戴肖南 王其鵬

(山東輕工業(yè)學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，濟(jì)南 250353)

大黃素/Mg-Al-LDHs納米雜化物的制備及緩釋性能研究

戴肖南＊王其鵬

(山東輕工業(yè)學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，濟(jì)南 250353)

以Mg-Al型層狀雙金屬氫氧化物(Mg-Al-LDHs)為載體，將大黃素分子通過二次組裝法成功插入其層間，得到大黃素/Mg-Al-LDHs納米雜化物。XRD結(jié)果顯示，Mg-Al-LDHs粒子層間距由0.48 nm增大到3.35 nm。差熱曲線(DTA曲線)分析結(jié)果表明，該納米雜化物分子中大黃素的分解溫度比純大黃素的分解溫度高50℃。分別在pH 4.8和pH 7.5的緩沖溶液中測(cè)定了大黃素/LDHs的緩釋性能，結(jié)果表明大黃素/LDHs的藥品釋放速率明顯低于二者的物理混合物，并探討了釋放機(jī)理。

層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)；大黃素；插層；緩釋

載體藥物是隨著藥物學(xué)研究、生物材料科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展而新興的給藥技術(shù)。藥物通過載體進(jìn)入人體，載體對(duì)藥物吸附、包裹和鍵合，使藥物釋放部位、速度和方式等具有選擇性和可控性，實(shí)現(xiàn)藥物的緩釋和靶向傳輸，從而更好地提高藥物治療效率。載體藥物技術(shù)的關(guān)鍵是載體材料的選擇，它必須滿足組織、血液、免疫等生物兼容性的要求[1]。層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)作為載體材料具有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)，其生物相容性好，可生物降解，在細(xì)胞內(nèi)的酸性環(huán)境中可溶解為離子，通過細(xì)胞膜離子通道外排，并可提高藥物輸送效率，有效實(shí)現(xiàn)藥物的控制釋放，明顯降低藥物分子的酶降解作用。

LDHs是由二價(jià)金屬離子及三價(jià)金屬離子組成的具有水滑石層狀結(jié)構(gòu)的氫氧化物，其化學(xué)通式為[2]：[M2+1-xM3+x(OH)2]x+An-x/n·mH2O，式中 M2+指二價(jià)金屬陽離子，M3+指三價(jià)金屬陽離子，A是價(jià)數(shù)為n的層間陰離子，m為結(jié)晶水的物質(zhì)的量數(shù)；x為三價(jià)陽離子占陽離子總量的物質(zhì)的量比，通常在0.16～0.33范圍內(nèi)變化。因同晶置換LDHs片層帶結(jié)構(gòu)正電荷[3]，層間吸附陰離子以維持電中性。層間陰離子具有可交換性，因此可將藥物分子引入層間。

大黃素(別名朱砂蓮甲素，1，3，8-三羥基-6-甲基蒽醌)是從蓼科植物虎杖的干燥莖和根中提煉出的一種具有多種生物活性作用的藥物，如抗感染、抗病毒、免疫抑制、保肝、抗腫瘤、抑制細(xì)胞增生、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、組織腫瘤的轉(zhuǎn)移、及抑制蛋白激酶等[4-8]。它的結(jié)構(gòu)式為：

圖1 大黃素分子結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Molecular structure of emodin

大黃素溶解度較大，普通制劑服用后在胃中快速釋放形成局部高濃度，會(huì)導(dǎo)致胃灼燒等不良反應(yīng)，且作用時(shí)間較短，不能很好地發(fā)揮藥效。本文通過二次組裝法[9-10]將大黃素插入到Mg-Al-LDHs層間，得到的大黃素/Mg-Al-LDHs納米雜化物，該雜化物保持了大黃素的分子結(jié)構(gòu)和原有性質(zhì)，并且能有效地控制藥物的快速釋放，延長藥物的作用時(shí)間，降低毒副作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 共沉淀法[11]制備大黃素/LDHs納米粒子

