，， ，

(浙江理工大學(xué)，a.生態(tài)染整技術(shù)教育部工程研究中心；b.先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018)

0 引 言

水凝膠是親水性高分子通過共價(jià)鍵、氫鍵、范德華力或物理纏結(jié)形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其在水中溶脹而不溶解，并可保持原有形狀[1]。水凝膠敷料具有良好的生物相容、透濕、吸收組織滲出液以及阻隔外界細(xì)菌侵入等特性，為創(chuàng)面愈合提供了適宜的微環(huán)境[2-3]；此外，水凝膠敷料可敷貼于創(chuàng)面而不發(fā)生黏連，在更換敷料的過程中不會(huì)對(duì)新生組織造成損傷，在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景[4]。充當(dāng)藥物載體和具備抗菌能力是水凝膠敷料所需具備的兩項(xiàng)重要功能，其對(duì)于提高藥物利用率、避免創(chuàng)面炎癥等方面具有重要意義。

海藻酸鈉是一種源自于褐藻的天然多糖類高分子，具有來源廣泛、低毒性和良好生物相容性等特點(diǎn)[5]，而聚N-異丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide, PNIPAAm)是一種具有溫度敏感特性的有機(jī)高分子，其在33 ℃左右具有一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度，隨著外界溫度的變化顯示出良好的親/疏水性變化[6-7]，由于其轉(zhuǎn)變溫度與體溫較為接近，常作為溫度敏感單元而被引入到生物醫(yī)用水凝膠體系中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的可控釋放。鹽酸四環(huán)素作為一種廣譜抗生素，是四環(huán)素堿的鹽酸鹽[8]，具有分子量低、水溶性好、毒副作用小以及貯存期長(zhǎng)等特點(diǎn)，在創(chuàng)面愈合過程中可實(shí)現(xiàn)快速抑菌的目的且效果顯著。

本文以海藻酸鈉(Sodium alginate, SA)和N-異丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide, NIPAAm)這兩種高分子為原料，通過自由基聚合和物理交聯(lián)的方法合成了海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠，利用紅外光譜儀、差示掃描量熱儀和掃描電子顯微鏡研究水凝膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變溫度以及表面形貌；選取鹽酸四環(huán)素為模型藥物，以SA/NIPAAm比例、藥物濃度、載藥方式和介質(zhì)溫度為實(shí)驗(yàn)變量，通過紫外-可見分光光度法研究藥物累積釋放率，并通過抑菌圈法表征載藥水凝膠的抗菌性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

試劑：海藻酸鈉(Sodium alginate，SA，粘度大于等于2000 cP)、氯化鈣(CaCl2，分析純)，均來自Sigma-Aldrich公司；N-異丙基丙烯酰胺(NIPAAm，98%)、N,N`-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAA，99%)、過硫酸銨(APS，99.99%)、N,N,N`,N`-四甲基乙二胺(TEMED，分析純)、鹽酸四環(huán)素(TCH，96%)，均來自阿拉丁公司；磷酸氫二鈉(分析純)、磷酸二氫鉀(分析純)、氯化鈉(分析純)、氯化鉀(分析純)，均來自天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；營(yíng)養(yǎng)瓊脂(分析純)、酵母浸粉(分析純)、蛋白胨(分析純)，均來自杭州百思生物技術(shù)有限公司；大腸桿菌(E.coli)和金黃色葡萄球菌(S.aureus)來自上海魯微科技有限公司。

儀器：電子天平(ML104/02，瑞士梅特勒-托利多公司)，pH計(jì)(FE-20，瑞士梅特勒-托利多公司)，冷凍干燥機(jī)(FD-1C-50，北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，紅外光譜儀(VERTEX70，德國(guó)布魯克公司)，差示掃描量熱儀(Q2000，美國(guó)TA公司)，掃描電子顯微鏡(JSM-5610LV，日本電子株式會(huì)社)，紫外可見分光光度計(jì)(Lambda35，美國(guó)珀金埃爾默公司)，高壓滅菌鍋(MLS-3751L，日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社)，臺(tái)式恒溫振蕩箱(TQZ-312，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，隔水培養(yǎng)箱(GHP-9080，上海一恒科技有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 干態(tài)浸泡法制備載藥水凝膠

