用于药物控释的半纤维素基PH敏感&可生物降解水凝胶

用于药物控释的半纤维素基PH敏感&可生物降解水凝胶作为药物控释载体是一种基于小麦秸秆半纤维素水凝胶。水凝胶的化学结构和形态的特点是分别利用红外光谱和扫描电镜测定了水凝胶的溶胀率。结果表明，水凝胶的pH响应性、水凝胶的溶胀动力学与pH为1.5，随后在菲克扩散过程和水的吸收是控制进行凝胶松弛和水在7.4和10的pH值介质中的扩散。水凝胶的降解试验是模拟生理条件下进行，而半纤维素含量和水凝胶的交联密度是影响基水凝胶的半纤维素降解的主要因素。对乙酰水杨酸和茶碱缓释片体外释放的比较表明，药物释放控制的水凝胶和药物的固有特性。根据这里介绍的结果，半纤维素水凝胶可用于生物医学领域，特别是对药物的控制释放。近年来，智能水凝胶已因其对环境刺激的反应进行了广泛的研究，如pH，离子强度，溶剂组成，温度和电场和磁场的领域。由于其特殊的性能，水凝胶可以广泛应用在生物医学领域，包括生物组织工程支架材料，阻隔材料规范生物粘连和药物控释系统。pH敏感水凝胶在口服药领域获得了相当的关注，不仅因为凝胶可以保护药物对酸性变性和减少对胃的伤害性刺激的药物，也因为他们可以延长停留时间的药物，减少给药频率。此外，由于其良好的生物相容性和生物降解的天然高分子化合物，多种天然多糖已被用来作为无害的控释系统给药制备水凝胶，与最丰富的天然可再生维素的聚合物相比，半纤维素在植物中广泛存在。因为他们固有的优势，其中包括非生物降解性和毒性，抗肿瘤效应。混合制备水凝胶HC（含有糖醛酸基团）在酸性溶液中与壳聚糖。大多数对HC的合成研究主要集中在基于水凝胶的烯基官能团的引入到HC结构和随后的共价交联形成凝胶。在我们的研究中，一系列的HC基于水凝胶的使用各种HC/丙烯酸单体的比例合成（不同中和度）和少量的引发剂和交联剂，考察影响膨胀行为和由此产生的水凝胶的pH敏感性的因素。所制备的水凝胶，其特征在于使用扫描电子显微镜（SEM），傅里叶变换红外（FT-IR）分光光度法，和膨胀试验降解试验，在模拟生理条件下进行。最后，在体外药物释放研究使用乙酰水杨酸和茶碱作为模型药物进行。实验过程物料包括：小麦秸秆，粉碎，通过1毫米大小的筛子，HC从小麦秸秆中提取。丙烯酸（AAC）。过硫酸钾，无水亚硫酸钠，和N，-N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA），乙酰水杨酸和茶碱。使用的所有试剂均为分析纯。半纤维素的分离。从麦秸HC的隔离是根据我们以前的研究分为四个步骤。首先，切割麦秆被以2:1的比率脱蜡用甲苯和乙醇：1（体积/体积）在索格利特萃取器12小时。其次，在75摄氏度脱蜡秸秆脱木素与亚氯酸钠在pH4.02小时（用乙酸调节）。所获得的全纤维素用10％的KOH（重量/重量）在室温下搅拌10小时，然后过滤，以分离的HC和纤维素进行处理。将滤液中和至pH5.5，减压浓缩，然后在3倍体积的乙醇沉淀，得到HC。将所得的HC样品水解用2M三氟乙酸在120摄氏度处理2小时。在水解溶液中的中性糖组合物，使用气相色谱（GC）分析确定。水凝胶的制备。HC-基于水凝胶已成功制备出其他方法。在这项研究中，水凝胶由麦秆半纤维素用氧化还原引发体系制备，并且所有实验中，在5摄氏度水浴中进行。HC首先溶解于蒸馏水中以5％的浓度（重量/重量）。作为氧化还原引发体系，过硫酸钾和无水亚硫酸钠加入到该半纤维素溶液。的AAc缓慢加入，接着是5分钟后溶解的交联剂（N，-N-亚甲基双丙烯酰胺）。将反应体系逐渐变得更厚，直到它不能搅拌。取出样品，切成长方体（长约8毫米，宽4毫米，厚2毫米）和50◦C真空干燥至恒重。干燥的水凝胶样品浸入去离子水48h，与去离子水被刷新，每4小时以去除杂质，尤其是丙烯酸均聚物。溶胀的水凝胶样品随后真空干燥烘箱50◦C至恒重。AAC/HC比，引发剂和交联剂的量，和AAC的中和程度会影响合成的水凝胶的化学结构与性能。这些条件的变化，对HC基水凝胶的物理化学性质对这些影响因素的研究，如膨胀行为，形态和退化。