曾春慧，劉春光，賈若琨

(東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

我國羊毛資源豐富，每年廢棄毛數(shù)量巨大，造成環(huán)境污染及資源浪費(fèi)[1]。溶解廢舊羊毛提取的角蛋白具有生物相容性、可降解性等優(yōu)良特性[2－3]，可作為天然高分子醫(yī)用材料[4－5]。奧硝唑作為一種臨床常用藥物，直接用藥在體內(nèi)維持治療時(shí)間短，見效慢[6]。本文以實(shí)驗(yàn)室自行提取的羊毛角蛋白為原料[7]，與羥甲基纖維素鈉溶液共混添加模型藥物奧硝唑制備共混載藥膜，并考察其體外釋藥性能。實(shí)驗(yàn)中提取的羊毛角蛋白是斷裂羊毛分子二硫鍵，但主鏈仍保持完整的以α－螺旋結(jié)構(gòu)為主的大分子量角蛋白分子，截留分子量在(8000－14000)以上，主鏈分子結(jié)構(gòu)中含有大量的堿性和酸性側(cè)基，且每個(gè)肽鏈兩端有α－氨基和α－羧基，羥甲基纖維素鈉(CMCNa)是一種水溶性纖維素醚，簡化分子式為:Cell－O－CH2－COONa，分子中含有大量羥基、醚氧、羰基可與羊毛角蛋白分子中氨基、羧基形成氫鍵和離子鍵的特殊相互作用，從而阻止角蛋白分子內(nèi)形成氫鍵，起到改變角蛋白分子結(jié)構(gòu)的作用，使其分子鏈構(gòu)象改變，從而改變其結(jié)晶態(tài)，直接有效地改善角蛋白膜的物理力學(xué)性能，以達(dá)到使用要求，并且兩物質(zhì)的側(cè)鏈可以相互連接滲透，使二者均相成膜，趨于穩(wěn)定。優(yōu)化處方后制備的角蛋白高分子藥物控釋膜材[8]，使藥物在要求時(shí)間內(nèi)以一定速度在體內(nèi)緩慢釋放，提高藥物療效及生物利用率，降低毒副作用，為藥物載體開發(fā)利用提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

羊毛角蛋白:自制;羥甲基纖維素鈉和戊二醛:天津市瑞金特化學(xué)品有限公司;奧硝唑:(醫(yī)用級(jí))天津市華東制藥廠;所有儀器:天津工業(yè)大學(xué)分析測(cè)試中心。

1.2 羊毛角蛋白/CMCNa共混載藥膜的制備

羊毛角蛋白:羥甲基纖維素鈉原料配比選取6040和5050(質(zhì)量比)，變性劑戊二醛用量0.1%，0.2%，37℃反應(yīng)1 h。以上優(yōu)選處方制備的共混膜拉伸強(qiáng)度適宜(25－30 N/mm)，斷裂伸長率大(20－35%)，含水率(12－15%)，透氣率(80－85%)可作為載藥膜的制備條件。將羊毛角蛋白和羥甲基纖維素鈉溶液加入變性劑混合均勻后，分別加入5%和10%的奧硝唑溶液，充分?jǐn)嚢瑁渫耆芙夥€(wěn)定靜止后，傾倒在玻璃板上自然流延，觀察其共混溶液呈透明淡黃色，無塵粒堆積，原料物質(zhì)以溶液狀態(tài)均相混合，藥物分散狀態(tài)良好，經(jīng)37℃烘干1小時(shí)，常溫48小時(shí)后刮膜。

1.3 體外釋藥性能測(cè)試[9－10]

采用動(dòng)態(tài)膜透析法，將載藥膜封入透析袋中，置于200 mlpH=7.4的磷酸鹽緩沖液中，溫度(37℃)轉(zhuǎn)速 100 r/min 恒溫振蕩，間隔一段時(shí)間，分別于1、2、3、4、5、6、7、8、10、12、14、18、24 h 定時(shí)從袋外緩沖液中取5 ml，同時(shí)補(bǔ)充等量介質(zhì)溶液，用紫外分光光度計(jì)在藥物最大吸收波長318 nm下測(cè)定釋放液的吸光度，對(duì)照模型藥物奧硝唑標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算釋藥量和釋藥百分率。