無氧條件下向潔凈的試管中依次加入一定量的SA、NIPAAm、交聯(lián)劑MBAA，并用20 mL去離子水使其充分溶解；接著加入引發(fā)劑APS和促進(jìn)劑TEMED，密封試管中25 ℃反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后，將試管中的樣品浸泡于1.0%(w/v)的氯化鈣溶液中24 h，得到海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠。隨后將冷凍干燥后的干態(tài)凝膠浸泡于一定濃度的鹽酸四環(huán)素水溶液48 h以達(dá)到溶脹平衡的狀態(tài)；最后再次將載藥后的水凝膠冷凍干燥至恒重，等待測(cè)試。干態(tài)浸泡法制備載藥水凝膠的實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示，原料配比列于表1。

圖1 干態(tài)浸泡法制備載藥水凝膠的實(shí)驗(yàn)流程示意

樣品編號(hào)SA/gNIPAAm/gMBAA/mgAPS/mgTEMED/μL去離子水/mL10.20.56.8206.02020.21.013.6206.02030.22.027.2206.020

1.2.2 直接包埋法制備載藥水凝膠

用20 mL去離子水將SA、NIPAAm、交聯(lián)劑MBAA和一定量的鹽酸四環(huán)素充分溶解，隨后加入引發(fā)劑APS(20 mg)和促進(jìn)劑TEMED(6.0 μL)，密閉試管后在25 ℃的水浴中反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后，將樣品浸泡在氯化鈣和鹽酸四環(huán)素的混合溶液中24 h，得到載藥水凝膠，其中，氯化鈣濃度為0.01 g/mL，鹽酸四環(huán)素濃度與第一步相同。載藥水凝膠的干燥方式與干態(tài)浸泡法一致，待干燥至恒重后密閉保存，等待后續(xù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。直接包埋法制備載藥水凝膠的流程如圖2所示，原料配比與表1一致。

圖2 直接包埋法制備載藥水凝膠的實(shí)驗(yàn)流程示意

1.3 測(cè)試與表征

1.3.1 海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠化學(xué)結(jié)構(gòu)的表征

利用紅外光譜儀表征水凝膠樣品的官能團(tuán)組成，掃描范圍為4000～500 cm-1，掃描次數(shù)為64次，分辨率為4 cm-1。

1.3.2 海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠轉(zhuǎn)變溫度的表征

利用差示掃描量熱儀測(cè)試水凝膠樣品的轉(zhuǎn)變溫度，升溫范圍為25～40 ℃，升溫速率為3 ℃/min，氮?dú)饬魉贋?0 mL/min。

1.3.3 海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠表面形貌的表征

利用掃描電子顯微鏡觀測(cè)所得水凝膠樣品的表面形貌，測(cè)試前樣品表面需進(jìn)行噴金處理。

1.3.4 海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠藥物釋放行為的表征

以pH值為7.4，濃度為0.01 mol/L的PBS緩沖液作為釋放介質(zhì)，在25 ℃或37 ℃的恒溫水浴中進(jìn)行藥物釋放實(shí)驗(yàn)。釋放過程如下：將載藥的干態(tài)水凝膠放入含有30 mL釋放液(PBS，pH=7.4)的錐形瓶中，恒溫振蕩(75 r/min)，定時(shí)移取3 mL釋放液用于測(cè)定藥物釋放率，并補(bǔ)充上等體積的新鮮空白PBS緩沖液。采用紫外可見分光光度法測(cè)定鹽酸四環(huán)素在介質(zhì)中的濃度，工作曲線為c=(A+0.0436)/0.0355，計(jì)算并繪制藥物累積釋放曲線圖，其中：A為吸光度；c為鹽酸四環(huán)素濃度，μg/mL。

