（生物化学与分子生物学专业论文）sagtcs复合水凝胶微球的结构与性能研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 以天然高分子材料海藻酸钠为主要原料形成的复合水凝胶，在酸性环境 中无明显变化，碱性环境中溶胀、降解，因此，对于结肠定向给药而言，海 藻酸钠基水凝胶是一种适宜的药物载体，具有良好的应用和发展前景。 本课题以海藻酸钠为基材，同时引入壳聚糖、明胶，用共混和凝聚相分 离法制备出海藻酸钠明胶壳聚糖( s a g t c s ) 复合水凝胶微球，考察其结 构与性能：主要通过扫描电子显微镜表征形态结构，傅里叶变换红外光谱法 分析水凝胶的化学结构，体积法测定水凝胶的溶胀性能，重量法测定降解性 能。并以牛血清白蛋白为模型药物，以分光光度法测定s a ，g t c s 水凝胶载 药微球的体外释药性能。同时，结合海藻酸钙( c a ) 、海藻酸钠壳聚糖 ( s a c s ) 、海藻酸钠明胶( s g t ) 水凝胶微球，考察了它们与s g t c s 复合水凝胶微球在结构与性能上的差异。 主要研究结果如下： 1 、对海藻酸钠、明胶和壳聚糖共混制各的三元复合水凝胶，进行了结构 与性能研究，结果表明：s a g t c s 复合水凝胶的最佳配方为：s a g t = 5 1 、 c s 浓度= o 8 、c a a 2 浓度= 3 ；最适胶凝时间为3 0 分钟；含水率高，干燥 后水凝胶的体积近似原来的1 1 0 ；具有良好的p h 敏感性和温敏性；经傅立叶 红外光谱检测证明海藻酸钠、明胶、壳聚糖分子链之间有键的结合。 2 、以牛血清白蛋白为模型药物，对s a g t c s 复合水凝胶载药微球进行 了性能研究，结果表明：随着投药量增加载药率升高，而包埋率降低，确定 投药量最适为3 0 m g m l ，此时的载药率为2 3 9 0 ，包埋率为7 7 3 3 ；载药 水凝胶在药物释放的同时，凝胶本身也有不同程度的降解，因此判定该载药 水凝胶释放系统属于降解型控释系统；水凝胶在酸性环境中的降解不明显， 而在碱性环境中的降解较快，因此该复合水凝胶利于蛋白类药物在模拟肠液 中的定位释放。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 3 、通过对比水凝胶c a 、s a g t 、s a c s 与s a g t c s ，发现：在海藻酸 钠中同时引入明胶、壳聚糖可以改善水凝胶质硬、质脆的特点，又可以调节 韧性，获得力学性能相对较好的水凝胶；在海藻酸钠中是否引入明胶、壳聚 糖，这种原料成分上的差异对四种水凝胶的干燥率和含水率影响较小；对比 水凝胶不同p h 环境下的溶胀率与降解率，s a g t 最大，s a c s 最小，s g t c s 介于c a 与s a c s 之间；s a g t c s 复合水凝胶的载药率与包埋率最大，扫描 电镜图片亦印证了这一结论。 制备水凝胶微球时未使用戊二醛等交联剂，未引入毒性物质，因此能够 保持天然高分子较好的生物相容性。同时引入壳聚糖、明胶进行改性，制得 三元共混水凝胶微球，有望为药物载体的共混改性提供新思路。s a g t c s 复 合水凝胶具有较好的p h 敏感性和降解性，载药率与包埋率大，在模拟肠液中 释放效果较好。因此较一元或二元复合水凝胶更适合成为理想的蛋白质药物 载体，用于口服释药系统的研究，对于提高药物的生物利用率、更好地发挥 疗效有着重要的意义。 关键词：水凝胶；结构与性能：海藻酸钠；明胶；壳聚糖 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 a b s tr a c t t h eh y d r o g e l ，m a d eo fs o d i u ma l g i n a t ew h i c hi so n eo ft h en a t u r a lp o l y m e ra s t h em a i nm a t e r i a l ，c a ns h r i n ki nt h ea c i dc i r c u m s t a n c e s ，w h i l es w e l la n dd e g r a d ei n t h ea l k a l i n i t yc i r c u m s t a n c e s t h e r e f o r ei t ss u i t a b l ef o ri n t e s tt a r g e t e dd e l i v e r yo f d r u g s ，w i t has a t i s f a c t o r yp r o s p e c ti nt h ea p p l i c a t i o na n dd e v e l o p m e n t i nt h i ss t u d y ，w ep r e p a r e dt h es o d i u ma l g i n a t e g e l a t i n c h i t o s a nb l e n db e a d s ( s a j g t c s ) a n di n v e s t i g a t e dt h ef r a m e w o r ka