FT-IR和SEM分析。冻干来维持他们的多孔结构没有任何破坏。表面和内部孔隙结构的烘箱干燥的水凝胶和冻干在一个观察到的扫描电子显微镜。pH依赖性的溶胀比率。实验进行的研究是由重量法在解决方案所需的房间温度在缓冲器（pH值（1.5–10.0）其中离子强度是恒定的。分别为在长期的WD干凝胶，和WT和我们是在时间T和平衡重重量在溶胀过程，。药物装载和释放。乙酰水杨酸和茶碱作为模型药物的药物装载和释放试验。该药物是第一个用蒸馏水溶解，和药物溶液加入到水凝胶在反应体系中变厚水凝胶的制备方法。在干凝胶的乙酰水杨酸和茶碱的量分别为2%和1.5%（W/W），分别。在从水凝胶的药物体外释放的研究都在颤抖的50转的速度在37◦C.载药凝胶在振荡培养箱进行（0.1克）浸泡在一个定义的pH值为1.5的体积，pH7.4或pH10的缓冲溶液。五毫升的每个解决方案是在1小时的时间间隔，用紫外分光光度法测定药物含量的测定收集（乙酰水杨酸：294nm；茶碱：273nm），和相同的溶液中加入等体积的背部保持恒定的体积。所有样品的体外释放试验一式三份。从校准的标准曲线计算了在不同缓冲溶液中的药物浓度。降解试验。在37摄氏度、在磷酸缓冲降解试验溶液以及50U/毫升胰蛋白酶（pH7.4，模拟胃肠液）和50U/毫升胃蛋白酶（pH1.5，模拟胃液）和无任何酶几种条件下进行。结果与讨论小麦秸秆半纤维素和合成的水凝胶。pH敏感水凝胶采用AAC的半纤维素聚合物基共聚合成。凝胶网络的主干是由HC成分，和AAC接枝到骨干通过固定端结构。在水凝胶中，交联点在HC主链和接枝链的末端形成。半纤维素和凝胶的红外光谱。HC的红外光谱和HC的水凝胶。在1166厘米−1小波段的发生是由于阿拉伯糖残基的存在。在1618厘米−1宽带最有可能是由于吸收水。在1520厘米和1420厘米1−1−弱带指示在HC的木质素存在微量。两强吸收峰在1715厘米和1456厘米1−−1在gel-2红外光谱是由于不对称伸缩振动的-COOH和COO−组的弯曲振动。这些结果表明，AAC接枝于HC骨干。一个C伸缩振动，通常出现在约1600厘米−1吸收带是观察不到的，这表明凝胶不包含AAC单体。水凝胶的溶胀行为。通过丙烯酸接枝阴离子水凝胶HC代表明显的pH敏感性水凝胶的制备。在水凝胶的羧酸基团的电离，而电离的程度强烈依赖于pH值；此外，在水凝胶中的静电斥力的程度还取决于pH值的主要因素。影响程度的离子聚合物的溶胀的聚合物本身的性质（即，电荷，浓度和PKA的程度的电离，电离的组，交联密度，和亲水性或疏水性）和溶胀介质的特性（例如，pH值，离子强度，抗衡离子的性质，及其配价）。在我们的研究中，在一定的pH值的缓冲系统是相同的离子强度保持恒定；因此，溶胀性能的水凝胶在不同pH值主要取决于电离的侧基，固定电荷的聚合物网络，和静电斥力。图2说明了pH值对平衡溶胀率的影响（SEQ）水凝胶的HC。溶胀性能的水凝胶在不同pH值分为三个部分：低洼地区（pH1–3），面积增加（pH4–7.4），和减速面积（pH8–10）。随着pH值在低洼地区的水凝胶保持收缩状态，和溶胀率略有增加。在酸性条件下，大部分的羧基基团的工会，所以没有显着差异，在离子浓度产生的；这些条件导致小的静电斥力，和低膨胀率在低洼地区的观察。一个具有急剧增加时出现的pH从pH3至pH4由于羧基的离子化。当缓冲溶液的pH值高于水凝胶的pKa，-COOH解离为-COO−，固定电荷密度明显增加，占较高的膨胀率。因为在固定电荷密度的增加，阳离子浓度差和水凝胶的变大。水凝胶和外部溶液的渗透压会导致外部溶液很容易渗透到网络；因此，溶胀率急剧增加。此外，其中阴离子静电斥力增强，加速了大分子链的扩张，直到达到溶胀平衡。然而，在碱性缓冲溶液的水凝胶的溶胀率略有下降。自由离子的浓度（如Na+）在碱性缓冲液增加，这是对水凝胶的链的端基，产生一个弱的离子环境。这种环境下LED的大分子链间的静电斥力略有下降，在渗透压下降，这在膨胀率降低。HC含量对膨胀率的影响。