楊為森，吳敬林，王慶銘

（1.武夷學(xué)院 生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建 武夷山 354300；2.閩北竹產(chǎn)業(yè)公共技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)平臺，福建 武夷山 354300）

近年來，高分子藥物控制緩釋在醫(yī)學(xué)、生物、農(nóng)業(yè)和環(huán)保領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。將高分子材料作為藥物的載體，使藥物和載體一起進(jìn)入生物體內(nèi)，藥物在一定時間內(nèi)以一定的速度緩慢釋放，延長藥物在體內(nèi)的作用時間，從而起到提高藥效并降低副作用的效果[1]。聚乳酸(PLA)是一種生物相容性良好、可生物降解且安全無毒的高分子材料，作為組織工程材料被廣泛地應(yīng)用于修復(fù)材料、傷口敷料、傷口閉合（應(yīng)用縫合線、外科用品）以及控制釋放體系等醫(yī)學(xué)生物領(lǐng)域[2]。然而，PLA的高疏水性導(dǎo)致細(xì)胞黏附困難使得它的實(shí)際應(yīng)用受限[1,3]。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一種水溶性聚合物，具有優(yōu)異吸濕性、溶解性、成膜性，良好的生物相容性和生物降解性，常用作成膜劑、藥物包衣、緩釋劑以及血漿增稠劑等[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)，將PLA與PVP共混，有助于改善PLA的疏水性[2,6-8]，提高PLA對細(xì)胞的黏附性。高壓靜電紡絲是一種簡單有效的制備連續(xù)納米纖維的技術(shù)，電紡納米纖維具有高比表面積和孔隙率的優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的藥物載體[9-10]，如電紡聚乳酸納米纖維及其復(fù)合物在藥物緩釋領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[11-12]。

以二氯甲烷/二甲基甲酰胺為溶劑，將PLA、PVP和阿司匹林混合，采用靜電紡絲技術(shù)制備了阿司匹林/PLA/PVP復(fù)合納米纖維膜，研究了復(fù)合納米纖維膜的藥物釋放性能，拓寬了單一的PLA、PVP與阿司匹林在醫(yī)學(xué)生物等方面的應(yīng)用，為制備具有藥物緩釋功能的復(fù)合納米材料提供了一種理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑以及儀器

聚乙烯吡咯烷酮(PVP，相對分子質(zhì)量130萬)、聚乳酸(PLA，相對分子質(zhì)量25萬)，阿拉丁試劑有限公司；二氯甲烷(DCM，AR)、二甲基甲酰胺(DMF，AR)、氫氧化鈉(AR)、磷酸二氫鉀(AR)、乙酰水楊酸(AR)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；去離子水，實(shí)驗(yàn)自制。

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(DF-101S型)，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；注射泵(LSP04-1A型)，保定蘭格恒流泵有限公司；高壓電源(DW-P503-4ACCD)，天津東文高壓電源有限公司；紫外可見分光光度計(UV-1100型)，上海美譜達(dá)儀器有限公司；實(shí)驗(yàn)室pH計(PHSJ-3)，雷磁儀器廠；傅里葉變換紅外光譜儀(AVATAR 330型)，美國Nicolet公司；掃描電子顯微鏡(Vega 3)，捷克TESCAN有限公司。

1.2 載藥PLA/PVP復(fù)合納米纖維膜的制備

將一定量的PLA和PVP分別加入到二氯甲烷(DCM)/二甲基甲酰胺(DMF)(體積比為2∶1)的混合溶劑中，在30℃下攪拌8 h，制得質(zhì)量比為1∶1的PLA/PVP混合溶液。稱取一定量的阿司匹林加入到上述PLA/PVP混合溶液中，室溫攪拌6 h，使之完全混合，制得阿司匹林的占總?cè)苜|(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為9%、11%、13%的載藥PLA/PVP的紡絲液。將上述紡絲液裝入體積為5 mL的注射器中，置于120 kV/m的電場下進(jìn)行紡絲，將載藥復(fù)合納米纖維無規(guī)地收集在錫箔紙上，形成納米纖維膜，取下，60℃真空干燥12 h，除去溶劑，置于干燥器中備用。

1.3 藥物體外釋放實(shí)驗(yàn)

1.3.1 磷酸鹽緩沖溶液(PBS)的配制

取適量的氫氧化鈉(NaOH)和磷酸二氫鉀(KH2PO4)，用去離子水溶解，分別配制成濃度分別為0.1 mol/L的NaOH溶液和0.2 mol/L的KH2PO4溶液，將兩者混合至pH值為7.4的PBS緩沖溶液。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線的繪制