將 4.00 g NaOH(AR，135 mmol)和 8.00 g 大黃素(江蘇淮安巍偉植化研究所，AR)的水溶液(AR，315 mL)迅速加入到強(qiáng)烈攪拌的含有 9.15 g MgCl2·6H2O(AR，45 mmol)和 3.62 g，AlCl3·6H2O(AR，15 mmol)的鹽溶液(120 mL)中，用 2 mol·L-1的 HCl溶液調(diào)節(jié)pH=9.3±0.1。 室溫條件下攪拌 0.5 h，將所得溶液在80℃老化24 h，將所的產(chǎn)物過濾、洗滌、干燥。

1.2二次組裝法制備大黃素/LDHs納米粒子

1.2.1 Mg-Al-SDS-LDHs 前驅(qū)體的制備

將 4.00 g NaOH(135 mmol)和 6.49 g 十二烷基硫酸鈉(SDS，上海展云化工有限公司，分析純)的水溶液(315 mL)迅速加入到強(qiáng)烈攪拌的含有9.15 g，MgCl2·6H2O(45 mmol)和 3.62 g AlCl3·6H2O(15 mmol)的鹽溶液(120 mL)中，用 2 mol·L-1的 HCl溶液調(diào)節(jié)pH=9.3±0.1。室溫條件下攪拌 0.5 h，將所得溶液在80℃老化24 h，將所得產(chǎn)物過濾、洗滌、干燥。

1.2.2 大黃素/LDHs納米粒子的制備

將1 g大黃素溶于80 mL CH3CH2OH中，快速攪拌下加入1.5 g SDS-LDHs，在60℃和氮氛條件下回流48 h，將所得產(chǎn)物老化、洗滌、干燥。

1.3 樣品表征

D/mar-rAX型X-射線衍射儀(德國布魯克公司)測(cè)定LDHs的衍射圖譜，加速電壓40 kV，電流40 mA，掃描速度 10°·min-1，掃描步長 0.03°，角度范圍 5°～70°Cu靶，射線波長 λ=0.154 1 nm， 石墨單色器；IRprestige-21紅外光譜儀(日本島津公司)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行紅外分析，掃描波束范圍為4000～400 cm-1，KBr壓片；TAQ-10DSC差式掃描量熱儀(美國TA公司)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行熱性能分析，升溫速率為10℃·min-1，溫度區(qū)間為20～520℃；UV-1700型紫外可見分光光度計(jì)(杭州琪諾儀器設(shè)備有限公司)測(cè)定吸光度。

1.4 釋放率測(cè)定

將大黃素原料藥溶于甲醇中配置成系列濃度溶液，以甲醇作為參比，用紫外-可見分光光譜儀測(cè)其吸光度，最大吸收波長為288.2 nm，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，得出線性方程為 A=178.23c+0.059 1(線性回歸系數(shù)r=0.9999)，其中A為吸光度，c為大黃素的濃度(mg·mL-1)。

稱取 0.003 g的大黃素/LDHs， 用 10 mL的 1 mol·L-1HCl溶解，用甲醇定容至 10 mL。 用紫外-可見分光光譜儀測(cè)其吸光度，對(duì)照大黃素標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計(jì)算出樣品中大黃素的質(zhì)量，通過與大黃素/LDHs的質(zhì)量相比較，得出樣品的載藥量(w/w)。

依照中國藥典1995版釋放率測(cè)定第一法，以pH 4.8和pH 7.5磷酸鹽和乙醇的緩沖溶液200 mL為介質(zhì)，溫度(37±0.1)℃，轉(zhuǎn)速為 100 r·min-1，每隔一定時(shí)間取樣5 mL，立即經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾，測(cè)定吸光度，計(jì)算藥物的累積釋放量。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD及IR結(jié)果分析

