試管內(nèi)溶液，用蒸餾水沖洗微球，低溫烘干，再次帶試管稱重，所得重量記為Mt。用公式DR（%）＝（M0－Mt）／M0×100%，計(jì)算微球的降解率，每組樣品設(shè)3個(gè)平行樣，重復(fù)3次。

1.2.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示（珡X±SD），采用EXCEl軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。組間差異采用單因素方差分析，以P＜0.05為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與討論

2.1 CS／α，β－GP HMs形態(tài)學(xué)觀察

光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡下觀察，CS／α，β－GP HMs形態(tài)圓整，分散性良好（見(jiàn)圖1）；掃描電鏡觀察顯示，其表面有一層較為致密的膜，偶有破損（見(jiàn)圖2A）；內(nèi)部為多孔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，骨架清晰，孔徑為10μm左右（見(jiàn)圖2B）。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，CS／α，β－GP HMs的平均粒徑為（333.58±1.05）μm，粒徑分布在100～400μm的微球占總數(shù)的87.66%，可根據(jù)需要進(jìn)行分篩，滿足不同規(guī)格栓塞材料的粒徑要求。

我國(guó)西部地區(qū)政府審計(jì)揭示效率實(shí)證分析——基于DEA和Malmquist指數(shù)模型的研究賀寶成 王家偉20-69

2.2 CS／α，β－GP HMs的溶脹性

CMs的溶脹率（見(jiàn)圖3）在25 min達(dá)到溶脹最大值70.98%，并逐漸實(shí)現(xiàn)溶脹平衡；CS／α，β－GP HMs的溶脹率在35min達(dá)到最大值218.08%，約為CMs的3倍。CS／α，β－GP HMs在溶脹的前15min有一個(gè)快速吸水增重的過(guò)程，吸水量遠(yuǎn)大于CMs，這是因?yàn)镃S／α，β－GP HMs具有三維空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，親水性更強(qiáng)，能夠吸引更多水分子進(jìn)入到微球內(nèi)部［13］。溶脹率的提高有助于微球更好的在血管內(nèi)進(jìn)行栓塞，增強(qiáng)栓塞效果。

圖3 CMs與CS／α，β－GP HMs的溶脹率Fig.3 The swelling ratio of CS／α，β－GP HMs

2.3 CS／α，β－GP HMs的蛋白吸附作用

如圖4所示，2種微球?qū)Φ鞍椎奈蕉冀?jīng)歷了一個(gè)升高、降低、再上升高至平穩(wěn)的過(guò)程，其原因可能是在吸附初期，微球?qū)Φ鞍淄瑫r(shí)進(jìn)行著物理吸附和化學(xué)吸附，吸附量逐漸增大，由于一些蛋白與微球結(jié)合的不牢固，在震蕩的過(guò)程中出現(xiàn)了解吸附，因此吸附量出現(xiàn)了暫時(shí)的下降，而后化學(xué)吸附在蛋白吸附的過(guò)程中起主要作用，2種微球?qū)Φ鞍椎奈搅恐饾u增加直至平穩(wěn)。

1和24h測(cè)得CS／α，β－GP HMs的蛋白吸附量分別為13.21和15.68μg／g，遠(yuǎn)低于CMs的3.71×103和4.83×103μg／g。

圖4 CS／α，β－GP H Ms和CMs的蛋白吸附作用Fig.4 Adsorption of BSA on CS／α，β－GP HMs and CMs

微球?qū)Φ鞍椎奈竭^(guò)程中主要有3種作用發(fā)生，即疏水作用、靜電作用和氫鍵相互作用［14］。殼聚糖本身的氨基使其帶正電，此時(shí)靜電吸引對(duì)蛋白吸附性能起主要作用，而α，β－GP的加入，一方面，使得磷酸根在氨基的周?chē)a(chǎn)生了空間位阻，降低了游離氨基與蛋白中陰離子結(jié)合的幾率，另一方面使得殼聚糖中的一部分游離氨基與磷酸根通過(guò)靜電吸引相結(jié)合，從而大大減少了殼聚糖中與蛋白中陰離子結(jié)合的氨基數(shù)量，使得微球?qū)Φ鞍椎奈搅看蟠蠼档汀?/p>