在这种情况下，一个影响吸水率的主要因素是pH敏感性水凝胶中的羧基含量。在一定范围内的AAC/HC比，较高的AAC内容将导致在一个较高的凝胶和水凝胶的溶胀率更可电离的羧基。此外，在HC存在的氢键可以增加交联点的密度和抑制膨胀的水凝胶。在羧基的离子化程度增加破坏氢键促进凝胶的溶胀。然而，当AAC/HC比大于8:1，平衡溶胀比降低。随着高AAC浓度凝胶的质量损失（大于8:1）被认为是更大的水凝胶样品浸入去离子水48小时，这一结果表明丙烯酸均聚物，由于高AAC浓度和接枝率的降低，容易产生凝胶，这导致在下降膨胀率。交联度对吸水率的影响。平衡溶胀比（SEQ）随交联剂用量的增加。这是由于增加的交联度，从而减少之间的距离和降低吸水交联点的空间；因此，更少的自由水会保留在水凝胶网络。然而，没有交联的水凝胶会慢慢溶解在溶液介质由于水凝胶只存在物理交联的力量。在后续研究中，我们发现，适度的交联密度对药物释放和降解是重要的。引发剂用量对吸水率的影响。引发剂浓度较低时，接枝点的数量对HC下降，导致不完整的接枝反应，和平衡溶胀率低。当引发剂浓度的增加，更多的自由基的产生，促进了接枝共聚反应，和平衡溶胀比增加。AAC的中和度对吸水率的影响。AAC的中和程度也强烈影响水凝胶吸水。AAC中和对水的吸收能力的最佳程度，范围从60%到80%。静电斥力相邻离子基团的聚合物网络之间产生的数量在增加，电离组，这有利于水扩散到网络。相反，当AAC的中和度为100%，凝胶的形成实际上是不可能的。形态分析。研究在不同pH值缓冲溶液在凝胶的表面形态的变化，对烘干和冻干SEM图像的采集。水凝胶样品在真空烘箱中干燥呈光滑、致密的表面，但多孔蜂窝状结构显然是所有的冷冻干燥水凝胶的观察。孔隙水的量增加吸收到水凝胶增加。在pH值为7.4或10，静电斥力增大空间的凝胶网络内，这有利于水的吸收增强形成毛孔粗大。冻干gel-1和gel-9肿在pH7.4的缓冲溶液中的SEM图像也显示在图3中；这些凝胶也具有规则的大孔结构，和水凝胶的孔径大小顺序依次为gel-2gel-1和gel-9gel-2。在HC含量降低，交联密度，孔隙尺寸增加，创造了更加开放和松散的结构。扫描电镜观察显示，HC是足够的刚性，作为骨干的水凝胶。当交联度降低，交联点的数目减少，便于水渗透到聚合物网络和后续的降解。水吸收的机理分析。在WT的质量是水吸收的水凝胶在指定的时间，T；W∞吸收水凝胶在平衡状态的水的质量；K是水凝胶的特性常数；n为扩散指数，它经常被用来确定传输机制模式。n＜0.5，溶胀行为符合Fick扩散，其中水的运输是由一个简单的浓度梯度。0.5＜n＜1，水吸收符合反常扩散，在水的吸收是控制进行凝胶松弛和水的扩散（非Fick扩散）。n＞1，高分子链的控制放松在水上运输（反常扩散）。值得注意的是，N值n＜0.5在pH值为1.5，说明水上运输符合Fickian溶胀过程由水的自由扩散为主。引发剂用量与其他因素相比，对水的吸收机制的影响小，如表2所示。在交联密度的降低导致在n值的增加，和水上运输成为聚合物松弛更依赖。AAC的中和度的强烈影响不仅平衡溶胀也水吸收机制，如表2所示。n值在固定的离子组数的增加而增加，导致主要的聚合物松弛。n值的gel-12和gel-14在pH7.4和10，均大于1，说明水上运输是由高分子链的控制放松为主。降解试验。水凝胶的生物降解性的强烈影响的生物医学应用，特别是药物控制释放。研究了模拟生理条件下HC降解水凝胶。在模拟胃液和模拟肠液中的选定的水凝胶的湿质量的变化。水扩散到网络的速率比水解反应的速率要慢，并将水吸附在表面扩散到前体。相反，当水扩散到样品比水解反应的速率快，体积磨损发生。需水的吸收机制的研究中达到平衡肿胀时间均小于20h，溶胀率和凝胶样品的降解率的比较表明，基于水凝胶的HC的退化是一个散装侵蚀过程。在水凝胶中的湿重增加初始出现在模拟胃液和模拟肠液，这可能会导致降低交联密度。凝胶的湿重表现在模拟胃液无明显变化。相反，在模拟肠液中的凝胶观察湿重明显下降。虽然在肠液的聚丙烯酸水凝胶湿质量变化明显，降解时间的延长，其