圖2是LDHs及大黃素/LDHs的XRD圖(圖中a，b，c 通過共沉淀法制得，d，e 通過二次組裝法得到)。圖中譜線a是層間陰離子為Cl-的Mg-Al-LDHs的XRD圖，圖中出現(xiàn)了相對(duì)衍射強(qiáng)度較大的水滑石特征衍射峰，即(003)、(006)及(009)晶面的衍射峰，且 d003=2d006=3d009；3個(gè)峰所對(duì)應(yīng)的 2θ值分別為12.3°、24.8°、37.4°。 未發(fā)現(xiàn)其他特征衍射峰，基線低且平穩(wěn)， 結(jié)晶度較好，d003=0.76 nm，LDHs層板厚度為 0.48 nm[12]，故層間距為 0.28 nm[13]。譜線 b 為共沉淀法得到的大黃素/LDHs，與Mg-Al-LDHs相比，其譜線幾乎沒有發(fā)生變化，d003仍為0.76 nm，表明大黃素沒有插入到Mg-Al-LDHs層間；通過計(jì)算得知大黃素藥物的分子長度和厚度分別為0.86 nm和0.54 nm，以上結(jié)果表明大黃素?zé)o法通過共沉淀法進(jìn)入到LDHs層間[14]，實(shí)驗(yàn)過程中我們測(cè)得的大黃素在LDHs片層外表面的最大吸附量為7%。譜線c為Mg-Al-SDS-LDHs的 XRD圖，LDHs的 003衍射峰向小角度位移到 2θ=3.2°，對(duì)應(yīng)的 d003=2.97 nm，與Mg-Al-LDHs相比，層間距大幅增加。圖3是大黃素/LDHs的紅外光譜圖，對(duì)比圖3紅外光譜圖中曲線a，c及 d的光譜數(shù)據(jù)，2 922 cm-1處及 2846 cm-1處為-CH2-伸縮振動(dòng)吸收峰，1217 cm-1處為磺酸基的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰；結(jié)合XRD及IR結(jié)果分析表明SDS已插入到LDHs層間。譜線d和e是離子交換法得到的大黃素/LDHs的XRD圖，其(003)衍射峰所對(duì)應(yīng)的 2θ=3.0°，d003分別為 3.01 nm 和 3.35 nm，層間距進(jìn)一步增加；對(duì)比圖3中曲線b，e及f的光譜數(shù)據(jù)，762 cm-1處出現(xiàn)了鄰二取代芳烴的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，1 623 cm-1出現(xiàn)了羰基的伸縮振動(dòng)吸收峰，3 387 cm-1處為大黃素分子締合羥基伸縮振動(dòng)峰；結(jié)合XRD及IR結(jié)果分析表明大黃素已插入到LDHs層間,且隨載藥量的增加,層間距增大。

圖2 LDHs及大黃素/LDHs的XRD圖(a)Mg-Al-LDHs;(b)大黃素/LDHs(共沉淀法，載藥量7%);(c)Mg-Al-SDS-LDHs,(d)大黃素/LDHs(二次組裝法，載藥量 15.25%);(e)大黃素/LDHs(二次組裝法，載藥量 20.12%)Fig.2 XRD patterns for LDHs and emodin/LDH(a)Mg-Al-LDHs;(b)emodin/LDHs((co-precipitation method);(c)Mg-Al-SDS-LDHs;(d)emodin/LDHs(re-assemble method，15.25%);(e)emodin/LDHs(re-assemble method，20.12%)

圖3 大黃素/LDHs的FTIR譜圖(a)SDS;(b)大黃素;(c)Mg-Al-LDHs;(d)SDS-LDHs;(e)大黃素/LDHs(15.25%);(f)大黃素/LDHs(20.12%)Fig.3 FTIR spectra of emodin/LDHs(a)SDS;(b)pure emodin;(c)Mg-Al-LDHs;(d)SDS-LDHs;(e)emodin/LDHs(15.25%);(f)emodin/LDHs(20.12%)

2.2 差熱分析

圖4為TG(A，熱重曲線)和DTA(B)測(cè)定結(jié)果，SDS為基準(zhǔn)樣品。由TG結(jié)果可知,在溫度190～280℃區(qū)間內(nèi)，SDS重量損失為70%左右。DTA曲線在121℃，203℃，230℃和275℃各出現(xiàn)一個(gè)吸熱峰，314℃出現(xiàn)一個(gè)比較寬的放熱峰，這是由于SDS的分解造成的。

圖4 大黃素/LDHs的TG(A)和DTA(B)曲線(a)SDS;(b)大黃素;(c)Mg-Al-LDHs;(d)SDS-LDHs;(e)大黃素/LDHsFig.4 TG(A)and DTA(B)curves of(a)SDS;(b)emodin;(c)Mg-Al-LDHs;(d)SDS-LDHs;(e)emodin/LDHs

