基于海藻酸盐的可生物降解水凝胶用于控制药物输送系统
穆罕默德Sadeghi1*，Fatemeh Shafiei1, Esmat MohammadinAsab1，莱利曼斯尔1以及Mohammad Javad Khodabakhshi1
1化学系，科学教师，伊斯兰亚萨德大学，Arak分公司，阿拉克，伊朗。
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.1.16
本文研究了一种以海藻酸盐和聚丙烯酰胺(PAAm)为基础的高吸水性水凝胶的合成及其溶胀行为。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对产物进行了结构表征。海藻酸-聚丙烯酰胺水凝胶在pH值为3和9时表现出随pH值变化的溶胀-溶胀行为。这种开关行为为水凝胶提供了控制生物活性剂传递的潜力。
藻朊酸盐;丙烯酰胺;水凝胶;布洛芬;药物输送
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基于海藻酸盐的生物可降解水凝胶用于药物控制系统。Curr World Environ 2014;9(1) DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.1.16
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基于海藻酸盐的生物可降解水凝胶用于药物控制系统。2014;9(1)。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=5827
介绍
在各种可能的多糖改性方法中，合成聚合物接枝是一种方便的方法，可以在最小损失底物初始性质的情况下为多糖添加新的性质。利用自由基引发的乙烯基单体与多糖的接枝共聚引起了许多科学家的兴趣。在接枝的单体中，丙烯腈(MAN)是最常用的一种，主要是由于它的接枝效率最高。2 - 3提高接枝共聚物的耐热性，并使接枝产物碱性水解得到吸水性树脂。
本文介绍了一种以海藻酸盐-g-聚丙烯酰胺为基础的新型高吸水性水凝胶的合成。本论文是第一个通过海藻酸酯与乙烯基单体接枝共聚制备超吸收水凝胶的报道。
材料和方法
材料
海藻酸钠(化学级，MW 50000，化学结构)购自德国默克化学公司。过硫酸铵(APS，来自Fluka)和丙烯酰胺(AAm，鹿特丹，荷兰)为分析级，并在接收时使用。所有其他化学物质都是分析级的。
水凝胶的合成程序
一种普遍的一步制备用于合成藻酸盐 - 聚（丙烯酰胺）水凝胶的制备方法，如下进行。将藻酸盐（0.50-1.50g）加入配备有机械搅拌器的三颈反应器（Heidolph RZR 2021，三叶片螺旋桨式，300rpm）中，包括40ml双蒸水。将反应器浸入所需温度的恒温水浴中（35-70O.C)。然后在此温度下加入APS，搅拌30 min(诱导期)，加入一定数量的丙烯酰胺(0.5-4.5 mL)。在规定的时间(30-120 min)后，将得到的水凝胶倒入甲醇(200 mL)中脱水24 h，然后过滤，在60℃烘箱中烘干O.C达到一个恒定的重量。本产品避湿、避热、避光贮存。
药物负载效率和体外药物释放
粉末样品（1g±0.0001），平均粒径在40-60目（250-420μm）之间，精确加重并浸入碱性离菜（IBU，0.54g溶解在50mL蒸馏水中）的碱性溶液中°C 25小时。将用药物溶胀的水凝胶置于真空烘箱中并在37℃下真空干燥。通过使用紫外分光光度计（UV-1201，Shimadzu，Kyoto，Japan）测定的IBU溶液浓度的降低来计算水凝胶中的药物的装载量。基于藻酸盐的水凝胶的加载效率计算为最终IBU浓度的最终比率。
通过将0.01±0.0001g的IBU-0.0001g的IBU-0.0001g IBu-an膜透析袋孵育0.01±0.0001g（D.）进行体外释放（D.9402，Sigma-Aldrich）在37℃下在50ml缓冲溶液（pH 3或9）中。在特定的时间间隔，取出1ml等分试样的样品，并在合适的稀释后通过紫外分光光度计测量释放的药物浓度。
使用以下等式计算药物释放百分比两次。
在各种可能的多糖改性方法中，合成聚合物接枝是一种方便的方法，可以在最小损失底物初始性质的情况下为多糖添加新的性质。利用自由基引发的乙烯基单体与多糖的接枝共聚引起了许多科学家的兴趣。在接枝的单体中，丙烯腈(MAN)是最常用的一种，主要是由于它的接枝效率最高。2 - 3提高接枝共聚物的耐热性，并使接枝产物碱性水解得到吸水性树脂。
本文介绍了一种以海藻酸盐-g-聚丙烯酰胺为基础的新型高吸水性水凝胶的合成。本论文是第一个通过海藻酸酯与乙烯基单体接枝共聚制备超吸收水凝胶的报道。
材料和方法
材料
海藻酸钠(化学级，MW 50000，化学结构)购自德国默克化学公司。过硫酸铵(APS，来自Fluka)和丙烯酰胺(AAm，鹿特丹，荷兰)为分析级，并在接收时使用。所有其他化学物质都是分析级的。
水凝胶的合成程序
一种普遍的一步制备用于合成藻酸盐 - 聚（丙烯酰胺）水凝胶的制备方法，如下进行。将藻酸盐（0.50-1.50g）加入配备有机械搅拌器的三颈反应器（Heidolph RZR 2021，三叶片螺旋桨式，300rpm）中，包括40ml双蒸水。将反应器浸入所需温度的恒温水浴中（35-70O.C)。然后在此温度下加入APS，搅拌30 min(诱导期)，加入一定数量的丙烯酰胺(0.5-4.5 mL)。在规定的时间(30-120 min)后，将得到的水凝胶倒入甲醇(200 mL)中脱水24 h，然后过滤，在60℃烘箱中烘干O.C达到一个恒定的重量。本产品避湿、避热、避光贮存。