1.4 貯存試驗(yàn)

將制備的共混載藥膜保存在錐型瓶內(nèi)，密封口，于37℃ 相對(duì)濕度75%條件下貯存6個(gè)月，檢查外觀、形態(tài)，測(cè)定其藥物含量。

1.5 電鏡測(cè)試

取膜樣品，經(jīng)離子濺射儀噴金，利用掃描電鏡測(cè)試，觀察載藥膜表面及斷面形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 載藥膜形貌

由圖1和2 SEM照片可以看出共混載藥膜斷面比較致密、均勻，表面無明顯大的裂紋與孔洞，成膜效果良好，已達(dá)到分子結(jié)合水平，共混組分相容性良好，藥物分散狀態(tài)均勻無顆粒凝結(jié)。膜的表面出現(xiàn)細(xì)小紋路，可能是由于測(cè)試過程中溫度偏高以及膜具有一定的含水率未進(jìn)行脫氣處理所致。

圖1 載藥膜表面形態(tài)電鏡照片

圖2 載藥膜斷面形態(tài)電鏡照片

2.2 原料配比的影響

藥物的釋放分為三個(gè)層次，首先是共混膜表層的藥物分子快速釋放到外界，所以從圖3看出在起始1－3 h，兩種配比的釋藥百分率即達(dá)到60－70%，藥物突釋。之后是分散在膜材料分子骨架之間的藥物緩慢擴(kuò)散到緩沖液中4－10 h，6小時(shí)的緩釋效應(yīng)。最后是埋裹在共混膜分子內(nèi)部的藥物幾乎難以釋放，在10－24 h釋藥百分率基本持平在93－95%。由圖3可知角蛋白/CMCNa質(zhì)量比6040時(shí)釋藥百分率大于質(zhì)量比5050，角蛋白含量高，排列緊密的大分子鏈段及螺旋結(jié)構(gòu)占主導(dǎo)，藥物分子難以進(jìn)入分子內(nèi)部，所以分散在非晶區(qū)和膜材表面的藥物占多數(shù)，后者羥甲基纖維素鈉含量增加與角蛋白分子及變性劑形成氫鍵數(shù)目增加，阻止角蛋白分子內(nèi)的氫鍵形成，所以藥物分子相對(duì)分散在氫鍵及交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等分子骨架中較多，釋放程度趨于緩慢，但配比5050的膜材吸水率溶失率偏高，強(qiáng)度下降。故選擇6040配比最佳，兼顧藥物緩釋效應(yīng)及優(yōu)良性能。

圖3 原料配比對(duì)釋藥性能的影響

圖4 變性劑用量對(duì)釋藥性能的影響

2.3 變性劑用量的影響

共混組分中加入變性劑戊二醛，起交聯(lián)作用，改善膜的力學(xué)性能。每個(gè)戊二醛分子中含有2個(gè)醛基(—CHO)，與角蛋白分子中的氨基(—NH2)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，其實(shí)質(zhì)是親核加成反應(yīng)之后再脫去一分子水形成C=N構(gòu)造的化合物，導(dǎo)致角蛋白分子間形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使肽鏈鏈段排列更加緊密。由圖4可知起始階段0.2%戊二醛載藥膜突釋效果強(qiáng)于0.1%戊二醛載藥膜，戊二醛用量多，使角蛋白分子間交聯(lián)結(jié)構(gòu)增多，肽鏈鏈段緊密程度增加，所以較多的藥物分子在角蛋白分子緊密鏈段之外和膜表面，開始階段釋藥百分率較高，而在3小時(shí)之后0.1%戊二醛載藥膜釋藥百分率略高于0.2%載藥膜，由于戊二醛含量偏小，使角蛋白分子結(jié)構(gòu)中親水基團(tuán)數(shù)目相對(duì)較多，而且角蛋白分子中鏈段排列不是特別緊密，緩沖液逐漸進(jìn)入分子內(nèi)部，更多的分子骨架中的藥物分子溶于水中，擴(kuò)散程度加快。選擇0.1%戊二醛為最佳用量，保證藥物緩釋作用并且膜材的柔韌性和彈性優(yōu)于0.2%戊二醛載藥膜。