n dp r o p e r t i e s i tw a sp r e p a r e db yt h e m e t h o d so fb l e n d i n ga n dc o a c e r v a t i o n p h a s es e p a r a t i o n ，t h ea p p e a r a n c ef r a m e w o r k w a sd e t e r m i n e db yt h ee l e c t r o n m i c r o s c o p e ，t h ec h e m i c a lc o n s t i t u t i o nw a sa n a l y z e d b yt h ef o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p y ( f t m ) ，t h ep r o p e r t yo fs w e l l i n gw a s d e t e r m i n e d b y t h ev o l u m e t r i cm e t h o d ，a n dt h e p r o p e r t y o fd e g r a d a t i o nw a s d e t e r m i n e db yt h ew e i g h t i n gm e t h o d t h e nw et o o kt h eb o v i n es e r u ma l b u m i n ( b s a ) a s t h em o d e l d r u g ，a n d o b s e r v e dt h e p r o p e r t i e s o ft h es o d i u m a l g i n a t e g e l a t i n c h i t o s a n b o v i n es e r u ma l b u m i nb l e n db e a d s ( s a g t c s b s a ) i n v i t r o b yt h es p e c t r o p h o t o m e t r i cm e t h o d ；w h a t sm o r e ，w e r e s e a r c h e di n t h e d i f f e r e n c e so ff r a m e w o r k sa n dp r o p e r t i e sa m o n gc a l c i u ma l g i n a t e ( c a ) ，s o d i u m a l g i n a t e c h i t o s a n ( s a c s ) ， s o d i u m a l g i n a t e g e l a t i n ( s a g t ) a n d s o d i u m a l g i n a t e g e l a t i n c h i t o s a nb l e n db e a d s ( s a g t c s ) m a i nr e s u l t sw e r e a sf o l l o w s ： 1 t h er e s e a r c hi nt h ef r a m e w o r ka n dp r o p e r t i e so fs a g t c si n d i c a t e d t h a t ，t h eb e s tc o m p o u n d i n gw o u l db es g t = 5 1 ，c s = 0 8 ，c a c l 2 = 3 ；w h i l et h e o p t i m a lg e l a t i o nt i m ew a s3 0m i n u t e s ；t h ew a t e rr a t i ow a sv e r yh i g h ，t h ev o l u m e m i g h tb e c o m et e np e r c e n ta f t e rb e e nd r i e d ；t h eb l e n db e a d ss h o w e ds a t i s f a c t o r i l y p h - s e n s i t i v ea n dt e m p s e n s i t i v e ；a n dw es a wt h eb o n d i n gb e t w e e nt h em o l e c u l e c h a i n sb yf t i r 2 w es y n t h e s i s e dt h es a g t c s b s a , a n df o u n dt h a tt h em o r ed o s a g e t h e 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 h i g h e rl o a d i n gd r u gr a t i o ( d l ) ，a n dt h el o w e re m b e d d i n gr a t i o ( e r ) ，w ed e