1.3.5 海藻酸鈣/聚(N-異丙基丙烯酰胺)水凝膠抗菌性能的表征

將3.3 g營(yíng)養(yǎng)瓊脂溶于100 mL去離子水中，加熱融化，120 ℃高壓滅菌30 min，待冷卻到60 ℃左右倒入培養(yǎng)皿中，冷卻形成固體培養(yǎng)基。移取0.1 mL菌液(菌種濃度為105CFU/mL)均勻涂覆于固體培養(yǎng)基上，利用打孔法注入載藥水凝膠樣品，于37 ℃或25 ℃下恒溫培養(yǎng)18 h，觀察抑菌圈大小，并以抑菌環(huán)直徑評(píng)價(jià)水凝膠樣品的抗菌性能[9]，計(jì)算公式如式(1)所示：

D′=D-d

(1)

式中：D′為抑菌環(huán)直徑；D為抑菌圈外徑；d為被測(cè)樣品直徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠的理化性質(zhì)表征

2.1.1 紅外譜圖分析

圖3為海藻酸鈣、PNIPAAm以及海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠的紅外光譜圖。從圖3中曲線a可以看出，3412 cm-1處為-OH的伸縮振動(dòng)吸收峰，2927 cm-1處為-CH的伸縮振動(dòng)吸收峰，1618 cm-1和1419 cm-1處為海藻酸鈣中-COO-的對(duì)稱和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，1037 cm-1處則為吡喃環(huán)中C-O的伸縮振動(dòng)吸收峰；曲線b中，3600～3200 cm-1處為N-H的伸縮振動(dòng)吸收峰，1649 cm-1和1547 cm-1處存在酰胺I帶和酰胺II帶的特征吸收峰，分別為C=O的伸縮振動(dòng)峰，N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)與部分C-N伸縮振動(dòng)耦合產(chǎn)生的吸收峰[10]，1385 cm-1和1375 cm-1處則為-CH(CH3)2的特征吸收峰；而曲線c中，海藻酸鈣與PNIPAAm的特征吸收峰同時(shí)存在，其中在3433 cm-1處出現(xiàn)的強(qiáng)而寬的峰為海藻酸鈣中的-OH的伸縮振動(dòng)吸收峰與PNIPAAm中的N-H的伸縮振動(dòng)吸收峰相互疊加的結(jié)果，1655 cm-1處則為PNIPAAm組分酰胺中C=O的伸縮振動(dòng)吸收峰。

a.海藻酸鈣水凝膠；b.聚(N-異丙基丙烯酰胺)水凝膠；c.海藻酸鈣/聚(N-異丙基丙烯酰胺)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠圖3 水凝膠的紅外光譜圖

2.1.2 轉(zhuǎn)變溫度分析

圖4為海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠的DSC曲線圖。依據(jù)文獻(xiàn)[11]，PNIPAAm分子鏈中存在著親/疏水平衡，當(dāng)外界溫度低于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，高分子鏈呈現(xiàn)親水性，當(dāng)溫度高于轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，分子鏈劇烈收縮并相互纏結(jié)，呈現(xiàn)疏水性，發(fā)生相分離現(xiàn)象，并同時(shí)伴隨著相應(yīng)的放熱行為。從圖4中可以看出，每條曲線均存在一個(gè)明顯的吸熱峰(峰值定義為轉(zhuǎn)變溫度)，并且隨著SA/NIPAAm比例的變化，水凝膠的轉(zhuǎn)變溫度均分布在34.35～35.54 ℃的狹小區(qū)間范圍內(nèi)，與純PNIPAAm的轉(zhuǎn)變溫度(34.73 ℃)較為接近。這是由于在互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系中，海藻酸鈣和PNIPAAm網(wǎng)絡(luò)之間無化學(xué)鍵結(jié)合，相對(duì)保持獨(dú)立，導(dǎo)致PNIPAAm仍可保持著自身的溫敏性質(zhì)；另一方面，與純PNIPAAm相比，海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠的吸熱峰尖銳程度下降，峰寬變寬，表明海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠的溫敏響應(yīng)速率比純PNIPAAm略有降低。