药物负载效率和体外药物释放
粉末样品（1g±0.0001），平均粒径在40-60目（250-420μm）之间，精确加重并浸入碱性离菜（IBU，0.54g溶解在50mL蒸馏水中）的碱性溶液中°C 25小时。将用药物溶胀的水凝胶置于真空烘箱中并在37℃下真空干燥。通过使用紫外分光光度计（UV-1201，Shimadzu，Kyoto，Japan）测定的IBU溶液浓度的降低来计算水凝胶中的药物的装载量。基于藻酸盐的水凝胶的加载效率计算为最终IBU浓度的最终比率。
通过将0.01±0.0001g的IBU-0.0001g的IBU-0.0001g IBu-an膜透析袋孵育0.01±0.0001g（D.）进行体外释放（D.9402，Sigma-Aldrich）在37℃下在50ml缓冲溶液（pH 3或9）中。在特定的时间间隔，取出1ml等分试样的样品，并在合适的稀释后通过紫外分光光度计测量释放的药物浓度。
使用以下等式计算药物释放百分比两次。
释放药物(%)=RT./ L×100 (1)
其中l和rT.表示t时刻的初始载药量和最终释放药量。
结果与讨论 合成与机理方面
以过硫酸铵(APS)为水溶引发剂，对海藻酸盐与丙烯酰胺(AAm)进行了交联接枝共聚反应。过硫酸盐引发剂在加热下分解生成硫酸盐阴离子自由基(Scheme1)。自由基从多糖底物的羟基中提取氢，在底物上形成烷氧基自由基。因此，这种过硫酸盐-糖类氧化还原体系导致底物上的活性中心从根本上引发AAm的聚合，从而形成接枝共聚物。由于体系中含有交联剂，如MBA，共聚物具有交联结构。需要指出的是，硫酸根离子自由基也可以引发AAm均聚反应。为了减少这种不希望发生的反应，在合成过程中提供了一个²诱导期²，即在加入单体之前先将引发剂引入底物中(见实验)。我们的初步研究表明，在没有交联剂的情况下进行反应，均聚物的生成率较低(低于4%)。然而，在交联剂的存在下，单体可能更强烈地参与共聚网络。此外，可能交联的亲水均聚物不会对最终产品的吸收性能造成明显的不利影响。5-8
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方案1：建议的交联机制 |
光谱特征
通过将多糖基材的FTIR光谱与接枝产物的纤维素谱进行比较来证实接枝。图1显示了非改性藻酸盐和H-藻酸盐-G-PolyaAM的FTIR光谱。宽带3200-3400厘米－1是由于海藻酸盐的-OH基团的拉伸。h -海藻酸-g- polyaam水凝胶的红外光谱(图1(b))在1680 cm处显示了一个新的特征吸收带－1验证海藻酸盐-g- paam的形成。此峰归因于PAAm羧基官能团中的C=O伸缩。12 - 13-NH的拉伸带与共聚物的藻酸盐部分的OH拉伸带重叠
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图1：海藻酸盐的红外光谱(a) H-alginate-g-PolyAAm水凝胶(b) 点击这里查看图 |
扫描电子显微镜
必须考虑的最重要的性质之一是水凝胶的微观结构形态。图2为海藻酸表面(图2a)和h -海藻酸-g- polyaam水凝胶表面(图2b)的扫描电子显微镜(SEM)照片。这些图片证实了在本工作中合成的聚合物具有多孔结构，其中的孔隙可能被反应热导致的水蒸发诱导到水凝胶中。推测这些孔是水渗透区域和外界刺激与接枝共聚物亲水基团相互作用的位点。
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图2:扫描电镜照片 |
h -海藻酸- g -聚AAm水凝胶的ph值可逆性
由于水力凝胶在各种pH中显示出不同的肿胀行为，因此我们在pH3.0和9.0缓冲的溶液中研究了它们的pH可逆性。逐步再现在25的水力凝胶的变化中O.C在3.0和9.0之间的交替pH值如图3.在pH9.0，由于阴离子 - 阴离子排斥静电力，水凝胶膨胀高达43克/克，而在pH 3.0，它在几分钟内收缩羧酸盐基团的质子化。水凝胶的这种尖锐的膨胀性行为使其成为受控药物递送系统的合适候选者。已经报道了其他离子水凝胶作为可逆膨胀和抛光的这种开关切换行为。11-12
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图3:开关行为是可逆的 |
IBU在模拟人体胃肠系统中的体外释放
为了确定含药物活性化合物的海藻酸盐高吸附剂的潜在应用，我们研究了该系统在生理条件下的药物释放行为。从聚合物载体中释放药物的百分比随时间的函数如图4所示。用紫外分光光度计测定在选定时间间隔内释放的IBU的浓度。采用膨胀扩散法制备了负载ibu的高载药量(>92%)水凝胶。h -海藻酸-g- polyaam水凝胶在规定时间内释放的IBU量随着溶解介质pH的降低而减少，表明在pH远高于胃的介质中释放更好。11.
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图4:从水凝胶载体中释放IBU |
结论
使用过硫酸盐引发剂，通过丙烯酰胺（AAM）的接枝共聚在含水介质中合成一种新型超吸收性水凝胶。合成的水凝胶，H-藻酸盐-G-PolyaAM在水性中表现出高吸收性解决方案．
高吸水性水凝胶还表现出对pH值的高灵敏度，因此，在酸性和碱性溶液中可逆的溶胀行为，有助于这些水凝胶作为受控药物传递系统的候选。不同缓冲溶液的体外释药研究表明，影响水凝胶释药行为的最重要参数是溶液的pH值。
参考文献
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