2.4 CS／α，β－GP HMs的血液相容性

圖5為黏度為130cps、脫乙酰度（Degree of Deacetylation，DD）分別為69.5%、84%、93.7%的殼聚糖制成的CS／α，β－GP HMs的血液相容性結(jié)果。3h和6h測(cè)得的3種樣品的溶血率均小于5%，脫乙酰程度越高，溶血率越高，這可能是因?yàn)殡S著CS的脫乙酰度提高，CS／α，β－GP HMs中能與紅細(xì)胞膜表面的陰離子結(jié)合的氨基陽(yáng)離子數(shù)量增多，導(dǎo)致溶血率增高［15］。

圖5不同脫乙酰度CS／α，β－GP HMs的血液相容性Fig.5 The hemolysis of CS／α，β－GP HMs with different DD

圖6為用脫乙酰度為（94±2）%，黏度分別為130，200和400cps的殼聚糖制成的CS／α，β－GP HMs的血液相容性結(jié)果。6h測(cè)得的溶血率分別為3.17%、3.84%和4.32%，殼聚糖的黏度越大，CS／α，β－GP HMs的溶血率越高。

圖6 不同黏度CS／α，β－GP HMs的血液相容性Fig.6 The hemolysis of CS／α，β－GP HMs with different dynamic viscosity

血液中微球濃度為1 mg／3 m L和10 mg／3 m L樣品的6 h溶血率分別為1.93%和2.81%，溶血率均小于5%，溶血率隨著CS／α，β－GP HMs用量的增加而升高（見(jiàn)圖7）。

不同材料制得的CS／α，β－GP HMs溶血率測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，制得的材料均是安全的，符合醫(yī)用材料對(duì)于血液相容性的要求。

圖7 不同濃度下CS／α，β－GP HMs的血液相容性Fig.7 The hemolysis of CS／α，β－GP HMs with different concerntrations

2.5 CS／α，β－GP HMs的體外降解性

殼聚糖的分子鏈上隨機(jī)排列著2種殘基，即，N－乙酰氨基葡萄糖和氨基葡萄糖，溶菌酶的活性部位對(duì)這2種殘基有識(shí)別作用［16］，能夠進(jìn)行水解。因此N－乙酰氨基葡萄糖基團(tuán)和氨基葡萄糖基團(tuán)的數(shù)量和分布能夠顯著影響溶菌酶對(duì)CS／α，β－GP HMs的降解速度和程度［17］。Are研究發(fā)現(xiàn)N－乙酰氨基葡萄糖在酶解中起重要作用，而單一的氨基葡萄糖的存在不會(huì)引發(fā)酶解反應(yīng)，因此，脫乙酰程度過(guò)低和過(guò)高都不利于酶降解的進(jìn)行［18－19］。

圖8為由黏度為130cps、脫乙酰度分別為69.5%、84%、93.7%的殼聚糖制得的CS／α，β－GP HMs的體外降解情況。脫乙酰度為69.5%、84%和93.7%的微球4周累計(jì)降解率分別為76%、59.67%和48.33%。其中脫乙酰度為69.5%的樣品降解速率最快，脫乙酰度為93.7%樣品降解率最慢。張立彥等對(duì)脫乙酰度從54.12%～89.12%的殼聚糖樣品的酶降解性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脫乙酰度在70%左右的樣品具有最好的酶降解性［17］，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

圖8 不同脫乙酰度CS／α，β－GP HMs的體外降解Fig.8 Degradation of CS／α，β－GP HMs with different DD

圖9為用脫乙酰度為（94±2）%，黏度分別為130、200和400cps的殼聚糖制得的CS／α，β－GP HMs的酶解情況，樣品的4周累計(jì)降解率分別為48.33%、32%和13.67%，相同條件下，黏度越大，降解速度越慢，降解率越低。這可能是因?yàn)闅ぞ厶丘ざ仍酱?，分子量越大，分子交?lián)密度越大，殼聚糖中含有的氨基越多，分子間的氫鍵作用力越強(qiáng)，且結(jié)合的越牢固，難以被破壞，同時(shí)分子運(yùn)動(dòng)受到更大的阻力，增加了已被降解的小分子碎片游離出來(lái)的難度。