圖4 海藻酸鈣/聚(N-異丙基丙烯酰胺)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)溫敏水凝膠的DSC曲線

2.1.3 表面形貌分析

圖5為不同SA/NIPAAm比例時(shí)的海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠表面形貌圖。從圖5中可以看出，水凝膠均存在著明顯的孔洞結(jié)構(gòu)，這種孔洞結(jié)構(gòu)的形成主要是由于溶劑的存在以及孔壁取向的結(jié)果，同時(shí)，在水凝膠的合成過程中，SA中-COO-存在著的靜電斥力作用也可導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)之間形成一定的空間而形成孔洞結(jié)構(gòu)[12]。另一方面，隨著SA/NIPAAm比例中NIPAAm組分的增加，水凝膠表面的孔洞結(jié)構(gòu)從蜂窩狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則狀。這是因?yàn)樵谝欢ǖ腘IPAAm比例范圍內(nèi)，隨著水凝膠中NIPAAm含量的增加，有效交聯(lián)密度增加，水凝膠孔洞的蜂窩狀結(jié)構(gòu)逐漸變得規(guī)整；然而，隨著NIPAAm含量的繼續(xù)增加，孔洞開始被填埋，由規(guī)則蜂窩狀結(jié)構(gòu)(圖5(b))又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱瞬灰?guī)則狀(圖5(c))。

圖5 不同SA/NIPAAm比例的海藻酸鈣/聚(N-異丙基丙烯酰胺)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)溫敏水凝膠的表面形貌圖

2.2 海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠的藥物釋放行為分析

2.2.1 SA/NIPAAm比例對(duì)藥物釋放行為的影響

采用干態(tài)浸泡法負(fù)載鹽酸四環(huán)素，并研究海藻酸鈉/NIPAAm比例對(duì)藥物釋放行為的影響。結(jié)果表明，SA/NIPAAm比例與水凝膠的載藥量存在著密切聯(lián)系，當(dāng)SA/NIPAAm比例為1∶2.5、1∶5和1∶10時(shí)，水凝膠的載藥量分別為346.3、326.9 μg/g和280.7 μg/g。圖6則為海藻酸鈉/NIPAAm比例不同時(shí)的載藥水凝膠藥物釋放曲線圖。從圖6中可以看出，水凝膠的鹽酸四環(huán)素累積釋放率在前期迅速增加，后逐漸趨于平緩，并且在24 h附近達(dá)到釋放平衡狀態(tài)。這是由于在釋放前期，水凝膠內(nèi)外的鹽酸四環(huán)素存在著顯著的濃度差，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，濃度差趨于減小，并最終達(dá)到了內(nèi)外濃度差的平衡狀態(tài)；同時(shí)，由于作為陽離子聚電解質(zhì)的鹽酸四環(huán)素與海藻酸鈣中的-COO-之間存在著靜電引力，兩方面的共同作用導(dǎo)致累積釋放率最終逐漸趨于穩(wěn)定。另一方面，相同釋放時(shí)間下，樣品的累積釋放率隨著NIPAAm比例的增加而降低。這是因?yàn)楹Ｔ逅徕}/PNIPAAm IPN水凝膠網(wǎng)絡(luò)中含有NIPAAm的-CONH-和海藻酸鈣殘留端-OH這兩個(gè)親水基團(tuán)，鹽酸四環(huán)素作為水溶性模型藥物，其能夠進(jìn)入凝膠網(wǎng)絡(luò)中，并與這些親水基團(tuán)以氫鍵形式相結(jié)合[13-14]，NIPAAm比例越高，有效交聯(lián)密度越高，水凝膠的溶脹性能越差，載藥量也相應(yīng)越低，造成釋放過程中水凝膠內(nèi)部的藥物濃度差減小，從而導(dǎo)致相同釋放時(shí)間下的累積釋放率降低；此外，水凝膠的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為鹽酸四環(huán)素?cái)U(kuò)散的通道，隨著NIPAAm比例的增加，孔洞結(jié)構(gòu)從蜂窩狀變?yōu)闊o規(guī)則狀，并且孔洞深度隨之逐漸變淺，這也是導(dǎo)致鹽酸四環(huán)素的累積釋放率隨著NIPAAm比例的增加而降低的一個(gè)原因。