圖5 藥物用量對(duì)釋藥性能的影響

圖6 pH值對(duì)釋藥性能的影響

2.4 奧硝唑用藥量的影響

由圖5可以看出純藥粉在4小時(shí)釋放完全，達(dá)100%，釋藥速度快。10%用藥量載藥膜釋藥百分率高于5%用藥量載藥膜，因?yàn)橛盟幜看?，分散在膜表面、分子非晶區(qū)、分子骨架中的藥量都相對(duì)高，所以在整個(gè)藥物釋放階段釋藥百分率都較高。但無論5%或10%的載藥膜都具有緩釋效果，相比純藥粉可以釋藥10小時(shí)以上，更好的發(fā)揮藥物療效。

2.5 pH值的影響

由圖6可以看出，載藥膜釋藥百分率在pH=3.8時(shí)明顯低于pH=7.4，在24小時(shí)僅釋放40%左右，而在pH=7.4時(shí)可達(dá)95%，可以得出載藥膜的釋藥性能具有pH敏感性，pH=3.8是羊毛角蛋白的等電點(diǎn)，溶解性能最低，不利于藥物釋放，所以不同的pH值對(duì)釋藥性影響較大。

2.6 貯存試驗(yàn)結(jié)果

六月后檢查載藥膜外觀形態(tài)均無變化，測(cè)定載藥量與釋藥百分率基本不變，波動(dòng)2－5%。

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)優(yōu)化處方制備共混載藥膜，在開始階段藥物出現(xiàn)突釋效應(yīng)，隨之持續(xù)緩慢釋放，釋藥時(shí)間在10 h左右，釋藥百分率達(dá)95%，不僅使藥物迅速達(dá)到有效濃度并維持較長時(shí)間，而且可以降低體循環(huán)中藥物濃度，提高藥物治療指數(shù)與用藥安全，載藥膜具有明顯的pH值敏感性，在37℃條件下保存6個(gè)月狀態(tài)穩(wěn)定，為臨床應(yīng)用創(chuàng)造條件。

[1]湯燕偉，于偉東.羊毛溶液和角蛋白膜的實(shí)用制備技術(shù)與基本問題[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2007，27(2):80－84.

[2]Li J S，Li Y，Li L，et al.Preparation and biodegradation of electrospun PLLA/keratin nonwoven fibrous membrane[J].Polym.Degrad.Stab.，2009，94(10):1800 －1807.

[3]Aluigi A，Vineis C，Ceria A.Composite biomaterials from fibre wastes:Characterization of wool-cellulose acetate blends.Composites[J].Composites Part A，2008，39(1):126 －132.

[4]張華林.羊毛角蛋白作為骨組織工程支架材料的研究進(jìn)展[J].國際口腔醫(yī)學(xué)雜志，2007，34(3):220－222.

[5]Reichl S.Films based on human hair keratin as substrates for cell culture and tissue engineering[J].Biomater.，2009，30(36):6854 －6866.

[6]Aluigi A，Vineis C，Varesano A，et al.Structure and properties of keratin/PEO blend nanofibres[J].Eur.Polym.J.，2008，44(8):2465 －2475.

[7]曾春慧.還原法與金屬鹽法結(jié)合溶解廢舊羊毛[J].紡織學(xué)報(bào)，2011，32(11):12－16.

[8]翟延飛，譚福能.羥丙基殼聚糖－聚乙烯醇凝膠的制備與釋藥性能[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，23(2):170－175.

[9]徐倩.絲素/羧甲基殼聚糖共混及其雙層復(fù)合載藥膜的制備與性能研究[D].天津:天津工業(yè)大學(xué)，2008.

[10]韓永濤，黃桂華，席延衛(wèi)等.阿奇霉素聚乳酸微球的制備及其體外釋藥特性的研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，44(8):853－856.