趙月琪，李政隆，桂源，何小娜，魏家仁，李煒，桑志培，賈小平，趙旭峰，張葉臻*，程新峰*

科學(xué)研究

pH響應(yīng)性聚氨酯膠束載體的設(shè)計合成

趙月琪1，李政隆1，桂源1，何小娜1，魏家仁1，李煒1，桑志培1，賈小平2，趙旭峰2，張葉臻1*，程新峰1*

（1. 南陽師范學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南 南陽 473061； 2. 南陽金牛彩印集團有限公司，河南 南陽 473000）

采用一鍋縮聚反應(yīng)法，合成出以N-甲基二乙醇胺與異佛爾酮二異氰酸酯預(yù)聚物作為疏水PU段、以聚乙二醇單甲醚作為親水性鏈段的pH響應(yīng)性嵌段聚氨酯MPEG-PUM-MPEG。然后采用“沉淀/溶劑蒸發(fā)法”制備兩親性聚合物納米載藥膠束，通過激光粒度儀和透射電鏡研究了該納米膠束在不同pH條件下的粒徑分布和微觀形貌變化，進而探究了該納米膠束載體的體外藥物釋放行為。

pH響應(yīng)性；聚氨酯；膠束；載體

近年來，環(huán)境響應(yīng)性聚合物納米膠束控釋載體在藥物輸送領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景[1]。由親疏水鏈段自組裝成的聚合物膠束結(jié)構(gòu)非常適合用于藥物輸送，疏水的核可以包載化療藥物，提高載藥量，而親水的殼為其提供保護[2]。在早期研究中，人們合成的聚合物載體材料大多不具備環(huán)境響應(yīng)性，無法滿足實際應(yīng)用需求。鑒于人體病變部位復(fù)雜的內(nèi)部環(huán)境特征，具有環(huán)境響應(yīng)控釋性能的聚合物載體材料受到國內(nèi)外研究者的青睞[3,4]。在各種刺激性中，用于抗腫瘤藥物輸送的pH響應(yīng)性納米粒子已被廣泛的設(shè)計和研究[5,6]。人體正常組織部位pH一般為中性，而炎癥部位微環(huán)境大多偏弱酸性。因而，利用pH響應(yīng)性膠束來包載抗腫瘤藥物以解決膠束準(zhǔn)確到達(dá)病變部位并且靶向釋放藥物的難題[7,8]。

為了更加精確地調(diào)節(jié)藥物釋放性能和進一步提高藥效，本研究設(shè)計了一種基于酸敏叔胺基團的新型pH響應(yīng)性聚合物納米膠束控釋載體，并研究了該納米膠束在酸性pH刺激下的粒徑、微觀形貌變化及其藥物控釋行為。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑

聚乙二醇單甲醚（MPEG，98%，Mw~2 000），二月桂酸二丁基錫（DBTDL，98%），吲哚美辛（IND，99%）購于上海阿拉丁試劑公司；N-甲基二乙醇胺（MDEA，98%）購于上海安耐吉試劑公司；異氟爾酮二異氰酸酯（IPDI，98%）購于煙臺萬華化學(xué)；石油醚，四氫呋喃（THF）等溶劑（均為分析純）購于天津科密歐。MDEA和MPEG使用前在110 ℃下真空干燥12 h。四氫呋喃溶劑采用4?分子篩干燥處理。

1.2 實驗步驟

1.2.1 兩親性聚氨酯的合成

將MDEA和IPDI（摩爾比MDEA∶IPDI=1∶1.1）溶解于THF溶劑中，加入催化量DBTDL，于50 ℃下磁力攪拌反應(yīng)3 h。之后加入稍過量MPEG于50 ℃下繼續(xù)攪拌反應(yīng)12 h。產(chǎn)物溶液采用石油醚沉淀，并真空干燥得到白色粉末狀聚合物產(chǎn)物。

1.2.2 聚氨酯納米膠束的制備

聚合物膠束通過“沉淀/溶劑蒸發(fā)法”得到：低速磁力攪拌下，將配制好的濃度為5%（wt）的聚氨酯/THF溶液逐滴加入去離子水中，并靜置2 h。隨后，通過旋蒸方法除去溶液中的THF溶劑，從而制備出聚氨酯膠束溶液。膠束的粒徑和形貌通過激光粒度儀和透射電鏡進行表征。

1.2.3 聚氨酯納米膠束的pH響應(yīng)行為研究

取5 mL上述制備好的聚氨酯膠束溶液，采用加入鹽酸的方法調(diào)節(jié)該膠束溶液的pH至5.0，通過激光粒度儀和透射電鏡記錄pH刺激響應(yīng)前后聚氨酯納米膠束的粒徑、分布及微觀形貌變化。

1.2.4 納米膠束的藥物釋放行為研究

載藥納米膠束的制備：將10 mg疏水性藥物IND與100 mg聚氨酯共同溶解于2 mL THF溶劑中，接著采用上述“沉淀/溶劑蒸發(fā)法”制備載藥納米膠束，最后過濾除去未包載的藥物分子，即得包載有吲哚美辛藥物的納米膠束溶液。

載藥納米膠束的體外藥物釋放行為：控制搖床溫度在37 ℃，取25 mL上述載藥膠束封裝于透析袋中，在以下2種不同釋放介質(zhì)中進行藥物釋放實驗：（1）PBS緩沖溶液，pH=7.4；（2）醋酸緩沖溶液，pH=5.0。采用紫外分光光度計（設(shè)定波長320 nm）實時測定藥物的釋放情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚氨酯MPEG-PUM-MPEG的結(jié)構(gòu)表征

