李孟軒， 王 瑞， 劉 星， 丁艷然(1.天津工業(yè)大學 紡織學院， 天津 300387； 2.天津工業(yè)大學 先進紡織復合材料教育部重點實驗室， 天津 300387)

微膠囊是一種能夠包覆和保護某些物質的具有核殼結構的半透性或密封性的微米級“容器”[1]，其直徑一般為 1～1 000 μm。在藥物緩釋方面，微膠囊既可作為藥物載體單獨使用[2-3]，也可通過后整理與紡織材料相結合制成一些具有抗菌和保健功能的紡織復合材料使用。根據(jù)壁材、芯材的特性，藥物芯材的緩釋機制可分為擴散控制、溶蝕控制、溶脹控制和滲透壓控制4種類型[4]。對于大多數(shù)微膠囊來說，藥物芯材的釋放不一定只遵循單一的緩釋機制，還可能是由幾種釋放機制共同控制進行的。Korsmeyer等[5]在Zero-order模型、First-order模型和Higuchi模型的基礎[6]上建立了Korsmeyer-Peppas經驗模型[7]，可通過釋放參數(shù)n的取值來判別微膠囊中藥物的釋放機制：當n≤0.45時，藥物釋放以菲克擴散為主；當0.450.89時，則以溶蝕為主。

老鸛草(GWM)是我國藥典收載的一種中草藥，具有抗炎、鎮(zhèn)痛、抗病毒等多種功效,常被制作成精油、軟膏和藥浴包等外用制劑用于治療風濕痹痛，筋骨麻木，具有很好的治療效果[8]，但此類制劑在使用中存在的施用不便，容易污染衣物的問題，限制了老鸛草的應用范圍。目前，國內外研究者對老鸛草的提取方法、化學成分和各成分的藥理作用進行了較為深入的研究[9-10]，但對于老鸛草緩釋制劑的研究并不多見。

針對上述問題，本文研究設計并制備了一種新型的藥物緩釋紡織復合材料。采用界面聚合法以聚乙烯醇(PVA)為壁材，以老鸛草提取物為芯材制備緩釋微膠囊，再以水性聚氨酯(PU)為涂層劑通過干法涂層制成。通過對其緩釋性的測試和評價，探討了藥物芯材的緩釋機制。該復合材料在受到汗液浸潤的條件下即可實現(xiàn)藥物的釋放，可作為紡織服裝產品的內襯使用，在穿著過程中實現(xiàn)藥物的緩慢釋放，有效避免多次用藥和污染衣物。

1 實驗部分

1.1 材料與設備

實驗材料：聚乙烯醇(PVA，分析純，相對分子質量為 1 788±50，成都市科龍化工試劑廠)，戊二醛(25%，天津市大茂化學試劑廠)，Span-80(化學純，上海審宇醫(yī)藥化工有限公司)，鹽酸(36%，西安化學試劑廠)，氫氧化鈉(分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司)，正己烷(分析純，天津市致遠化學試劑有限公司)，老鸛草提取物(10∶1，西安潤雪生物科技有限公司)，水性聚氨酯乳液(PU，PU-2891，廣州譽恒環(huán)保材料有限公司)，乳化劑辛烷基苯酚-10(OP-10化學純，天津市致遠化學試劑有限公司)，磷酸鹽緩沖溶液(PBS，pH=6.86，上海虹北試劑有限公司)。

實驗設備：S4800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(日本日立公司)，TENSOR37型傅里葉紅外光譜儀(德國布魯克公司)，STA 449F3型熱重分析儀(德國耐馳公司)，UV2401PC型紫外-可見分光光度儀(日本島津公司)。

1.2 老鸛草微膠囊的制備

將質量分數(shù)為5%的老鸛草提取物水溶液3 g與質量分數(shù)為4%的聚乙烯醇水溶液3 g混合后加入盛有60 mL正己烷的錐形瓶中，同時加入0.3 g乳化劑Span-80。隨后在40 ℃水浴中以500 r/min磁力攪拌20 min。然后，升溫至60 ℃，逐滴加入2.5 mL經鹽酸酸化的質量分數(shù)為25%的戊二醛溶液，在500 r/min 磁力攪拌條件下繼續(xù)反應60 min。反應結束后以質量分數(shù)為5%的氫氧化鈉溶液和鹽酸調整反應體系pH值至7得到微膠囊懸浮液。微膠囊懸浮液經過抽濾，蒸餾水洗滌，室溫干燥24 h即可得到老鸛草微膠囊。

