李曉豐，王 宇，于霽厚

（1.東北石油大學華瑞學院,黑龍江哈爾濱150025;2.哈爾濱師范大學化學化工學院,黑龍江哈爾濱;150025;3.黑龍江省科學院石油化學研究院,黑龍江哈爾濱150040）

介孔分子篩是指孔徑為2～50 nm，具有規(guī)則有序孔道結(jié)構(gòu)的無機多孔材料。通常以表面活性劑作為模板劑，利用溶膠、凝膠、乳化等化學過程，通過控制有機物和無機物之間的界面作用來合成。介孔二氧化硅材料的研究最早始于1990年[1]。該材料在光學、催化以及藥物輸送[1～3]等領(lǐng)域都具有潛在的應用價值。由于介孔二氧化硅材料具有穩(wěn)定的介孔結(jié)構(gòu)、較高的比表面積、孔徑分布可調(diào)、可修改的表面性質(zhì)[1,4]、無毒的性質(zhì)[5]，以及良好的生物相容性[6，7]，因此常被用來作為緩控釋給藥載體。此外，由于介孔二氧化硅材料表面含有豐富的自由硅羥基，因而具有良好的化學反應活性，通過表面硅羥基與活性組分相互作用，可將催化活性位引入孔道或骨架，從而可以增加載藥量，調(diào)節(jié)藥物的釋放[8～10]。

人體各消化器官的pH值各不相同，胃（pH值1.0-3.0）、小腸（pH 值 6.5-7.0）、結(jié)腸（pH 值 7.0-8.0）變化，以及在腫瘤組織中（pH值6.5-7.2）。因此，可以設計pH敏感的藥物組裝體，通過檢測周圍環(huán)境的pH值，來實現(xiàn)藥物的靶向釋放[4]，以達到降低副作用及藥物毒性，提高療效的作用。

鹽酸二甲雙胍是一種治療糖尿病的藥物，廣泛應用于非胰島素依賴型(Ⅱ型)糖尿病的降糖藥，口服后主要通過降低肝及外周組織對胰島素的敏感度來降低血糖水平。

本文采用原位合成法，利用氰乙基三烷氧基氯硅烷作為修飾劑，在SBA-15的表面用嫁接了-COOH官能團。載入鹽酸二甲雙胍后，在藥物組裝體外包裹pH敏感聚合物殼聚糖，合成出一種新型介孔pH敏感材料的控釋釋放系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)不同pH值環(huán)境，利用-COOH官能團與殼聚糖之間的相互作用，以達到藥物的pH值敏感和腸道靶向釋放。

1 實驗材料和儀器設備

1.1 主要試劑

表1 實驗試劑Table1 Reagents used in the experiments

1.2 主要儀器設備

樣品的掃描電鏡在Hitachi S-4800掃描電子顯微鏡上進行(加速電壓20～30 kV）。紫外用上海光譜儀器有限公司的752型紫外分光光度計。X-射線粉末衍射(XRD)數(shù)據(jù)在Siemens D5005型衍射儀上收集，管電壓40 kV，管電流50 mA，Cu Kα輻射(λ=1.540598 nm)，掃描速度 1°/min。氮氣吸附 /脫附實驗在液氮溫度下進行，由Micromeritics ASAP 2010M分析儀上測得。紅外光譜在Nicolet Impact 410 FT-IR光譜儀上測定，采用KBr壓片(樣品占1 wt%)，測試范圍 400～4000 cm-1，真空脫氣至壓力小于3×10-4Torr。比表面積采用BET比表面積，孔分布利用BJH方法計算，孔容根據(jù)t-plot計算。高分辨透射電鏡照片在日本電子公司的JEM-2010透射電子顯微鏡上進行(加速電壓200 kV)。

2 實驗部分

2.1 介孔分子篩的合成

SBA-15的合成：將4 g P123加入到30 g水和120 g 2 mol/L HCl混合溶液中，攪拌使其溶解。然后加入8.50 g TEOS攪拌5 min?；旌弦涸?5℃靜置陳化20 h后，100℃晶化5d。將所得產(chǎn)物洗滌、過濾、室溫干燥后550℃焙燒樣品5 h除去表面活性劑。

-COOH修飾的SBA-15合成：將2 g P123加入到75 g 2 mol/L HCl中，攪拌使其溶解。然后加入4.50 g TEOS和CTES,35℃攪拌2 h，過濾后用乙醇洗滌3次。將所得產(chǎn)物過濾、室溫干燥。將樣品加入到50 wt%H2SO4中，在100℃加熱24 h，然后產(chǎn)品過濾用去離子水洗滌至中性得到最終產(chǎn)品。