圖1 聚氨酯MPEG-PUM-MPEG的核磁氫譜圖

采用核磁、紅外表征了聚氨酯的結(jié)構(gòu)。圖1核磁氫譜顯示了聚合物中各組分單元的特征峰歸屬情況。從紅外譜圖可以看出（圖2），1 718 cm-1和1 548 cm-1歸屬于氨基甲酸酯基的特征峰，1 465 cm-1和 1 115 cm-1為MPEG中亞甲基、C-O-C 的伸縮振動峰，1 047 cm-1為C-N鍵伸縮振動峰。

圖2 MPEG-PUM-MPEG的紅外譜圖

此外，利用凝膠滲透色譜（GPC）測得MPEG-PUM-MPEG的數(shù)均分子量Mn為9 570，分子量分布寬度PDI為1.15（如圖3）。

以上分析結(jié)果表明，含有叔胺結(jié)構(gòu)的兩親性嵌段聚氨酯MPEG-PUM-MPEG被成功合成。

圖3 MPEG-PUM-MPEG的GPC曲線圖

2.2 聚氨酯納米膠束的pH響應(yīng)行為研究

利用激光粒度儀和透射電鏡（TEM）測試膠束在不同pH條件下的粒徑分布和微觀形貌變化。

圖4 聚氨酯納米膠束在pH響應(yīng)前后的粒徑分布圖；插圖：膠束不同pH下的TEM圖

如圖4所示，當(dāng)pH從7.4下降到5.0時，納米膠束的平均粒徑從190 nm增加到210 nm，同時TEM圖也可看出酸性條件下顆粒明顯變大。這是由于聚氨酯中的pH響應(yīng)基團（叔胺）在酸性條件下將發(fā)生質(zhì)子化，造成顆粒內(nèi)部電荷排斥而變大。

2.3 聚氨酯納米膠束的體外藥物釋放行為研究

選擇吲哚美辛IND作為模型藥物，研究了聚合物膠束對IND的包裹能力和釋放性能。經(jīng)過紫外-可見分光光度計分析，聚氨酯膠束的載藥能力和載藥效率分別為21% 和72 %。

圖5 載IND納米膠束在不同pH環(huán)境下的藥物釋放曲線（溫度均為37 ℃）

接著，測試了載藥納米膠束的體外藥物釋放情況。如圖5所示，pH=7.4時，20 h后的IND釋放量不到16%。而在pH=5.0條件下，20 h后IND釋放量接近60%，其釋放量是正常生理環(huán)境下釋放量的4倍，表現(xiàn)出快速的藥物釋放行為。

2.4 聚氨酯納米膠束的刺激響應(yīng)機理及釋藥機制

首先，對于嵌段聚氨酯MPEG-PUM-MPEG而言，鑒于其鏈段的兩親特性，其能夠在水溶液中通過自組裝形成球形膠束結(jié)構(gòu)，其膠束疏水內(nèi)核可實現(xiàn)對疏水性模型藥物的包載，內(nèi)部藥物小分子可通過滲透作用緩慢釋放；其次，因聚合物主鏈上含有叔胺基團，在酸性pH下膠束中叔胺基團發(fā)生質(zhì)子化，膠束內(nèi)部因相同電荷排斥而溶脹變大，膠束因通透性增加而呈現(xiàn)出加速的藥物釋放行為。

3 結(jié) 論

本文通過一鍋縮聚法和沉淀/溶劑蒸發(fā)法制備得到新型含酸敏叔胺基團的聚氨酯納米膠束，分析結(jié)果表明，該球形膠束粒徑約為190 nm，可實現(xiàn)對疏水性藥物吲哚美辛的有效包載，其載藥能力和載藥效率分別為21% 和72 %。其在酸性條件（pH=6.0）下比在中性條件下（pH=7.4）表現(xiàn)出快速的藥物釋放行為，20 h的釋藥量達(dá)到60%，是正常中性環(huán)境下釋放量的4倍，表明該納米藥物載體的pH響應(yīng)控釋性能。

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Preparation and Characterization of pH-responsive Polyurethane Nano Drug Carrier

11111112211

（1. Nanyang Normal University, Henan Nanyang 473061, China; 2. Nanyang Jinniu Color Printing Group Co., Ltd., Henan Nanyang 473000, China）

A pH-responsive polyurethane nano drug carrier based on an amphiphilic block copolymer was designed and synthesized. Through the polycondensation reaction, prepolymer composed of IPDI and MDEA units was synthesized initially. Then the prepolymer was terminated by addition of excessive MPEGto give an amphiphilic block copolymer MPEG-PUM-MPEG. MPEG-PUM-MPEG based nano-micelles were prepared by precipitation/solvent vaporization process. DLS and TEM measurements were used to test the particle size distribution and micro morphology. In addition, their pH-responsive behavior and the drug release behavior of polyurethane nano-micelles under different pH conditions were also investigated in detail.

pH responsiveness; polyurethane; micelle; nano-carrier

河南省高等學(xué)校重點科研項目(18A150040); 南陽師范學(xué)院博士專項項目(ZX2017013)；南陽師范學(xué)院實驗室開放項目(SYKF2018001)；

南陽師范學(xué)院大學(xué)生實踐訓(xùn)練創(chuàng)新項目(SPCP2019)；南陽師范學(xué)院教學(xué)研究項目（2019-JXYJYB-31；2019- JXYJKT-04）。

2019-11-05

趙月琪（1998-），女，河北唐山人，研究方向：應(yīng)用化學(xué)專業(yè)。

程新峰 (1986-)，男，河南南陽人，講師，博士，主要從事功能高分子材料合成及應(yīng)用研究。

O631.4

A

1004-0935（2020）02-0119-03