與SDS的熱分解曲線相比，SDS-LDHs在溫度為89℃左右時(shí)質(zhì)量略有下降，這是由于LDHs層間水分子的失去引起的，在200～400℃范圍內(nèi)有一個(gè)明顯質(zhì)量下降過程，質(zhì)量損失為40%左右。當(dāng)溫度高于400℃時(shí)，SDS-LDHs的質(zhì)量趨于穩(wěn)定，這是因?yàn)镾DS分解完全，LDHs在此溫度下比較穩(wěn)定。由上可知，SDS-LDHs將大黃素的穩(wěn)定性提高很多。

大黃素TG結(jié)果如圖4(A)中曲線b，DTA結(jié)果如圖4(B)中曲線b，質(zhì)量損失的溫度區(qū)間為260～340℃，在256℃和356℃分別有2個(gè)吸熱峰，第一個(gè)在熔化過程中出現(xiàn)，第二個(gè)發(fā)生在熱分解過程中并伴隨著明顯的失重現(xiàn)象，由以上可知大黃素的熱分解溫度為356℃[15]。

一般認(rèn)為，煅燒類水滑石的第一階段(低于200℃)先失去水滑石層間水，此時(shí)仍保持層狀結(jié)構(gòu)；第二階段(250～450 ℃)層板上的 OH-脫水，CO32-分解放出CO2，層狀結(jié)構(gòu)開始破壞，形成混合金屬氧化物的固態(tài)溶液[16]。

大黃素插入到SDS-LDHs層間形成大黃素/LDHs時(shí)，由熱重曲線(TG曲線)知，當(dāng)溫度高于450℃時(shí)，大黃素/LDHs仍然有一個(gè)顯著的失重過程，由DTA曲線知，在溫度為410℃時(shí)，有一個(gè)強(qiáng)吸熱峰，可判斷是由于大黃素分解造成的。由以上可以判斷，大黃素插層進(jìn)入LDHs后其熱穩(wěn)定性提高。

2.3 大黃素/LDHs的緩釋性能和釋放機(jī)理

圖5 大黃素/LDHs在不同pH緩沖溶液的釋放曲線Fig.5 Release properties of emodin from LDHs hosts,the physical mixture an pristine emodin at pH 4.8 and pH 7.5

圖5為大黃素和LDHs的物理混合物以及大黃素/LDHs在pH 4.8和7.5緩沖溶液中的釋放曲線。圖5結(jié)果顯示大黃素和LDHs物理混合物在5 min內(nèi)就完全釋放完畢，而大黃素/LDHs在100 min后才基本釋放完畢。此結(jié)果表明，大黃素/LDHs明顯提了大黃素的緩釋性能。對(duì)比大黃素/LDHs在pH 4.8和pH 7.5磷酸鹽緩沖溶液中的釋放行為，發(fā)現(xiàn)其釋放率受介質(zhì)pH影響顯著。大黃素/LDHs在pH 7.5緩沖溶液中的釋放速率明顯低于在pH 4.8的緩沖溶液中的釋放速率。在pH 4.8和pH 7.5緩沖溶液中其緩釋效果的不同，是由于釋放機(jī)理不同所造成的。在酸性環(huán)境中，LDHs無機(jī)層板會(huì)發(fā)生溶解，層間藥物主要通過載體的溶解釋放出來；在pH高于7的環(huán)境下，LDHs載體很穩(wěn)定，因此藥物的釋放主要通過層板與溶液間的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)[17]。