2.2 藥物在分子篩中的組裝

藥物組裝的基本過程如下：配置0.1 M的MetH的水溶液，取165 mg的SBA-15樣品加入到10 mL的上述溶液中，在室溫下攪拌2 h，攪拌過程中儀器要要密封以防止溶劑揮發(fā)，再通過室溫下真空過濾和干燥來分離載藥后的粉末樣品。取1.0 mL的濾液適當?shù)南♂尯?，取一定量進行紫外分光光度計測定，計算得出裝載量。

2.3 甲殼素中提取可溶性殼聚糖

取0.5 g的甲殼素溶解在20 g 40%的NaOH溶液中劇烈攪拌10 min，混合物在80℃條件下保持24 h。最后把樣品洗滌、過濾取上層清液稀釋至50 mL待用。

2.4 рH敏感聚合物的包裹

pH敏感的藥物釋放系統(tǒng)的包覆Chit/COOH/SBA-15過程如下：取樣品約0.18 g在3.0 MP壓成直徑約為10 mm，厚度約為0.5 mm的片劑。同時取0.32 g的殼聚糖溶解于水溶液中，室溫下攪拌。取載藥后的COOH/SBA-15的片劑采用蘸取-浸漬法包覆殼聚糖。再把Chit/COOH/SBA-15片劑置于室溫下干燥，即得到包覆好的樣品。

2.5 藥物釋放性能測試

藥物釋放過程中，取不同分子篩片劑樣品206 mg，室溫37℃下浸泡于500 mL模擬人工胃液(pH=1.2的緩沖溶液)和模擬人工小腸液 (pH=7.4的緩沖溶液)中，經(jīng)一定時間間隔后吸附一定量(3 ml)釋液，同時立即補充等量的模擬人工胃液或者模擬人工小腸液。吸取液用0.45 μm的微孔濾膜過濾，適當稀釋，在波長為233 nm紫外法測定藥物的釋放量。

釋放液中所釋放布洛芬精確量的計算是根據(jù)以下公式進行：

公式中Cc是在t時間時推倒后的濃度，Ct是在t時間時的測定濃度，V是加入釋放液體的總體積，ν是吸取釋放液的體積。

3 結(jié)果討論

3.1 小角粉末XRD分析

圖1-1分別為介孔分子篩修飾前后的小角粉末X射線衍射圖。由圖可以看出樣品修飾前后，在2θ=2°處均出現(xiàn)明顯的(100)晶面的衍射峰，與未修飾前比較，羧基修飾后的介孔分子篩在(100)晶面的衍射峰強度明顯增強，說明經(jīng)過羧基修飾后，仍然保持介孔相結(jié)構(gòu)。羧基嫁接后的COOH/SBA-15的衍射峰較之SBA-15的衍射峰稍微低，這是由于羧基嫁接之后孔道塌陷造成的。

圖1樣品的小角粉末XRDFig.1 XRDPatterns at low diffraction angles

3.2 氮氣吸附/脫附測試分析

圖2 a為羧基修飾前后樣品的氮氣吸附-脫附等溫曲線圖，由圖可見兩種樣品均為Ⅳ型等溫曲線H1型滯后環(huán)。圖2 b為樣品的孔徑分布圖，由圖b可以看出，未修飾的SBA-15平均孔徑約為7.1 nm，羧基修飾后孔徑下降至約為4.2 nm。

圖2 樣品的氮氣吸附脫附圖Fig.2 Sample nitrogen adsorption/desorption isotherm

Table 2為樣品的比表面積、孔容及孔徑數(shù)據(jù)。由表中的數(shù)據(jù)中可知SBA-15具有較大的比表面積(706 m2/g)和孔容(1.08 cm3/g)，平均孔徑為 (7.1 nm)。羧基修飾后，材料的比表面積 (534 m2/g)和孔容(0.53 cm3/g)，孔徑(4.2 nm)，由此可知，加入修飾劑后孔徑變小，相應的比表面積和孔容也隨之降低，這可能是由于-COOH嫁接到分子篩中，占據(jù)了一部分孔道。這與XRD分析結(jié)果相一致。

表2 樣品氮氣吸附脫附表面積數(shù)據(jù)Table 2 Parameters of sample nitrogen adsorption/desorption surface area

圖3為樣品的紅外光譜圖。由圖3 b可知羧基修飾后，波長在1648和3023 cm-1處有兩個吸收峰，這分別是羧基集團中C=O的伸縮振動峰和修飾劑中烷基振動峰。說明羧基已經(jīng)成功嫁接在SBA-15介孔分子篩上。從圖3 c可見，波長在1078,1458,和1687 cm-1處有三個振動峰，分別是硅烷化殘基C─H的伸縮振動峰，并在807和780 cm-1處出現(xiàn)Si─ C的 υ(C-O-C),δ(N-H)and υ(C=O)伸縮振動峰[11]，說明殼聚糖已經(jīng)包裹分子篩。