t e r m i n e d t h eo p t i m a ld o s a g ew a s3 0 m g m l , a tt h i st i m e ，t h ed lw a s2 3 9 0 ，t h ee rw a s 7 7 3 3 b e c a u s et h es g t c s b s ac o u l dd e g r a d ew i t ht h ed r u gr e l e a s e di nt h e a l k a l i n i t yc i r c u m s t a n c e s ，w ea s s e s s e dt h a t t h es a g t c s b s ab e l o n g e dt ot h e c o r r o s i o n p o l y - a g e n ts y s t e m ，t h ed e g r a d a t i o n i so b v i o u si nt h ea l k a l i n e e n v i r o n m e n t ，w h i l ei nt h ea c i de n v k o n m e n t i sn o t t h e r e f o r e ，i tw a sp r o f i tf o rt h e p r o t e i nd r u g s o r i e n t - r e l e a s ei nt h es i m u l a t e di n t e s t i n a ls o l u t i o n 3 c o m p a r i n g w i t ht h e c a , s a g t ，s a c s ，s a g t c s ，w ec o n c l u d e dt h a t b l e n d i n gt h es o d i u ma l g i n a t e ，g e l a t i na n dc h i t o s a ns i m u l t a n e o u s l yc o u l di m p r o v e t h eh y d r o g e lt e n a c i t ya n do b t a i nab e t t e rm e c h a n i c a la b i l i t y ；t h ee f f e c to ft h e d i v e r s i t yo ft h em a t e r i a lc o m p o s i t i o ni sv e r yl o w ；o t h e r w i s e ，t h es w e l l i n g sa n d d e g r a d a t i o n sc o u l db ed e s c r i b e da ss a ，g t c a s a g t c s s a c s ；t h ef i g u r eo f s e ma l s oi d e n t i f i e dt h a tt h es a g t c s b s ac o u l dh a v et h eh i g h e s td la n de r t h et o x i cs u b s t a n c e ss u c ha st h ec r o s s l i n k i n ga g e n mw e r en o ti n l e ti nt h e p r e p a r a t i o n ，w h i c hc o u l dm a i n t a i nt h eb i o c o m p a t i b i l i t yo fn a t u r a lp o l y m e r w h a t s m o r e ，b l e n d i n gt h es o d i u ma l g i n a t e ，g e l a t i na n dc h i t o s a ns i m u l t a n e o u s l ym a yb ea n e wi d e af o rr e s h a p i n gt h em e d i c i n a lc a l t i e l s s a g t c sh a sab e t t c rp h - s e n s i t i v e a n dd e g r a d a t i o n ，a l a r g el o a d i n g a n d i m b e d d i n g ，t h u s i tw i l lb eai d e a l p h a r m a c e u t i c a lg r a d ep r o t e i nc a r d e rf o rt h eo r a la d m i n i s t r a t i o n ，t h e r ew i l lb e s i g n i f i c a n tf o ri m p r o v i n gt h eb i o a v a i l a b i l i t ya n dt h e r a p e u t i ce f f e c t k e y w o r d s ：h y d r o g e l ；f r a m e w o r k s a n d p r o p e r t i e s ；s o d i u ma l g i n a t e ；g e l a t i n ； c h i t o s a n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密吐使用本授权书。 ( i f f 在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：狄混 日期：砷、；巧 弘 日期： j 氏m 2 彩 多 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： ( 1 ) 在凝胶原料的选择上，首次采用生物相容性较好的三种天然高分子 材料s a 、g t 、c s 为研究对象，经共混和凝聚相分离法制备复合水凝胶。制 备过程中未使用任何交联剂，未引入任何毒性物质，从选材到制备很好地保 持了天然高分子良好的生物相容性。 ( 2 ) 在凝胶性能改进方面，本文利用s a 的成球性、g t 的降解性与吸收 性和c s 的韧性，采用共混复合的方法使其优势互补，c s 改进s a 的脆性， g t 改进c s 的降解性，s a 改进c s 和g t 的成球性能。采用凝聚相分离法制 备出性能优异的s a g t c s 复合水凝胶微球。 ( 3 ) 在水凝胶的载药、释药性能方面，以s a 为主要原料形成的水凝胶， 具有p h 敏感性，即在酸性条件下基本不溶胀，碱性环境中易溶胀。因此，本 文所制各的s a g t c s 三元复合水凝胶除改进性能外，同时又保持了复合水 凝胶的p h 敏感性，有利于口服结肠定向释药。 弓长恐 劲形蔓，艿 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 天然高分子材料 第1 章绪论 1 1 1 来源与分类 天然高分子材料是自然界中大量存在的一种高分子化合物，如生物界中 构成生物体的蛋白质、纤维素、甲壳素，携带生物遗传信息的核酸，食物中 的淀粉，衣服原料的棉、毛、丝、麻以及木材、天然橡胶等。天然高分子具 有良好的生物相容性，对环境的敏感性，来源丰富，价格低廉，因此在药物 载体的研究与开发方面，越来越显示其重要地位n 1 。表1 - 1 列出了目前在药物 制剂中常用的一部分药用天然高分子材料及衍生物，这些天然高分子材料被 用于提高药物稳定性、溶解性和生物利用度等。 表1 - 1 药物制剂常用的天然高分子材料 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 1 2 天然高分子材料在药物制剂中的应用 自2 0 世纪6 0 年代始，大量高分子材料进入药剂学领域，这些高分子材 料以不同的方式组装到制剂中，以不同的机理起到了控制药物释放速率、释 放时间和释放部位的作用。在药物制剂中应用高分子材料，对创造新剂型和 提高制剂质量具有极其重要的作用，对提高药品质量和发展新型药物传输系 统更具有重要意义阳1 。表1 2 列举了一些口服缓释及控释制剂及其采用的主要 高分子材料啼1 。 表1 - 2 几种d , q l i 缓释及控释制剂及其采用的主要高分子材料 正是由于诸多新的具有特殊性能的高分子材料的出现，诸如口服缓释和 控释片剂、微丸剂、皮下埋植剂以及注射用靶向制剂等现代药物传输系统等 才得以问世。这些新型药物制剂改变了人们的用药方式和给药量，使疾病的 治疗和预防更为有效。例如采用纤维素衍生物制备的不同药物的缓释及控释 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 片剂和胶囊己经在临床治疗中广泛使用，在减少服药次数的同时降低了血药 浓度的波动性、减少了毒副作用而受到患者的欢迎。基于天然高分子良好的 生物相容性和血液相容性，应用高分子材料作为多肽、蛋白质以及基因的转 运载体己成为二十一世纪研究的热点。 1 2 海藻酸钠 1 2 1 来源与结构 海藻酸盐是一种水溶性线形多糖，从海洋植物巨藻、海带、马尾藻等中 提取，主要来源是天然或人工培植的海带。商品化的海藻酸盐系从三种褐藻 中提取。细菌的藻酸盐也可以从固氮 细 菌v i n e l a n d i i 和许多假单胞菌属分 离得到n 1 。藻酸盐有两种基本结构单元，即( 1 _ 4 ) 一l - 古洛糖醛酸( g u l u r o n a t c ， g ) 和( 1 - 4 ) 矿甘露糖醛酸( m a r m u r o n a t e ，m ) 组成，两种基本单元分别组成 g g 和m m 的均聚物以及g m 交替聚合物，如图i - 1 。 国0 。一曲 d h d h m g 礓珂 aa a ) 糊m b ) ( a ：m 、g 的结构式；b ：m 、g 的空间结构式) 图1 - 1 海藻酸盐的化学结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 海藻酸钠溶液可以与很多二价和三价阳离子，如c a 2 + 反应形成水凝胶。凝 胶化和交联主要通过古洛糖醛酸上的钠离子与阳离子交换而得。c a 2 + 在羧基部 位进行离子取代，另一侧链海藻酸也可与钙离子相连，钙离子与两条海藻酸 钠键相连，从而形成交联。