1.3 復合織物的制備

稱取1.0 g老鸛草微膠囊放入燒杯中，加入0.05 g乳化劑OP-10。向燒杯中加入PU與蒸餾水等質量混合的黏合劑，配制成微膠囊質量分數(shù)為2%的涂層整理液。采用干法涂層的方式將整理液涂覆到純棉針織物上，在50 ℃預烘2 min，80 ℃焙烘5 min制成復合織物。

1.4 老鸛草微膠囊及復合織物的測試與表征

1.4.1形貌與粒徑分析

使用導電膠將所制備的老鸛草微膠囊黏附于載物臺上，表面噴金處理后，使用S-4800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡進行觀察，并使用Nanomeasurer粒徑分析軟件對老鸛草微膠囊SEM照片進行粒徑標定與測量，統(tǒng)計微膠囊粒徑分布并求得數(shù)均粒徑，樣本容量為300。

使用導電膠將所制備的復合織物樣本黏貼于載物臺上，表面噴金處理后，使用S-4800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡進行觀察。

1.4.2紅外光譜表征

為驗證微膠囊的包覆效果，分別將老鸛草提取物、空白微膠囊和老鸛草微膠囊與溴化鉀混合壓片后使用TENSOR37型傅里葉紅外光譜儀在4 000～500 cm-1范圍內進行光譜掃描。

1.4.3熱重分析

為探究老鸛草微膠囊在整理過程中可耐受的最高溫度，使用STA 449F3型熱重分析儀對老鸛草提取物、老鸛草微膠囊進行熱失重測試。測溫區(qū)間為40～600 ℃，升溫速率為10 ℃/min，氣氛為N2，流速為50 mL/min。

1.4.4載藥率測試

取一定量的老鸛草微膠囊，使用瑪瑙研缽研磨20 min后，加入10 mL PBS溶解，定容至25 mL。經超聲20 min后，離心，取上清液使用紫外-可見分光光度儀在310.5 nm處測定吸光度。根據(jù)前期試驗測定的吸光度-濃度標準曲線計算試樣中老鸛草提取物濃度c(式(1))。根據(jù)式(2)計算老鸛草微膠囊載藥率P。

c=2.36x+0.03 (R2=0.999 3)

(1)

(2)

式中：c為老鸛草提取物濃度，mg/mL；x為吸光度；P為載藥率，%；V為溶出液體積，mL；m為老鸛草微膠囊干態(tài)質量，mg。

1.4.5緩釋性能測試及緩釋模型擬合

將2 mg老鸛草微膠囊樣本加入到20 mL PBS中，在36 ℃水浴、100 r/min攪拌速度的條件下進行溶出。在溶出過程中按一定的時間取樣，在1～12 h內取樣間隔為1 h，在12～24 h內取樣時間間隔為3 h。每次取樣量為5 mL，取樣完畢后向溶出體系中補充等體積PBS。使用紫外-可見分光光度儀測試各樣本在310.5 nm處的吸光度。各點的累積釋放量Mt按式(3)計算。各取樣時間點的累積釋放度Ft按式(4)計算。使用Korsmeyer-Peppas模型對釋放度曲線進行非線性擬合，求得其釋放參數(shù)，并根據(jù)釋放參數(shù)取值判別其緩釋機制。

(3)

(4)

式中：Mt為t時刻老鸛草提取物累積釋放量，mg；V1為溶出液總體積，mL；V2為取樣體積，mL；cn為第n次取樣后溶出液中藥物濃度，mg/mL；Ft為t時刻的累積釋放度，%；P為老鸛草微膠囊載藥率，%；m為老鸛草微膠囊質量，mg；F為累積釋放度%。

1.4.6復合織物緩釋性能測試

取一定量復合織物按1.4.5節(jié)所述方式，以PBS為溶出介質進行24 h釋放實驗，并計算各時間點復合織物中藥物的釋放度。復合織物的載藥率按照下式計算：

(5)

式中：Pt為復合織物的載藥率，%；mw為涂層后復合織物的濕態(tài)質量，g；m0為涂層前織物的質量，g；P為微膠囊載藥率，%；cm為涂層劑中微膠囊的含量，%；md為涂層后復合織物的干態(tài)質量，g。

2 結果與討論

2.1 老鸛草微膠囊的形貌與粒徑分析

老鸛草微膠囊的外觀形貌如圖1所示。由圖1(a)可看出完整的微膠囊表面光滑致密，呈球形，黏連較少。由圖2(b)可看出，老鸛草微膠囊具有明顯的核-殼結構，囊壁較薄。

圖1 老鸛草微膠囊SEM形貌圖(×2 000)Fig.1 SEM images of GWM microcapsule (× 2 000). (a) Intact microcapsules; (b) Broken microcapsule