比較37 ℃和25 ℃時(shí)的藥物累積釋放率可知，37 ℃時(shí)的鹽酸四環(huán)素累積釋放率大于25 ℃。這是由于25 ℃低于海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠的轉(zhuǎn)變溫度，水凝膠網(wǎng)絡(luò)呈溶脹狀態(tài)，鹽酸四環(huán)素的釋放主要依賴于內(nèi)外濃度差，通過水凝膠內(nèi)部的多孔網(wǎng)絡(luò)由內(nèi)而外實(shí)現(xiàn)釋放；當(dāng)介質(zhì)溫度為37 ℃時(shí)，PNIPAAm中疏水基團(tuán)的締合作用增強(qiáng)[15]，孔洞結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌，水凝膠開始收縮，溶脹程度較小，致使鹽酸四環(huán)素被擠出，擠壓和內(nèi)外濃度差的共同作用導(dǎo)致累積釋放率的增加。

圖6 海藻酸鈉/N-異丙基丙烯酰胺比例不同時(shí)的水凝膠藥物釋放曲線

2.2.2 藥物濃度對(duì)藥物釋放行為的影響

以SA∶NIPAAm=1∶5的比例制備海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠為研究對(duì)象，以干態(tài)浸泡法負(fù)載鹽酸四環(huán)素，實(shí)驗(yàn)選取的鹽酸四環(huán)素濃度為20、100 μg/mL 和200 μg/mL三個(gè)梯度，其載藥量分別為334.4、1382.4 μg/g和3100.7 μg/g。圖7則為鹽酸四環(huán)素濃度不同時(shí)的水凝膠藥物釋放曲線。與圖6相類似，藥物累積釋放率在初期迅速增加，然后趨于平緩，并最終在15～25 h內(nèi)達(dá)到釋放平衡。其次，鹽酸四環(huán)素濃度越低，累積釋放率略有增加。鹽酸四環(huán)素作為陽離子聚電解質(zhì)，與海藻酸鈣分子中的-COO-之間存在著靜電引力的作用，隨著鹽酸四環(huán)素載藥量的增加，藥物分子與水凝膠高分子之間的靜電引力增加，導(dǎo)致累積釋放率隨著鹽酸四環(huán)素濃度的增加而略有減小。

比較37 ℃和25 ℃時(shí)的藥物累積釋放率可知，隨著鹽酸四環(huán)素的濃度從20 μg/mL增加至200 μg/mL，其在兩個(gè)溫度條件下達(dá)到釋放平衡時(shí)的平衡累積釋放率之差分別為29.89%、25.97%和25.94%，數(shù)值略有減小。當(dāng)介質(zhì)溫度從25 ℃升高至37 ℃時(shí)，鹽酸四環(huán)素分子的運(yùn)動(dòng)相對(duì)劇烈，削弱了鹽酸四環(huán)素分子與水凝膠基材之間的相互作用力，同時(shí)在水凝膠網(wǎng)絡(luò)坍塌收縮的作用下，鹽酸四環(huán)素易于被擠出；同時(shí)，由于水凝膠中的NIPAAm含量相同，水凝膠基材本身的疏水性接近，然而，鹽酸四環(huán)素濃度越高，其與基材之間的靜電引力越大，靜電引力的作用導(dǎo)致了37 ℃和25 ℃兩溫度之間的平衡累積釋放率之差略微有所減小。