钙离子有助于把分子聚集在一起，而分子聚合的 本性和它们的聚合更加固了约束的钙离子，这被称为协同结合。依此类推， 协同结合的强度和选择性由其舒适性决定，包括包装在“盒子 里的“鸡 蛋 的特定大小及围绕在鸡蛋周围盒子包装的层数。古洛糖醛基堆积形成特 有的蛋盒结构，如图1 2 所示。倚仗系统中钙离子存在的数量，这些链间接合 能够暂时或永久性存在。钙离子浓度低时，能够获得暂时性交联，产生高粘 度、摇溶的溶液。钙离子浓度高时，沉淀作用和凝胶作用使得链永久性交联。 c - 扣 - _ l _ _ a ) b ) ( a ：海藻酸钙形成的表观图；b ：海藻酸钙水凝胶的结构式) 图1 - 2 海藻酸钙凝胶的“蛋盒”结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 b s r o o p a n 3 等借用表面响应方法学，改变海藻酸钠的浓度、氯化钙的浓度， p h 和温度等条件，研究了海藻酸钙凝胶的结构特征和结构参数( 硬度、粘着 性与弹性) 。发现海藻酸钠和氯化钙对于凝胶的形成必不可少。海藻酸钠浓 度较低时强度较大，反之粘性和弹性较大。凝胶在强酸条件下强度大，而弱 酸条件下粘度和弹性较大。 1 2 2 在药物制剂中的应用 海藻酸凝胶具有生物适应性和p h 敏感性等特点，其粘着性特征有助于其 作为潜在递送载体将药物递送到粘膜组织如胃肠道等侣1 。因此海藻酸钠作为药 物释放载体己得到广泛关注。海藻酸钠由g 段与其立体异构体m 段两种结构 单元以三种方式( m m 段、g g 段与m g 段) 通过q ( 1 - 4 ) 糖苷键链接而成线性 嵌段共聚物，m g 比值影响聚合度与缓释效果，此特点应用于药物制剂的研 究中能使不同物化性质的药物在体内更好吸收，提高药物的生物利用度哺1 。 1 2 2 1 片剂利用海藻酸钠在酸性介质环境下形成凝胶层的特点，可以延长 p h 值依赖型药物在胃中的吸收时间。t o n n e s e n 等仃报道用海藻酸钠与羟丙基 甲基纤维素( h p m c ) 制成的胃漂浮控释小片胶囊，可以延长药物在胃中的滞留 时间，增大药物的吸收，提高药物生物利用度。 1 2 2 2 微丸使用海藻酸钠制得海藻酸钙凝胶微丸，通过调节海藻酸钠的浓 度、钙离子的浓度和水量，可使形成的凝胶具有p h 敏感性。且制各海藻酸钠 凝胶微丸不需要有机溶剂，适合多种模型药物怕1 。尤其适合药物剂量大的水难 溶性药物如氨苄西林成丸1 。方法简便、无污染，通过优化工艺减少水反复冲 洗次数可得到较高收率。 1 2 2 3 微囊海藻酸钠带负电，能与带正电荷的高分子化合物如壳聚糖通过 静电作用形成微囊。这种载体对包封在微囊中的不同电性的药物具有不同的 包载能力。王康等n 们将胰岛素、水蛭素等多肽类药物包埋在海藻酸钙壳聚糖 微囊中，在模拟胃液中没有明显的释放，而在肠液中释药较快，从而使药物 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 减少了在胃中水解失活，有效提高多肽类药物的生物利用度。贾云等n 13 以牛 血清白蛋白( b s a ) 为模型药物，海藻酸钠为包埋材料制备了对蛋白有一定的 缓释效果的微囊。证明海藻酸钠微囊是多肽或蛋白质药物等大分子药物的一 类良好的载体材料。马萍等“铂用滴制法制备的海藻酸钙凝胶微球，能在胃液 中保持原状，在肠液中溶胀，可作为药物的缓释载体。刘善奎等n 利用乳化一 交联法制备了d n a 疫苗海藻酸钠微球，用于药物的缓慢释放，释放时间可达 1 0 天以上。 1 2 2 4 脂质体h a r a 等n 钔通过研究海藻酸钠与钙离子的作用，采用海藻酸 钠、磷脂、氯化钙为主要处方成分的新方法制备了海藻酸钠脂质体。其特点 在于当有钙离子存在时达到缓释作用，在钙离子鳌合剂的作用下又能加快释 放。生长因子、生长抑止剂等生物活性分子为水溶性且相对分子质量小的蛋 白质类药物，制备海藻酸钠脂质体可使释药稳定，无突释，显示较好的体外 释药行为，而且受外界离子环境影响小。 1 2 2 5 纳米粒纳米粒以其药物包封率高、稳定性强及体内特异性分布等 特点，成为研究多肽和蛋白质类药物新型给药系统的一个重要组成部分。袁 弘等“5 1 采用多糖( 海藻酸钠与壳聚糖) 为药物载体制备胰岛素等多肽和蛋白质 类药物纳米粒。f i n o t e l l i 等n 6 1 还使用海藻酸钠研制出了磁靶向纳米粒制剂，为 药物达到特定病灶部位提供了重要的前提。海藻酸钠作为纳米粒药物新剂型 的载体有很高的应用前景。 1 2 2 6 原位凝胶原位凝胶n 是随着药用高分子材料学的发展而产生的新 剂型，是指以溶液状态给药后立即在用药部位发生胶凝，从而形成非化学交 联的半固体制剂。载体凝胶具有凝胶制剂高度亲水性的三维网络结构及良好 的组织相容性，近年来已成为药剂学领域的研究热点之一。s h o z o 口町运用原位 凝胶的机制利用海藻酸钠制成了茶碱口服液体缓释制剂，能够延缓药物的释 放，大大提高生物利用度。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 1 3 壳聚糖 1 3 1 来源与结构 壳聚糖又称可溶性甲壳质、甲壳胺、几丁聚糖等，是继纤维素之后的第 二大天然高分子材料，是甲壳类外部结构的基本成分，也在其他物种如软体 动物、昆虫和真菌中发现。