微膠囊的粒徑分布如圖2所示，從粒徑分析結果可看出，微膠囊的粒徑在12.1～39.0 μm之間，基本呈正態(tài)分布，平均粒徑為23.9 μm，分布較窄。

圖2 老鸛草微膠囊的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of GWM microcapsules

2.2 紅外光譜表征

老鸛草提取物、微膠囊和壁材的紅外光譜測試結果如圖3所示。

圖3 老鸛草提取物、微膠囊和壁材的紅外光譜圖Fig.3 FTIR spectra of GWM extracts, GWM microcapsules and wall matrials

老鸛草提取物的紅外光譜在 1 167.46、1 027.53 cm-1處出現(xiàn)C—O鍵伸縮振動峰，在767.14 cm-1處出現(xiàn)—OH彎曲振動峰，表明老鸛草提取物中可能存在多酚類物質[11]。在壁材紅外圖譜(圖3(c))中：2 927.78 cm-1處出現(xiàn)的C—H伸縮振動峰是由聚乙烯醇碳鏈振動引起的；1 719.25 cm-1處出現(xiàn)的C—O鍵伸縮振動峰是由聚乙烯醇分子鏈中未參與交聯(lián)反應的醇羥基振動產生的；在 1 144.38 cm-1處出現(xiàn)的C—O伸縮振動峰表明聚乙烯醇大分子與戊二醛發(fā)生交聯(lián)反應形成囊壁[11]。老鸛草微膠囊的紅外圖譜(圖3(b))中 1 144.38 cm-1和1 024.53 cm-1處出現(xiàn)的多酚類C—O伸縮振動峰，以及在2 928.87、1 732.96 cm-1處和 1 144.38 cm-1處出現(xiàn)的壁材特征峰，表明老鸛草提取物被成功包覆，也表明芯材和壁材并未發(fā)生化學反應[12]。

2.3 耐熱性測試

熱重分析測試結果如圖4所示?？梢钥闯觯豪消X草提取物在加熱到246 ℃時開始出現(xiàn)大幅度質量損失；而空白微膠囊在加熱到322 ℃開始出現(xiàn)明顯質量損失；老鸛草微膠囊在加熱到325 ℃時才開始出現(xiàn)明顯質量損失。相比老鸛草提取物，老鸛草微膠囊耐熱性提高了約32.1%?？瞻孜⒛z囊與老鸛草微膠囊相似的熱力學曲線也能夠表明老鸛草提取物被成功包覆。由圖中還可看出，老鸛草微膠囊可在325 ℃以下保持穩(wěn)定，這表明微膠囊可以在焙烘過程的高溫[13-14]環(huán)境中對藥物芯材起到很好的保護作用，避免藥物流失。

圖4 老鸛草提取物與老鸛草微膠囊熱重分析曲線Fig.4 TG curves of GWM extracts and GWM microcapsules

2.4 載藥和緩釋效果分析

PVA壁材在吸附水蒸氣后，會發(fā)生一定程度的溶脹，網狀結構會變得較為松散，使得藥物更容易釋放出來，這種結構的變化會隨著濕度的增大而愈加明顯[15]。為快速測定老鸛草微膠囊的緩釋性能，測試中使用PBS作為模擬汗液釋放介質，在微膠囊被完全浸潤的極限條件下進行累計釋放度測試。

載藥率是表征老鸛草微膠囊緩釋性能的基礎，老鸛草微膠囊的載藥率是按1.4.4測試并按照式(2)計算的。經計算，老鸛草微膠囊的載藥率約為33.0%，根據(jù)載藥率計算得到的累積釋放度曲線及其模型擬合曲線如圖5所示?？梢钥闯觯何⒛z囊在完全浸潤的條件下可實現(xiàn)超過24 h的持續(xù)釋放；釋放初期老鸛草微膠囊中藥物有一定的“突釋”現(xiàn)象[16]，釋放較快，釋放量較大，隨著時間的推移，單位時間內的釋放量趨于穩(wěn)定，釋放后期因為囊芯處藥物的減少，單位時間內的釋放量也逐漸減少。

圖5 老鸛草微膠囊和復合織物的釋放度曲線Fig.5 Release degree curves and fitting curves of GWM microcapsules and compound fabric