圖10為不同濃度溶菌酶溶液中CS／α，β－GP HMs的酶降解情況。降解第1周，2組微球的降解率無(wú)明顯差別，第2周開(kāi)始，50μg／m L的溶菌酶作用下的微球的降解速率明顯增大，至第4周時(shí)仍表現(xiàn)出較強(qiáng)的降解趨勢(shì)。10μg／m L的溶菌酶作用下的微球在第3周降解率達(dá)到40.69%，以后降解率開(kāi)始下降，第4周降解率僅增加了2.03%，說(shuō)明酶活性開(kāi)始下降。第1周內(nèi)2種試驗(yàn)組的降解率差別微小，可能是因?yàn)樵谥苽溥^(guò)程中，微球的表面形成了一層較內(nèi)部結(jié)構(gòu)相比更為致密和結(jié)實(shí)的保護(hù)膜，增加了降解的難度和時(shí)間，使得2組微球的降解率相似；從第2周開(kāi)始，高濃度溶菌酶的試驗(yàn)組顯示了更強(qiáng)的酶活力，降解速率顯著大于低濃度溶菌酶試驗(yàn)組，這是因?yàn)殡S著CS／α，β－GP HMs表層的致密結(jié)構(gòu)被水解和破壞，溶菌酶的有效分子能夠更多的進(jìn)入到結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松的微球內(nèi)部，更有效的與殼聚糖的N－乙酰氨基葡萄糖和氨基葡萄糖作用進(jìn)行水解反應(yīng)。此時(shí)，降解速率與酶的濃度成正比。第4周時(shí)，溶菌酶濃度為10μg／m L的試驗(yàn)組的降解率明顯下降，這也許是因?yàn)樵谇?周酶對(duì)殼聚糖的降解中，生成了大量的還原性產(chǎn)物，并生成了部分小分子物質(zhì)，隨著產(chǎn)物的積累和底物的減少，以及酶部分失活，導(dǎo)致反應(yīng)速率降低。

殼聚糖的脫乙酰度、黏度以及溶菌酶濃度對(duì)CS／α，β－GP HMs的體外降解產(chǎn)生較大影響。相同條件下，脫乙酰度為70%左右的殼聚糖CS／α，β－GP HMs具有最高的降解率，脫乙酰度過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)降低CS／α，β－GP HMs的降解速率；殼聚糖黏度越大，所制得的CS／α，β－GP HMs的降解速率越慢；提高酶濃度能夠增大殼聚糖CS／α，β－GP HMs的降解速率。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究成功制備了殼聚糖／α，β－甘油磷酸凝膠微球，微球的形態(tài)圓整，分散性良好，粒徑主要分布在100～400μm，具有良好的溶脹性能，蛋白吸附率低，血液相容性佳，能在溶菌酶溶液中降解。殼聚糖的黏度和脫乙酰度影響微球的性質(zhì)。該微球的理化性質(zhì)符合栓塞材料的初步要求，通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，有望成為一種新型的生物材料。

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Preparation and Physiochemical Characterization of Chitosan／α，β－Glycerophosphate Hydrogel Microspheres

ZANG Hui－Di，CHENG Xiao－Jie，LI Yang，LI Jing，CHEN Xi－Guang
（College of Marine Life Science，Ocean University of China，Qingdao 266003，China）

A new kind of hydrogel microspheres（CS／α，β－GP HMs））was prepared by emulsion method.Liquid paraffin and chitosan／α，β－glycerophosphate gel solution were used as oil phase and aqueous phase respectively.The morphology of CS／α，β－GP HMs were round with smooth surface.The scanning electron microscopy（SEM）photographs showed that CS／α，β－GP HMs were coated with a layer of comparative dense membrane，and their internal part presented a clearly three－dimensional－network structure.The size of the particles was mainly distributed in the 100～400 m；the swelling rate was 218.08%after the microspheres were soaked in the PBS buffer fluid with the p H7.4，while the swelling rate of chitosan microspheres（CMs）was 70.98%；the amount of protein adsorbed by CS／α，β－GP HMs for 1h and 24h was 13.21μg／g and 15.68μg／g，respectively，while the CMs was 3.71×103μg／g and 4.83×103μg／g；each kind of CS／α，β－GP HMs，prepared with different materials，showed a good blood compatibility，that the hemolysis rate was less than 5%.The deacetylation degree，the molecular weight of chitosan and lysozyme solution concentration influenced the vitro degradation rate of CS／α，β－GP HMs.

chitosan；α，β－glycerophosphate；hydrogel microspheres；characterization

R318.08

A

1672－5174（2012）09－035－06

青島市市南區(qū)科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2009－2－15－HY）資助

2011－03－31；

2012－05－03

臧惠迪（1985－），女，碩士，研究方向：海洋生物材料

＊＊通訊作者：E－mail：xgchen＠ouc.edu.cn

責(zé)任編輯 朱寶象