最常获得的壳聚糖形式，是来自蟹虾壳甲壳类“引。 壳聚糖( c h i t o s a n ) 化学名为2 氨基b 1 ，4 葡聚糖，分子式为：( g 5 h 1 1 0 4 n ) 。， 结构式见图i - 3 ( a ) 。它是甲壳质脱乙酰化得到的一种天然阳离子多糖，为 聚b ( 1 _ 4 ) - 2 氨基- 2 脱氧d - 葡萄糖。包含b ( 1 - 4 ) 2 一氨基- 2 - 脱氧一d 葡萄糖 ( d 葡糖胺) 和2 乙酰胺基2 脱氧d 葡萄糖( n 乙酰d 葡糖胺) 单元，见图1 3 ( b ) 。 一。斗 ( a ：壳聚糖的结构式；b ：壳聚糖的展开结构式) 图i - 3 壳聚糖的化学结构式 1 3 2 在药物缓释制剂中的应用 壳聚糖是天然存在的唯一碱性多糖，是一种安全无毒的天然高分子，具 有良好的成膜性、良好的生物相容性及一定的抗菌和抗肿瘤等优异性能。因 此壳聚糖的研究备受关注，广泛应用于医药、食品、化工、环保等行业。医 药上，利用其成膜性、可吸收性和杀菌性，制备人造皮肤、人造血管、手术 缝合线等。作为药用辅料，其粘性、可压性、流动性和崩解性均非常优秀， 也可广泛用于缓释剂上。壳聚糖作为缓释载体主要有纳米粒子、微球、片、 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 膜、凝胶等多种形态晗。 1 3 2 1 纳米粒子纳米粒子又称超微粒子，通常是指尺寸在1 1 0 0 r i m 的粒 ： 子，作为药物传递和控释载体，具有药物包封率高、稳定性强和释药时间长 等优点。活性组分( 药物、生物活性材料等) 通过溶解和包覆位于粒子内部， 或者通过吸附和附着作用位于粒子表面n 射。 m a o 馏订等利用复凝聚技术制备了壳聚糖d n a 纳米粒子，一定程度上能延 缓核酸酶降解质粒d n a 。应晓英等陋2 3 利用溶剂扩散法制备了含胰岛素的壳聚 糖纳米粒子。纳米粒子载体可保护胰岛素避免生物体酶的破坏，提高生物利 用度，并具有缓释作用。 1 3 2 2 微球微球是目前实际应用较多的药物缓释形式，微球系指药物溶解 或分散在载体中形成的微小球型实体，粒径范围在1 - 2 5 0 um 之间。h e j a z i 等 采用乳化交联法制备了包载四环素的壳聚糖微球，能增强抗生素在胃内的 局部浓度，具有抗幽门螺旋杆菌感染的作用。 1 3 2 3 缓释片壳聚糖缓释片剂一般是把不溶于水的药粉混合于壳聚糖浓 溶液中，分散均匀并使之微粒化，5 0 干燥3 0 分钟，再在压片机上压制成片。 m a k a r a n d 等幢们制成壳聚糖聚乙烯吡咯烷酮p h 敏感缓释片。k w a b e n a 等他5 3 将 纤维素、乳糖、扑热息痛和硬脂酸镁等压制成药片，然后将胶质、壳聚糖、 甲基羟丙基纤维素和甘油混匀，通过喷雾包衣制得无突释的壳聚糖包衣片， 药物在体外释放1 2 h 时的累计释放度为2 9 7 。 1 3 2 4 缓释膜缓释膜是将药物溶解、均匀分散在成膜材料中制成的薄膜， 厚度约几毫米，可贴敷在皮肤和黏膜创伤或溃疡的表面上进行覆盖，有利于 创面愈合。王军等啪3 用流涎法制备了氧氟沙星壳聚糖口腔溃疡膜，该药膜具 有无毒、生物相容性好、可生物降解，抗菌消炎止血以及促进溃疡面再生愈 合等优点。t o m 等幢刀以壳聚糖为阳离子聚合物，环氧烷烃与马来酸的共聚物 为阴离子聚合物，组成聚电解质复合膜。在p h 从3 8 变为7 2 时，药物释放 速度变快。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 1 3 2 5 水凝胶壳聚糖缓释水凝胶是指在水中溶胀、保持大量的水分但又不 溶解的壳聚糖三维网络结构，它既能保护药物不被酶解或被胃酸破坏，又可 以通过改变结构而延缓药物释放。b e r g e r 等1 研究了共价键交联和离子键交 联的壳聚糖水凝胶的结构和药物缓释性能之间的关系。共价交联法制备的水 凝胶因化学键连接不可逆，制备的水凝胶的机械强度大，即使在极酸性条件 下也不易被溶蚀，更利于药物的缓释。而离子交联法制备的水凝胶因为离子 键连接弱，更易于解离，药物释放较快。但是，共价交联法选用的交联剂常 有毒性，反而不如离子交联剂安全无毒。孙立苹等啪1 以戊二醛为交联剂制备 了p h 敏感性羧甲基壳聚糖水凝胶，包埋的水杨酸在酸性条件下的释放量大于 在碱性条件下的释放量，可进一步开发其作为抗酸和抗溃疡口服缓释制剂使 用。h d h a n 等m 3 用壳聚糖水凝胶装载羟基柔红霉素与痘苗病毒因子制成了一 种新的化学免疫疗法用以癌症的治疗。在瘤内注射载药壳聚糖水凝胶后，发 现药物能够很好的抑制肿瘤的生长，延长荷瘤小鼠的寿命。因此推断壳聚糖 水凝胶这种天然高分子水凝胶有望作为抗癌药物的释药载体，提高化学免疫 疗法的抗肿瘤效率。 1 4 明胶 1 4 1 来源与结构 明胶是胶原蛋白的部分水解产物，同时含有酸性的羧基和碱性的氨基， 是一个既带正电荷又带负电荷的两性聚电解质。明胶通过酸或碱提取，由牛 或猪皮肤所含胶原部分水解制得。和胶原的三螺旋结构不同，明胶由单链分 子组成。明胶侧链基团有很高的化学活性，在结构上不出现明显的内部有序， 而在水溶液中，当温度升高时，呈现无规构象。