為判別不同釋放階段的釋放模式，對不同釋放時間段老鸛草微膠囊釋放進行了模型擬合，擬合結果如表1所示?？梢钥闯?，微膠囊中藥物的釋放主要呈兩相模式進行，在最初的3 h內藥物釋放較快，此時的釋放參數(shù)為0.640，介于0.45～0.89之間，因此，釋放主要通過非菲克擴散方式進行，這說明前3 h內老鸛草微膠囊中藥物釋放主要以淺表釋放為主[17]。在儲存于囊心處的藥物通過囊壁向外擴散的同時，混入囊壁中的部分藥物隨著釋放介質的不斷浸潤而逐漸釋放出來。3 h以后微膠囊中藥物進入緩釋階段，釋放速率有所減緩，擬合模型中的釋放參數(shù)為0.406，小于0.45，說明此時間段內藥物的釋放以菲克擴散為主，囊心處的藥物被釋放介質溶解后通過囊壁向外緩慢擴散。結合紅外光譜和熱重分析結果可以表明，老鸛草提取物被成功包覆在微膠囊中并具有較好的緩釋能力。

表1 老鸛草微膠囊各釋放階段模型擬合結果Tab.1 Fitting results of GWM microcapsules in different periods

2.5 復合織物的形貌分析

復合織物的顯微形貌如圖6所示。可以看出，復合織物上附著有較多的微膠囊，分布較為均勻，從照片中能清晰地看出構成織物紗線的纖維結構。這是由于PU黏合劑對棉織物的浸潤效果較好，部分黏合劑在整理過程中滲入纖維內部，所以，成膜較薄，在顯微鏡下可以清晰地看到織物和紗線的結構；但滲入紗線的黏合劑對紗線和織物內部結構影響較大，使整理后的織物柔軟度和手感有所下降。

圖6 復合織物的顯微形貌照片(×200)Fig.6 SEM image of compound fabric(×200)

2.6 復合織物的載藥和緩釋效果分析

經計算，聚氨酯整理復合織物的載藥率為0.35%。復合織物的累積釋放度曲線和模型擬合曲線如圖5所示，在24 h的強制釋放時間內，藥物釋放超過70%，具有較明顯的緩釋效果。復合織物在相同釋放時間內的藥物釋放度低于微膠囊中藥物的釋放度，這說明涂層整理后附著于微膠囊表面的PU黏合劑對微膠囊中藥物的釋放有一定的阻礙作用。

復合織物各階段的Korsmeyer-Peppas模型擬合結果如表2所示。復合織物的釋放模式與微膠囊相似，但淺表釋放的時間較微膠囊更長，這說明PU黏合劑對老鸛草微膠囊也具有一定的滲透效果，滲入囊壁中的PU黏合劑阻塞了囊壁中的一些孔隙，使囊壁更加致密，不利于PBS的浸潤，阻礙了淺表處的藥物溶出，導致淺表釋放時間延長。

表2 復合織物各釋放階段模型擬合結果Tab.2 Fitting results of compound fabric in different periods

3 結 論

1) 所制備的老鸛草微膠囊表面光滑，平均粒徑為23.9 μm，且分布均勻。微膠囊的載藥率為33.0%，在325 ℃以下保持熱穩(wěn)定，可用于后續(xù)與織物的涂層整理加工。此微膠囊具有較好的緩釋性，在PBS模擬汗液中的釋放遵循非菲克擴散規(guī)律。

2) 老鸛草微膠囊與織物復合后在PBS中的釋放仍遵循非菲克擴散規(guī)律，但釋放量有所減少，釋放時間稍有延長。該微膠囊復合織物可以用于藥物的承載和緩釋。

FZXB

[1] 王瑞，陳旭，吳炳洋，等. 正二十烷/海藻酸鈉微膠囊的銳孔凝固浴法制備[J]. 紡織學報, 2016, 37(7): 82-87.

WANG Rui，CHEN Xu，WU Bingyang，et al. Preparation of n-eicosane/sodium alginate phase change microcapsules by hole-coagulation bath [J]. Journal of Textile Research, 2016,37(7): 82-87.

[2] CHAKKARAPANI P, SUBBIAH L, PALANISAMY S, et al. Encapsulation of methotrexate loaded magnetic microcapsules for magnetic drug targeting and controlled drug release [J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2015, 380: 285-294.

[3] SHI F, ZHANG Y, YANG G, et al. Preparation of a micro/nanotechnology based multi-unit drug delivery system for a Chinese medicine Niuhuang Xingxiao Wan and assessment of its antitumor efficacy [J]. International Journal of Pharmaceutics, 2015, 492: 244-247.