分別配制質(zhì)量濃度為10、15、20、25、30和35 mg/L的阿司匹林標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用紫外-可見光分光光度計在阿司匹林的最大吸收波長275 nm處分別測定各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度。以阿司匹林標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線（如圖1）。

圖1 阿司匹林的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線Fig.1 Standard operating curve of aspirin

1.3.3 載藥復(fù)合納米纖維膜的體外釋放實(shí)驗(yàn)

取0.2 g干燥的載藥的PLA/PVP復(fù)合納米纖維膜，將其置于裝有20 mL PBS緩沖溶液的錐形瓶中，密封，于37℃恒溫振蕩箱中振蕩，每隔一段時間取出1 mL溶液，并再加入相同體積的PBS緩沖溶液，保持體積恒定。用紫外-可見光分光光度計測定吸光度，由阿司匹林的工作曲線計算藥物濃度和釋藥量，然后計算累計的釋放百分率。

1.4 樣品表征方法

用傅里葉變換紅外光譜儀對司匹林/PLA/PVP復(fù)合納米纖維膜的組分進(jìn)行分析。采用掃描電鏡觀察PLA/PVP和阿司匹林/PLA/PVP復(fù)合納米纖維材料的形貌并測量其直徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 阿司匹林含量對載藥PLA/PVP復(fù)合納米纖維結(jié)構(gòu)的影響

圖2是阿司匹林和阿司匹林質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、9%、11%、13%的阿司匹林/PLA/PVP復(fù)合納米纖維膜的紅外光譜圖。阿司匹林是乙酰水楊酸的俗稱，其分子結(jié)構(gòu)上具有3種特征官能團(tuán)，即苯環(huán)、羧基、酯基。其中羧基既是強(qiáng)的受電子體又是強(qiáng)的供電子體，致使阿司匹林分子間存在極強(qiáng)的氫鍵作用，使得其無論在固態(tài)還是液態(tài)基本都是以環(huán)狀二締合體形式存在，1 695～1 725 cm-1之間的吸收峰和920 cm-1附近的中等強(qiáng)度的吸收峰是二締合體羧酸中羰基和—OH面外彎曲振的特征吸收峰，單體無此譜帶。圖2(a)中阿司匹林的紅外光譜圖中具有二締合體的特征譜帶，可見阿司匹林是以二締合體的形式存在而并非是單體形式。由圖2(b)可知，在PLA/PVP的紅外光譜中，3 400～3500cm-1為中—OH伸縮振動，2994和2 945cm-1歸屬于—CH的不對稱與對稱伸縮振動。1 755、1 182 cm-1分別為PLA中—C＝O伸縮、C—O非對稱伸縮振動，而1 652、1 290 cm-1歸屬于PVP中—C＝O和C—N的伸縮振動。不同載藥量的PLA/PVP復(fù)合納米纖維膜的紅外譜圖上均出現(xiàn)了PLA和PVP的特征吸收峰[圖2(c～e)]，藥物與PLA/PVP以物理共混的形式結(jié)合。然而，隨著阿司匹林含量的增加，1 752 cm-1附近酯基上的羰基特征吸收峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，1 652 cm-1處酰胺鍵上—C＝O特征吸收峰強(qiáng)度逐漸減弱，可能是阿司匹林、PLA和PVP三者之間產(chǎn)生了氫鍵所致。

圖2 阿司匹林和不同阿司匹林含量的阿司匹林/PLA/PVP復(fù)合材料的紅外光譜圖Fig.2 FT-IR Spectra of aspirin and aspirin/PLA/PVP composites with different aspirin contents

2.2 阿司匹林含量對阿司匹林/PLA/PVP復(fù)合納米纖維形貌的影響

圖3為PLA/PVP和載藥量不同的PLA/PVP復(fù)合納米纖維的SEM圖。由圖可知，PLA/PVP復(fù)合納米纖維表面光滑，平均直徑為（735±55）nm。不同載藥量的PLA/PVP復(fù)合納米纖維表面仍光滑且連續(xù)，無明顯塊狀或結(jié)晶狀物質(zhì)析出，說明阿司匹林均勻分散在復(fù)合納米纖維中。載藥量為9%、11%、13%的復(fù)合納米纖維的平均直徑分別為（613±90）、（578±90）和（500±100）nm?？梢?，載藥PLA/PVP復(fù)合納米纖維的直徑隨著阿司匹林的增加而逐漸減小，且均小于PLA/PVP復(fù)合納米纖維。原因可能是阿司匹林的加入，提高了紡絲原液的導(dǎo)電率[13]，原液射流載有更多的電荷，在電場中受到的牽伸力更大，導(dǎo)致纖維直徑變細(xì)。阿司匹林量加入過多時，射流中電荷太多且分布不均勻易導(dǎo)致分支，使納米纖維的直徑變得不均勻，分布范圍更寬。