明胶不溶于冷水，但可缓慢 吸水膨胀软化，明胶可吸收相当于其重量一倍的水可溶于热水，形成热可逆 性凝胶。由于明胶大分子链具有聚电解质的性质，因此有较为明显的胶体保 护性能，无毒，具有降解性和吸收性，此外它还有很强的表面活性，吸水膨 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 胀性，极好的成膜性等。明胶，由于其生物相容性和随温度改变去凝胶化的 特性，已广泛用于生物医学方面。与胶原相似，明胶水凝胶也常用于蛋白质 的递送口。 1 4 2 在药物制剂中的应用 明胶在医药方面的应用相当广泛，就药物制剂而言，明胶是胶囊、胶丸、 “微囊”、明胶代用血浆、明胶海绵的主要原料；另外，栓剂、片剂、延效 制剂等辅料亦常用明胶。在药物制剂中，常用作延效剂( 长效) 、药物基质 栓剂和生化药物冻干剂的支持剂。医药胶囊剂中最常用的空心胶囊是明胶胶 囊，是以食用明胶为主要原料，辅料有甘油、琼脂、食用色素、防腐剂等， 模压成空胶囊，即胶丸，可用来做药物的内服包装丸，如速效感冒丸、氟呱 酸胶丸等。胶囊剂有胃溶型胶囊和肠溶型胶囊。肠溶空心胶囊是用明胶和肠 溶包衣材料制成的有特定颜色( 可根据用户的需要进行特别配制) 和形状的囊 壳，在胃液中不崩解，在肠液中才崩解释放的一种靶向性胶囊制品 3 2 - 3 3 。 利用明胶所制得的微囊或微球可以增加蛋白质、多肽类药物的稳定，降 低药物在体内的副作用，延长药物疗效。近年来以明胶作为水凝胶载体的研 究也较多，o k i n oh 等3 通过水溶性莰醌衍生为刺激物存在下的光致交联和可 见光照射法，合成了苯乙烯衍生的明胶，并用于形成水凝胶。水凝胶植入体 内几个月后无毒，具有降解性和吸收性，并得到模型药物白蛋白的控制释放。 k o n i s h im 等b 钉使用戊二醛进行化学交联得到包封顺氯氨铂的明胶水凝胶，证 实顺氯氨铂的释放速率与凝胶的降解速率有关。当瘤内注射到荷瘤小鼠体内 时，与同剂量的顺氯氨铂相比，载药水凝胶能够显著抑制体内肿瘤的生长。 因此，可以判断：用明胶作为药物载体，有益于蛋白质药物的有效递送。 1 5 二元共混水凝胶 共混是开发高分子新材料的简便而重要的途径之一，它具有比化学改性 容易操作、污染小、且易实现工业化的特点，已经引起了研究人员的极大兴 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 趣。对高分子进行共混改性能够实现综合均衡不同种高聚物组分的性能，获 得综合性能更为理想的高分子材料的目的。海藻酸钠是一种阴离子聚合物， 壳聚糖是一种阳离子聚合物，二者混合得到聚电解质络合物，明胶同时含有 酸性的羧基和碱性的氨基，是一个两性聚电解质。聚电解质络合物，可增强 材料作为药物载体系统的性能。目前，对于壳聚糖和明胶改性海藻酸钠作为 蛋白质药物控释载体的研究已经引起人们的兴趣。 1 5 1 海藻酸钠壳聚糖复合水凝胶 海藻酸钠自身没有抗菌性，而壳聚糖是另一种生物相容性良好而具有抗 菌性能的天然材料。在海藻酸钠中添加壳聚糖，海藻酸钠的c o o 和壳聚糖 n h 3 + 之间发生静电相互作用，形成聚电解质复合物。此类聚电解质复合物既 可以作为药物释放载体，从而提高微囊的稳定性和载药量，又可调节药物释 放度，同时可加强海藻酸钠凝胶的p h 值依赖性应用于多肽蛋白质控制释放更 具优越性。 k m 等m 3 通过聚电解质络合物胶凝化和喷雾干燥法，以5 氨基水杨酸 ( 5 - a s a ) 为模型药物，制备了用于口服结肠定位和控制释放的壳聚糖c a 海 藻酸钠微粒。研究显示，壳聚糖主要集中在粒壁上，而海藻酸钠均匀分布在 粒子内，药物以分子形式分散在微球中。在模拟体内的p h 、酶的和盐的浓度 条件下进行体外药物释放研究，证实微粒通过聚合物膨胀、浸蚀和降解，以 控制的形式释放药物。该研究对于人类结肠炎肠类疾病的临床治疗具有借鉴 意义。 石晓丽等哺刀使用二步法，将海藻酸钠溶液滴加到氯化钙溶液中，反应完 全后，将微囊用蒸馏水洗涤、过滤分离后加入到壳聚糖溶液中反应，最后将 微囊用蒸馏水洗涤、过滤并干燥，得到通过聚电解质络合反应制备成的壳聚 糖海藻酸钠微囊。以干扰素为模型药物，观察不同p h 条件下，药物的控制释 放情况，研究了蛋白质类药物口服控释给药的可行性。得到的微囊粒径为l m m 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 左右，其干扰素的包封率达9 0 o 以上，微囊在模拟胃液( p h1 0 ) 中，3 h 药物 释放不到5 ；在模拟肠液( p h7 4 ) 中，3 h 药物释放近1 0 0 。推断，壳聚糖 海藻酸钠微囊有可能成为蛋白质类药物口服控释制剂的载体。 俞怡晨等汹1 以制备纳米级的壳聚糖一海藻酸盐微粒为目的，考察了钙离 子、海藻酸钠和壳聚糖对粒径的影响，并以牛血清白蛋白作为蛋白模型药， 研究了纳米粒子对大分子药物的载药及释药特性。发现纳米级的壳聚糖一海藻 酸盐复合粒子对牛血清白蛋白有较高的包载能力，并有一定的缓释作用。 w t k i m 等旧1 通过将异硫氰酸丙烯酯( a l l y li s o t h i o c y a n a t e ，a i t c ) 以水包油 型乳剂形式，分别包裹到海藻酸钙、壳聚糖包膜的海藻酸钙和壳聚糖一海藻酸 钙复合凝胶微球，制备三种载药微球并进行表征与对比，结果显示用壳聚糖 改性后的海藻酸钙微球具有更高的口服递药效率。