[4] 許時嬰，張曉鳴，夏書芹. 微膠囊技術:原理與應用[M]. 北京： 化學工業(yè)出版社, 2006: 170-175.

XU Shiying, ZHANG Xiaoming, XIA Shuqin. Microcapsule Technology: Theory and Applica-tion [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2006: 170-175.

[5] COSTA P. An alternative method to the evaluation of similarity factor in dissolution testing [J]. International Journal of Pharmaceutics, 2001, 220: 77-83.

[6] JAIN A, JAIN S K. In vitro release kinetics model fitting of liposomes: an insight [J]. Chemistry & Physics of Lipids, 2016, 201: 28-40.

[7] HUANBUTTA K, NERNPLOD T, AKKARA MONGK-OLPORN P, et al. Design of porous Eudragit? L beads for floating drug delivery by wax removal technique [J]. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences, 2016, 12(3):227-234.

[8] 賀海波，熊超，郭力城，等. ITS2序列鑒定多基原藥材老鸛草[J]. 中國藥學雜志, 2015(17): 1505-1511.

HE Haibo, XIONG Chao, GUO Licheng, et al. Identification of Geranii herbae using ITS2 se-quence [J]. Chinese Journal of Pharmaceuticals, 2015(17): 1505-1511

[9] 周慶頌，孫若飛，李笑然，等. 不同產地老鸛草中有效成分的測定[J]. 華西藥學雜志, 2015, 30(4): 465-468.

ZHOU Qingsong, SUN Ruofei, LI Xiaoran, et al. Determination of Components in Geranii Herba form the different origins [J]. West China Journal Pharmaceutical Sciences, 2015, 30(4):465-468.

[10] LIU D, MA Y, WANG Y, et al. One-step separation and purification of hydrolysable tannins from Geranium wilfordii Maxim by adsorption chromatography on cross-linked 12% agarose gel[J]. Journal of Separation Science, 2011, 34(9): 995-998.

[11] MANSUR H S, SADAHIRA C M, SOUZA A N, et al. FTIR spectroscopy characterization of poly (vinyl alcohol) hydrogel with different hydrolysis degree and chemically crosslinked with glutaraldehyde [J]. Materials Science and Engineering: C, 2008, 28(4): 539-548.

[12] HUANG Y, ZHANG H, WAN X, et al. Carbon nanotube enhanced double-walled phase-change microcapsules for thermal energy storage[J]. Journal of Materials Chemistry, 2017, 5(16): 7482-7493.

[13] 趙雪. 殼聚糖胍鹽酸鹽的制備及其在羊毛織物抗菌整理中的應用[J]. 紡織學報, 2015,36(4): 92-96.

ZHAO Xue. Preparation of chitosan guanidine hydrochloride and application thereof in antimicrobial finishing of wool fabric [J]. Journal of Textile Research, 2015,36(4):92-96.

[14] 黃益，王權威，孟一丁，等. 苧麻織物的檸檬酸/多元醇抗皺整理[J]. 紡織學報, 2017,38(5): 104-109.

HUANG Yi, WANG Quanwei, MENG Yiding, et al. Anit-crease finishing of ramie fabrics with citric acid polyol [J]. Journal of Textile Research, 2017,38(5):104-109.

[15] 陳默，王志偉，胡長鷹，等. 濕度對聚乙烯醇膜阻隔性能的影響[J]. 高分子材料科學與工程, 2009(8): 61-63.

CHEN Mo, WANG Zhiwei, HU Changying, et al. Effect of relative humidity on barrier properties of polyvinyl alcohol films [J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2009(8): 61-63.

[16] 張維，李秋瑾，張健飛. 層層組裝微膠囊的制備及其緩釋性能[J]. 紡織學報, 2015,36(3): 58-62.

ZHANG Wei, LI Qiujin, ZHANG Jianfei, Preparation and controlled release of microcapsules via layer-by-layer assembly [J]. Journal of Textile Research, 2015,36(3): 58-62.

[17] 竇鵬，張華，張雯. 鹽酸青藤堿聚乙烯醇微膠囊的制備及體外釋放機制考察[J]. 中國實驗方劑學雜志, 2012, 18(24): 49-52.

DOU Peng, ZHANG Hua, ZHANG Wen. Optimization of preparation technology and investigation of in virto release mechanism of sinomenine hydrocholoride-polyvinyl alcohol microcapsules [J]. Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae, 2012, 18(24): 49-52.