圖3 阿司匹林含量不同的PLA/PVP復(fù)合納米纖維的SEM圖Fig.3 SEM images of PLA/PVP composite nanofibers with different content of aspirin

2.3 阿司匹林緩釋對阿司匹林/PLA/PVP復(fù)合納米纖維形貌的影響

通過SEM觀察阿司匹林釋放不同時期復(fù)合納米纖維形貌的變化情況，如圖4所示，纖維的直徑列于表1中。由圖4和表1可知，藥物釋放1 h時纖維因吸水發(fā)生溶脹，直徑變大。隨著藥物釋放的時間延長，復(fù)合納米纖維直徑逐漸減小且變得粗細(xì)不勻，纖維表面開始出現(xiàn)塊狀物質(zhì)并且出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。藥物釋放14 h時纖維直徑明顯變細(xì)，同一根纖維粗細(xì)嚴(yán)重不均勻，并在纖維表面逐漸產(chǎn)生孔洞，這可能是阿司匹林溶出和PVP在PBS溶液中有少量溶解所導(dǎo)致的。

圖4 阿司匹林不同釋放時刻時復(fù)合納米纖維的SEM圖Fig.4 SEM images of asprin nanofibers at different release time

表1 不同釋放時間復(fù)合納米纖維的直徑Tab.1 Diameter of composite nanofibers with different release times

2.4 體外釋放性能的研究

圖5是阿司匹林質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為9%、11%和13%的阿司匹林/PLA/PVP復(fù)合納米纖維累計釋藥百分率曲線。由圖可知，藥物的釋放速率隨著阿司匹林質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加，藥物的累計釋放百分率也逐漸增加，這是因?yàn)檩d藥PLA/PVP復(fù)合納米纖維的直徑隨著阿司匹林含量的增加而減小，比表面積逐漸增大，纖維表面的載藥量也逐漸增大，載藥復(fù)合納米纖維與PBS緩沖溶液的接觸面積越大，且藥物擴(kuò)散濃度越大，在相同的時間內(nèi)藥物就更加容易分散到釋放介質(zhì)中，因而釋藥速率依次增加[1,14]。三種載藥纖維膜在釋放14 h后，阿司匹林的累計百分率在50%～60%之間，前期的藥物釋放速率相對較快，14 h之后釋放速率較慢，基本達(dá)到了恒速釋放。這是由于纖維表層的阿司匹林釋放完全之后，剩余的阿司匹林只能從復(fù)合納米纖維內(nèi)部向表面擴(kuò)散再釋放，從而導(dǎo)致后期釋放速率減小[15]。30 h內(nèi)載藥復(fù)合納米纖維的累計釋藥量均在70%以上。

圖5 載藥量不同的阿司匹林/PLA/PVP復(fù)合納米纖維的釋放曲線Fig.5 Release curves of aspirin/PLA/PVP composite nanofibers with different drug loading

3 討論與結(jié)論

采用納米技術(shù)有助于以物理方式改善藥物的物理存在狀態(tài)或減少藥物顆粒的直徑，形成孔隙率高和韌性好復(fù)合納米材料[19]。以高親水性的聚乙烯醇、CS/PVA、膠原蛋白等[20-23]復(fù)合納米纖維為載藥體系，需經(jīng)過化學(xué)交聯(lián)或光交聯(lián)以避免因溶液對藥物載體的溶蝕而產(chǎn)生藥物突釋現(xiàn)象，工藝相對復(fù)雜，且化學(xué)交聯(lián)劑可能在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來副作用。疏水性PLA是一種良好的藥物載體，目前改善PLA親水性的方法主要有化學(xué)改性[24-25]和物理共混[26]的兩種方法。其中，物理共混的具有操作簡單的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。PVP是一種水溶性的藥用聚合物輔料，通常單獨(dú)以PVP作為藥物載體，可以改善藥物的溶解性能且藥物具有速溶的特點(diǎn)[19]。將PVP與PLA以物理共混的方式制備的復(fù)合納米纖維為藥物載體，不僅可以改善疏水材料PLA的親水性，還可以實(shí)現(xiàn)對藥物的緩釋[26]。

采用靜電紡絲技術(shù)制備的阿司匹林含量為9%、11%和13%的阿司匹林/PLA/PVP復(fù)合納米材料對阿司匹林的釋放時間都超過了30 h，且藥物釋放速率隨著復(fù)合材料中含藥量增加而提高。這種電紡納米纖維載藥體系可以控制藥物緩慢釋放。