狗日的牛皮糖，你還敢奚落我?？次也话涯隳菐赘殴切断聛碇鬁?。村長笑，牛皮糖終于咧開嘴笑了。是你先奚落我。

仔細(xì)觀察pH 7.5時(shí)大黃素/Mg-Al-LDHs的釋放曲線，可知大黃素的釋放過程包括兩個(gè)階段。第一階段為短暫的快速釋放過程(0～10 min)，可能是LDHs層片邊緣處弱結(jié)合的大黃素分子及表面吸附的大黃素分子的釋放。第二階段為持續(xù)的緩慢釋放過程，釋放的是大黃素/LDHs層間的藥物分子。基于上述大黃素/LDHs的釋放歷程，可推測(cè)緩沖溶液中H2PO4-和HPO42-依次交換其層片邊緣部位及中心部位的藥物分子。釋放過程的起始階段H2PO4-和HPO42-與LDHs層板邊緣的大黃素分子發(fā)生交換，形成H2PO4-/LDHs相和HPO42-/LDHs相，隨著釋放過程進(jìn)行，H2PO4-/LDHs相(HPO42-/LDHs相)與大黃素/LDHs相之間形成一中間界面相過渡區(qū)的變形結(jié)構(gòu)[18]，此中間界面相的形成對(duì)于被交換的藥物分子向?qū)油獾臄U(kuò)散及更多的H2PO4-和HPO42-向?qū)觾?nèi)的擴(kuò)散均造成阻礙，因而大黃素的釋放在起始的短暫速釋后轉(zhuǎn)為一個(gè)持續(xù)的釋放過程。Ambrogi[19]等在研究布洛芬插層的Mg-Al-LDHs在磷酸溶液中的釋放時(shí)亦有類似的報(bào)道。

Bhaskar方程[20]多用于描述以離子交換樹脂為基體的藥物緩釋過程，反應(yīng)機(jī)理為離子交換過程，粒子層間內(nèi)擴(kuò)散為釋放過程的控制步驟，其表達(dá)式為：

其中x為釋放百分量，d為納米雜化物的平均粒徑，D為藥物在離子交換樹脂中的擴(kuò)散系數(shù)，t為釋放時(shí)間。 斜率 1.59(6/d)1.3D0.65，對(duì)于給定的物質(zhì)，粒徑是固定的，斜率與擴(kuò)散系數(shù)成正比關(guān)系。

采用Bhaskar方程對(duì)大黃素/LDHs在不同pH值緩沖溶液中的釋放曲線進(jìn)行擬合，結(jié)果見圖6及圖 7。 當(dāng) pH=4.8 時(shí)，以-lg(1-x)對(duì) t0.65作圖沒有得到良好曲線(圖6)，說明在酸性環(huán)境中，LDHs無機(jī)層板發(fā)生溶解，層間藥物主要通過載體的溶解釋放出來。由圖7可知，當(dāng)pH 7.5時(shí)，-lg(1-x)與t0.65之間有良好的線性關(guān)系，線性回歸曲線為0.996 7，說明其釋放曲線較好的符合這一模型，釋放行為受擴(kuò)散過程控制。

圖6 pH 4.8緩沖溶液中大黃素/LDHs緩釋Bhaskar模型Fig.6 Release of emodin from the emodin/LDHs as a function LDHs as a function of time 0.65 at pH 4.8

圖7 pH 7.5緩沖溶液中大黃素/LDHs緩釋Bhaskar模型Fig.7 Release of emodin from the emodin/function of time 0.65 at pH 7.5

3 結(jié) 論

(1)采用二次組裝法可將大黃素插入到LDHs層間，且隨載藥量的增加，層間距增大。

(3)大黃素/LDHs超分子結(jié)構(gòu)醫(yī)藥緩釋劑，能控制藥物的釋放速率，具有緩釋作用，在pH=7.5緩沖溶液中的釋放規(guī)律能較好的符合Bhaskar方程。

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Synthesis and Release Behavior of Emodin Intercalated Mg-Al Hydrotalcite-Like Compounds

DAI Xiao-Nan＊WANG Qi-Peng
(Department of Chemical Engineering,Shandong Polytechnic University,Jinan 250353,China)

In this paper,emodins were successfully intercalated into the gallery of Mg-Al hydrotalcite-like compounds (LDHs),to obtain nanohybrids.The results of X-ray powder diffraction (XRD)showed that the interlayer distance of Mg-Al-LDHs was increased from 0.48 nm to 3.35 nm.The DTA results suggested that the discomposition temperature of the nanohybrids increased by 50 ℃ in comparison with that of emodin.The determination results of the drug release indicated that the drug release rate from the emodin/LDHs nanohybrids was much slower than that from the corresponding physical mixture at either pH 4.8 or pH 7.5.The release mechanism was discussed.

layered double hydroxides(LDHs);emodin;intercalation;controlled release

O648.1

A

1001-4861(2012)03-0560-05

2011-08-27。收修改稿日期：2011-12-13。

山東省中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金(No.2007BS04026)資助項(xiàng)目。＊

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