圖7 鹽酸四環(huán)素濃度不同時(shí)的水凝膠藥物釋放曲線

2.2.3 載藥方式對(duì)藥物釋放行為的影響

圖8為直接包埋法和干態(tài)浸泡法下的鹽酸四環(huán)素釋放曲線。從圖8中可知，直接包埋法具有更好的緩釋效果。以20 μg/mL為例，在37 ℃的介質(zhì)溫度下，采用直接包埋法的樣品在10 h時(shí)僅有56%的累積釋放率，而采用干態(tài)浸泡法樣品的累積釋放率則已達(dá)到89%；同時(shí)，與干態(tài)浸泡法相比，采用直接包埋法的樣品在24 h時(shí)仍未達(dá)到釋放平衡。藥物的釋放速率主要由兩個(gè)連續(xù)的過程所決定的，即水分子從外部介質(zhì)向水凝膠內(nèi)部遷移以及藥物從凝膠內(nèi)部向外擴(kuò)散并釋放。干態(tài)浸泡法的冷凍干燥過程易于對(duì)水凝膠的孔洞結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞，加快了水分子的遷移和鹽酸四環(huán)素小分子的擴(kuò)散，促進(jìn)了藥物的向外釋放；與之相反，采用直接包埋法的水凝膠樣品結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能均保持完好，有利于減緩鹽酸四環(huán)素的釋放速率。

利用Korsmeyer-Peppas模型[16]進(jìn)一步研究載藥方式不同時(shí)的藥物釋放速率，其公式如式(2)所示：

(2)

式中：Mt和M∞分別代表水凝膠在t時(shí)刻的藥物釋放量和藥物總量；n為擴(kuò)散指數(shù)；k為速率常數(shù)，表征藥物釋放速率。

表2為海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠的藥物釋放速率常數(shù)。從表2中可知，采用直接包埋法的水凝膠藥物釋放速率常數(shù)k分布在0.113至0.216的區(qū)間范圍內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于采用干態(tài)浸泡法的水凝膠藥物釋放速率常數(shù)(k分布在0.297～0.570的范圍)，k的數(shù)值越小，表明鹽酸四環(huán)素的緩釋效果越好[17]，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖8所得結(jié)果相一致，即直接包埋法比干態(tài)浸泡法具有更好的藥物緩釋效果。

圖8 藥物裝載方式不同時(shí)的水凝膠藥物釋放曲線圖

藥物裝載方式不同溫度時(shí)的濃度/(μg·mL-1)速率常數(shù)k藥物裝載方式不同溫度時(shí)的濃度/(μg·mL-1)速率常數(shù)k直接包埋法20(37 ℃)0.21620(25 ℃)0.201200(37 ℃)0.203200(25 ℃)0.113干態(tài)浸泡法20(37 ℃)0.57020(25 ℃)0.297200(37 ℃)0.441200(25 ℃)0.324

2.3 海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠的抗菌性能評(píng)價(jià)