因此，用壳聚糖与海藻酸 钠共混所得到的复合水凝胶微球具有更优良的释药性能。 付加雷等m 1 以壳聚糖和海藻酸钠为原料，采用一步法将壳聚糖溶于乙酸 溶液，配成壳聚糖乙酸溶液，并加入c a a 2 并使之溶解。配制海藻酸钠水溶液， 按比例将干扰素r 均匀分散于海藻酸钠水溶液中。最后用注射器手工滴制的 方法，将均匀分散有干扰素t 的海藻酸钠水溶液，滴入到含有c a c l 2 的壳聚 糖溶液中，形成微囊。研究了微囊的膨胀度、包封率和体外释放度，发现壳 聚糖海藻酸钠微囊对p h 值具有敏感性，根据药物的吸收特点，调节壳聚糖 和海藻酸钠的浓度，使其在不同p h 值下膨胀释放药物，即在胃肠道的不同部 位进行药物释放，可以获得对药物的最佳吸收利用。该制备条件温和，简单 快速，具有肠溶缓释作用。壳聚糖海藻酸钠微囊有望用作干扰素r 或其他蛋 白质、多肽等肽类药物的口服制剂制备。是一条正在发展而又非常有前景的 缓控释给药途径。 1 5 2 海藻酸钠明胶复合水凝胶 周英辉等1 1 用明胶海藻酸钠聚合物交联互穿网络作为基材，以戊二醛和 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 氯化钙溶液为交联剂，对质子泵抑制剂药物奥美拉唑进行包覆，制备p h 敏感 性微胶囊药物制剂。不同交联时间及p h 值环境下的药物释放结果表明，此制 剂具有在酸性环境中持续释放，且释放百分率小，而在碱性环境中为突释型 制剂。此包覆体系适用于在酸性环境( 如胃) 中需要保护药效，防止药物失 活；在碱性环境( 如小肠) 中发挥药效的药物制剂。 k n a g a n a g o u d a 等1 将米曲霉中的a 半乳糖苷酶加入到明胶海藻酸钠共 混水凝胶纤维中，用戊二醛进行固化。研究显示，与海藻酸钠和明胶分别包 裹a 半乳糖苷酶相比，包裹a 半乳糖苷酶的海藻酸钠明胶共混水凝胶纤维具 有较高的固化率，更强的保存稳定性和豆浆中寡糖更好的水解百分率。p f e r r e i r aa l m e i d a 等h 3 3 制备藻酸盐明胶珠并研究了肠中脂溶性药物吲哚洛尔 的控制释放。与不能控制释放脂溶性药物的海藻酸钙微球相比，用明胶和海 藻酸钠共混改性后的复合水凝胶微球具有更优良的特性，对药物控释有附加 的能力。 b b a l a k r i s h n a n 等m 1 使用了氧化的藻酸盐和明胶，对藻酸盐一明胶复合物 进行了改性。发现具有适当分子量和高度氧化的氧化海藻酸钠，能够在低浓 度四硼酸钠中，与蛋白质明胶快速交联，产生组织工程、药物递送和其他医 药应用的注射体系，凝胶具有生物相容性和生物可降解性。樊李红h 鄙等将海 藻酸钠和明胶的共混水溶液，经c a c l 2 溶液中凝固，然后用h c i 溶液处理， 成功制得海藻酸明胶共混膜。膜中海藻酸与明胶分子间存在着强的相互作用 及良好的相容性，其中c a 2 + 交联和海藻酸与明胶分子间静电作用使共混膜力 学性能得到了显著改善。因此，用明胶改性海藻酸钠能够增加药物控释的附 加性能。 1 5 3 壳聚糖明胶复合水凝胶 温燕梅等3 采用熔融共混法制各了壳聚糖一明胶复合凝胶，利用红外光 谱表征了复合凝胶的结构，考察了壳聚糖和明胶的质量比、温度、恒温时间、 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 壳聚糖的分子量和脱乙酰度对复合凝胶性能的影响。结果表明：在7 0 共混 复合并恒温3 0 分钟，壳聚糖质量分数为0 2 时，凝胶强度达到最大值。而壳聚 糖的质量分数越小，复合凝胶熔化温度越高；壳聚糖分子量越大，脱乙酰度 越高，复合凝胶的凝胶强度越高。 陈凌云等h 刀将羧甲基壳聚糖与明胶共混，以戊二醛为交联剂得到一系列 两性聚电解质凝胶，该凝胶具有p h 值和离子浓度敏感的特性，如在等电点， 凝胶收缩显著，而p h 值远离等电点时，凝胶溶胀率提高，而且随着交联度或 明胶含量的降低，共混凝胶的p h 值敏感性增强。该凝胶作为牛血清白蛋白的 载体，凝胶浸泡在一定牛血清白蛋白含量的溶液中，得到载药凝胶。凝胶所 包含的牛血清白蛋白在不同的p h 值条件下的释放率不同，在模拟胃液中1 2 h 内释放微量，释放率最高达4 ，且速度缓慢，当在模拟胃液中浸泡3 h ( 此时 释放率在2 左右) ，转, a p h 7 4 的磷酸缓冲液后，药物大量释放，7 0 h 后释放率 达3 0 以上。可见该凝胶具有p h 敏感特性，在药物输送领域具有应用前景。 姚芳莲等1 采用乳液凝聚法制备了对药物具有缓释作用的壳聚糖一明胶 载药微球。以异喹啉为模型药物，分别通过丙酮浸泡载药常温干燥法和盐酸 浸泡载药氢氧化钠再生冷冻干燥法，制得不同载药量的微球，并对其包封 率和释放行为进行了研究。结果表明，当戊二醛与壳聚糖的质量比为 0 4 0 o 5 3 ，载药量在2 0 3 0 ( 质量分数) 之间时，壳聚糖一明胶载药微球1 5 h 后释放7 5 左右，包封率可以达到4 0 5 0 ，为将壳聚糖一明胶共混微球应用 于生物医学领域提供了试验基础。 1 6 智能高分子水凝胶 1 6 1 智能水凝胶的定义及分类 水凝胶是由具有三维交联网络结构的高聚物和作为溶胀剂的水组成的， 水凝胶具