圖3 樣品的紅外光譜圖Fig.3 IR spectra of samples

3.3 介孔分子篩的組裝和釋放

圖4 是組裝不同濃度的MetH（2 h），其組裝量隨濃度的變化曲線，當濃度達到0.1 mol/L時，兩種樣品均達到最大組裝量。SBA-15的最大載藥量為25.32%，而羧基修飾的SBA-15的最大載藥量可達52.3%?？梢娦揎椇蟮腟BA-15具有更大的載藥量。這是由于修飾后的材料表面富含-COOH，這些基團可與藥物分子中的-NH2產(chǎn)生氫鍵相互作用，增加了分子篩與藥物分子之間的作用，即使在比表面積較小的情況下，仍然具有較大的載藥量。

圖 4 樣品最大載藥量曲線Fig.4 Sample maximum drug loading curve

圖 5 a、b和 c分別表示 SBA-15、COOH/SBA-15和Chit/COOH/SBA-15載藥后在pH=4.0以及pH=7.4中的緩釋曲線。由圖可見SBA-15與COOH/SBA-15在兩種pH條件下都具有良好的釋放曲線。由SBA-15釋放曲線可見，在pH=4.0時鹽酸二甲雙胍2 h內(nèi)有43 wt%的首釋放，70 wt%經(jīng)48 h釋放完全，與SBA-15相比，鹽酸二甲雙胍在COOH/SBA-15的釋放較慢，鹽酸二甲雙胍2 h內(nèi)有29 wt%的首釋放，55 wt%經(jīng)48 h釋放完全，COOH/SBA-15體系的釋放率要略低于SBA-15，這是因為-COOH基與藥物分子中的-NH2在pH=4.0的環(huán)境下產(chǎn)生作用力，SBA-15中的孿Si-OH與藥物分子的作用力稍弱，因此純SBA-15體系的釋放量要比COOH/SBA-15藥物釋放體系的釋放速度快。然而在pH=7.4的條件下，COOH/SBA-15的初釋放率要快于SBA-15，這是由于在微堿性條件下COOH/SBA-15中的羧基與藥物分子作用減弱，因此導致COOH/SBA-15的釋放率較快。由氮氣吸附數(shù)據(jù)可知，SBA-15的孔道大于COOH/SBA-15，而SBA-15的釋放速度在7 h后快于COOH/SBA-15體系。因為COOH/SBA-15具有較小的孔道，介空孔道內(nèi)部的藥物分子較難釋放出來，故此在7 h之后COOH/SBA-15的釋放速率開始減慢。這表明一定時間之后，介孔分子篩的孔徑成為決定藥物分子釋放的關(guān)鍵。

圖5 鹽酸二四雙胍釋放曲線Fig.5 Cumulative release rates of meth

Chit/COOH/SBA-15系統(tǒng)在pH=7.4具有良好的釋放曲線，而在pH=4.0時難以釋放，主要原因在于殼聚糖分子中富含大量的-NH2基，這些基團與分子篩表面形成氫鍵堵塞孔道，因此釋放率較低。根據(jù)Chit/COOH/SBA-15的釋放曲線可見該體系在pH 7.4時具有良好的釋放性能，但是在pH 4.0時的釋放量非常小。在pH 7.4的釋放過程中，Chit/COOH/SBA-15體系在1 h釋放45%的藥物，在經(jīng)過12 h釋放了近50%。在pH 4.0的環(huán)境下包裹的分子篩的釋放能力明顯降低，其經(jīng)過24 h只釋放低于20%的鹽酸二甲雙胍。這是因為殼聚糖在這個體系起到了pH控制閥的作用。當在低pH環(huán)境中，殼聚糖與分子篩上的羧基氫鍵作用力較強阻塞孔道，因此藥物釋放量降低；反之當在高pH環(huán)境下，殼聚糖與分子篩上的羧基氫鍵作用力較弱，因此藥物釋放量升高。

4 結(jié)論

本試驗主要合成了一個新型的pH敏感的藥物靶向釋放系統(tǒng)，這個釋放系統(tǒng)采用殼聚糖包覆COOH/SBA-15片劑而形成，該系統(tǒng)藥物釋放在胃液中受到抑制，而盡量多的釋放到小腸液中，因此可以針對小腸病變形成靶向釋放的效果。從而能夠極大地增加了藥效，降低毒副作用，該系統(tǒng)將具有很好的應用前景。

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