以未載藥水凝膠(記作0)作為空白樣，以直接包埋濃度為20、100 μg/mL和200 μg/mL鹽酸四環(huán)素的水凝膠(分別記作1、2和3)作為對(duì)照樣，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌進(jìn)行抗菌性能測(cè)試，結(jié)果如圖9所示，抑菌圈尺寸列于表3。從圖9可知，在37 ℃的培養(yǎng)溫度下，1、2和3號(hào)水凝膠樣品的周圍均出現(xiàn)明顯的抑菌圈，而0號(hào)樣品則無抑菌圈存在。這是37 ℃的環(huán)境溫度高于海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠的轉(zhuǎn)變溫度，水凝膠網(wǎng)絡(luò)坍塌并收縮，鹽酸四環(huán)素被釋放并擴(kuò)散至固體培養(yǎng)基中，從而形成了抑菌圈[18]。另一方面，從表3可知，抑菌環(huán)直徑隨著水凝膠中鹽酸四環(huán)素濃度的增加而增大，水凝膠抗菌性能的強(qiáng)弱與抑菌環(huán)直徑大小緊密相關(guān)，隨著鹽酸四環(huán)素濃度的增加，對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑制作用均有所增加；同時(shí)，載藥水凝膠對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用略高于大腸桿菌，這是因?yàn)榻瘘S色葡萄球菌作為革蘭氏陽性菌，其細(xì)胞壁中只含有肽聚糖成分，鹽酸四環(huán)素可通過抑制肽聚糖中肽鏈的增長(zhǎng)和影響蛋白的合成而產(chǎn)生抑菌作用，表現(xiàn)出良好的抗菌效果，而大腸桿菌作為革蘭氏陰性菌，其細(xì)胞壁中除了肽聚糖外，還有存在脂多糖組分，脂多糖的保護(hù)作用導(dǎo)致鹽酸四環(huán)素對(duì)大腸桿菌的抑制作用略低于金黃色葡萄球菌。與之相反，25 ℃的培養(yǎng)溫度下，空白樣和對(duì)照樣均無抑菌圈存在，這可能是由于以下兩方面的原因造成的：首先，25 ℃非細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的最適宜溫度；其次，包埋在海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠中的鹽酸四環(huán)素在轉(zhuǎn)變溫度以下難以通過固?固界面的接觸而實(shí)現(xiàn)釋放。故海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠應(yīng)用于創(chuàng)面敷料時(shí)具有良好的抗菌效果。

圖9 金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌圈照片

水凝膠樣品抑菌環(huán)直徑/cm金黃色葡萄球菌大腸桿菌空白樣(0號(hào))0.000.0020 μg/mL鹽酸四環(huán)素樣品(1號(hào))3.042.87100 μg/mL鹽酸四環(huán)素樣品(2號(hào))4.634.51200 μg/mL鹽酸四環(huán)素樣品(3號(hào))4.694.53

3 結(jié) 論

運(yùn)用自由基聚合法合成了海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠，表征了其化學(xué)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變溫度和表面形貌等理化性質(zhì)，以此為基礎(chǔ)，著重分析了以SA/NIPAAm比例、鹽酸四環(huán)素濃度、載藥方式和介質(zhì)溫度等因素下的藥物釋放行為，并表征了其抗菌性能，主要結(jié)果如下：

a) 運(yùn)用自由基聚合法可成功制備海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠，且SA的用量對(duì)轉(zhuǎn)變溫度無影響，均保持在34 ℃左右。

b) SA/NIPAAm比例、藥物濃度、載藥方式以及介質(zhì)溫度均對(duì)藥物累積釋放率有一定的影響。SA比例越高，海藻酸鈣/PNIPAAm IPN水凝膠的藥物累積釋放率越高；藥物濃度越高，藥物累積釋放率略有下降；直接包埋法與干態(tài)浸泡法相比，具有更優(yōu)異的緩釋效果；同時(shí)，由于PNIPAAm組分在轉(zhuǎn)變溫度以上的收縮和擠壓作用，海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠在37 ℃時(shí)的藥物累積釋放率遠(yuǎn)大于25 ℃。

c) 海藻酸鈣/PNIPAAm IPN溫敏水凝膠在37 ℃時(shí)對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均出現(xiàn)明顯的抑菌圈，并且抗菌性能隨著鹽酸四環(huán)素濃度的提高而提高。

因此，以海藻酸鈉/NIPAAm IPN溫敏水凝膠為藥物載體材料，可實(shí)現(xiàn)藥物緩釋的效果，達(dá)到提高藥物利用效率的目的，在醫(yī)用敷料領(lǐng)域的應(yīng)用具有自身的潛在優(yōu)勢(shì)。